Способ качественного регулирования отпуска тепла потребителю с резкопеременной отопительной нагрузкой Советский патент 1991 года по МПК F24D3/02 

воздуха и площадью поверхности нагрева теплообменника 2. При понижении температуры холодного конца поверхности нагрева теплообменника ниже температуры Т, превышающей температуру точки росы выхлопных газов, термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который после усиления и преобразования дает команду

исполнительному механизму 11 на переме- ще ние регулировочного устройства 9, уменьшающего площадь поверхности нагрева теплообменника 2 до тех пор, пока температура Тх не поднимется до величины, обеспечивающей отсутствие выпадания водяного конденсата из выхлопных газов. 3 ил.

Изобретение позволяет понизить энергозатраты, повысить надежность системы теплоснабжения потребителя с резко переменной отопительной нагрузкой, преимущественно теплично-овощных комбинатов /ТОК/, снабжаемых утилизированным теплом от компрессорных станций /КС/ магистральных газопроводов. При работе КС выхлопные газы газотурбинного привода /ГТП/ газоперекачивающих агрегатов через шибер 10 поступают в теплообменник 2, где отдают свое тепло воде, циркулирующей по замкнутому контуру. Вырабатываемый термопарой 14 сигнал поступает в блок 15 сравнения, а затем через усилитель 17 подается на вход блока 19, который дает команду исполнительному механизму 12 на поворот шибера 10. Последний обеспечивает расход выхлопных газов по предложенной зависимости в соответствии с температурой наружного воздуха и площадью поверхности нагрева теплообменника 2. При понижении температуры холодного конца поверхности нагрева теплообменника ниже температуры T, превышающей температуру точки росы выхлопных газов, термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который после усиления и преобразования дает команду исполнительному механизму 11 на перемещение регулировочного устройства 9, уменьшающего площадь поверхности нагрева теплообменника 2 до тех пор, пока температура T_X не поднимется до величины, обеспечивающей отсутствие выпадания водяного конденсата из выхлопных газов. 3 ил.

Изобретение относится к способу регулирования централизованного теплоснабжения, а именно к качественному регулированию резкопеременной отопительной нагрузки потребителя, преимуще- ственно теплично-овощных комбинатов (ТОК), снабжаемых утилизованным теплом от газотурбинного привода (ГТП) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности.

На фиг. 1 приведена схема теплоснабжения ТОК от утилизационных теплообмен- никое (ТО) КС по предлагаемому способу; на фиг.2 - расчетная зависимость относительных параметров ТО от температуры наружного воздуха Тн; на фиг.З - фрагмент графиков фиг.2 в увеличенном масштабе.

Схема теплоснабжения ТОК содержит ГПА 1 с установленным в выхлопном тракте ГТП газоводяным рекуперативным ТО 2, пиковую котельную 3, ТОК4 с установленными внутри отопительными приборами 5, сооб- щенными с ТО 2 и пиковой котельной 3 подающей и обратной магистралями 6 и 7 с запорной арматурой (не показана). В обратной магистрали 7 устзнсс/тс : циркуляционный насос 8. Теплообменник 2 содержит регулировочное устройство 9, обеспечивающее изменение площади поверхности нагрева ТО, и на входе снабжен шибером 10, установленным в выхлопном тракте ГТП. Для перемещения регулировочного устрой- ства 9 и шибера 10 служат исполнительные механизмы 11 и 12. Схема теплоснабжения включает также датчик 13 температуры (термопару), закрепленный на холодном конце поверхности нагрева ТО 2, датчик 14 темпе- ратуры (термопару) наружного воздуха, блоки 15 и 16 сравнения, усилители 17 и 18, а также блоки 19 и 20 управления.

Регулирование отопительной нагрузки ТОК по предлагаемому способу осуществля- ется следующим образом.

При работе ГПА выхлопные газы (газовый теплоноситель) ГТП через шибер 10 поступают в ТО 2, где отдают свое тепло воде (промежуточному теплоносителю), циркулирующей с помощью насоса 8 по замкнутому контуру: Т02, подающая магистраль 6, пиковая котельная 3 (в общем случае), отопительные приборы 5, обратная магистраль 7. Поскольку регулирование отопительной нагрузки ТОК - качественное, то расход воды в контуре Сж поддерживается постоянным (Сж const), а изменение отопительной нагрузки ТОКобеспечивается регулированием производительности ТО 2 посредством углового перемещения шибера 10, которое осуществляется согласно полученному сигналу от термопары 14. Вырабатываемый термопарой 14 сигнал поступает в блок 15. сравнения, откуда результирующий сигнал через усилитель 17 подается на вход блока 19 управления, который дает команду исполнительному механизму 12 на поворот шибера 10. Последнее приводит к изменению площади проходного сечения выхлопного тракта ГТП перед ТО 2 и в соответствии с регулировочной характеристикой шибера к изменению расхода выхлопных газов Gr.

Одновременно с температурой Тн с помощью термопары 13 фиксируется температура холодного конца поверхности нагрева ТО Тх. При понижени/i температуры Тх до значения, превышающего температуру точки росы выхлопных газов Тр на величину (5iT (Тх Тр + 5iT) термопара 13 вырабатывает соответствующий сигнал, который последовательно подается в блок 16 сравнения, усилитель 18 и блок 20 управления. Последний дает команду исполнительному механизму 11 на перемещение регулировочного устройства 9, изменяющего (уменьшающего) площадь поверхности нагрева ТО 2, вследствие чего температура Тх возрастает (Тх Тр + 6 iT). Измеряют водяной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносителя, который сравнивают с водяным эквивалентом расчетного массового расхода жидкости, при этом массовый расход газового теплоносителя поддерживают в соответствии с соотношениями:

npnWr W

о.

при Wr Wx

QD Ь-; wr-cr&r; wr° c-o r , cr-

C, . ) Л В-Г ; D,- A, B «-,,

где Gr, Gr° - соответственно текущий и расчетный массовые расходы газового лоносителя;

Wr, Wж0 - соответственно водяной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносителя и расчетного массового расхода жидкости;

Сж° - расчетный массовый расход жидкости;

F, F° - текущая и расчетная площади поверхности нагрева теплообменника соответственно;

Те, Тн, Тг, Тж - расчетная абсолютная температура воздуха у потребителя, наружного воздуха, газового теплоносителя и жидкости на входе в теплообменник соответственно;

Сг, Сг° - соответственно удельная теплоемкость газового теплоносителя при его текущей Тг и расчетной Тг° температурах;

Сж° - удельная теплоемкость жидкости при расчетной температуре Тж°;

Ото0 - расчетная теплопроизводи- тельность теплообменника;

QЈ - суммарная тепловая нагрузка потребителя при расчетной температуре Тн°;

АТ° - среднелогарифмический температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значениях температур Тг°, Тж°

Поскольку уменьшение поверхности нагрева ТО 2 при заданном расходе выхлопных газов Gr одновременно с ростом Тх увеличивает гидравлическое сопротивле10

15

ние ТО 2 по газовому тракту, что, в свою очередь, приводит к пережогу топлигного газа в ГТП, величина Тх может ограничи ваться не только снизу, но и сверху Тх Тр -к52Т, т.е. в процесс регулирования площади поверхности нагрева ТО 2 температура ее холодного конца может изменяться в диапазоне (Тр +д iT) Тх (Тр + д 2Т).

Примером выполнения предлагаемого способа являются представленные в относительных координатах на фиг.2 и 3 расчетные зависимости параметров Т02 от величины Тн при различных значениях F, полученные с помощью аналитической зависимости пример нительно к системе водяного теплоснабжения ТОК от утилизационного теплообменника ГПА 1 типа ГТК-10-4 с пиковой котельной (дополнительным источником тепла). Такая система теплоснабжения является наиболее характерной для ТОК, снабжаемых утилизированным теплом от КС. В качестве исходйых данных для расчета были приняты: Тв° 24°С; Тн° - - 35°С: Тг° 187°С; Тж° 70°С; Т2° -133°С; Тр 26°С; 0°то 4.55 Гкал/ч; О°- 14 22 Гкал/ч;

25 /J 0,32; Gr° - 327 т/ч; Сж° 178 т/ч; F0 1100 м2. На фиг.2 и 3 обозначены: Т2 - относительная температура выхлопных газов на выходе из ТО 2; 00 - относительная теппо- вая нагрузка ТОК (график потребления тепзо ла); F - относительная площадь поверхности нагрева ТО 2. Все относительные параметры, обозначенные чертой сверху, получены делением их текущего значения на расчетное значение, соответствующее температуре Тн°. На графиках (фиг.2 и 3) нанесены относительная температура точки росы Тр

а также температура выхлопных газов

20

35

JIL

т, ту,(,

г иТ2 -, гдеТ2 ТР+ 10°, Т2

5

Т2

0 Тр + графиков, приведенных на фиг.2; видно, что с увеличением температуры наружного воздуха Тн температура выхлопных газов на входе в ТО 2 монотонно возрастает с Т°г 187°С при Т„° - - 35°С до Тг 299°С при Тн 24°С (в конце отопительного периода). При этом теплопроизводительность Т02 также увеличивается согласно графику Ото, не обеспечивая однако тепловой на0 грузки ТОК Оо, необходимой для его нормального функционирования. Разность потребного Оо и располагаемого Ото тепла покрывается за счет пиковой котельной 3, теплопроизводительность которой уменьша- 5 бтся с увеличением температуры наружного воздуха от максимального значения 9,67 Гкал/ч при Ти° - - 35°С до нуля при Тн - 5°С, когда пиковая котельная 3 отключается и

отопление ТОК полностью обеспечивается ТО 2,(0то Qo). Особенностью работы ТО 2 в интервале температур - 35°С Тн S - 5°С (совместно с пиковой котельной 3) является то, что он имеет максимально возможную теплопроизводительность Ото. которая обеспечивается всей располагаемой поверхностью нагрева F° 1100 м2 - const (F - 1) и максимальным (предельным) расходом выхлопных газовбг через ТО 2. Наблюдаемое на графике фиг.2 падение расхода Gr с 327 т/ч приТ„0 -350Сдо6г 291т/чприТн -5°С является характерной особенностью работы ГТП. Определяемая из баланса тепла температура выхлопных газов на выходе из Т02 Та в указанном интервале изменения температуры Тн возрастает с Та 133°С до Т2 - 150°С.

Начиная с Тн - 5°С (после выключения пиковой котельной 3), график потребления тепла ТОК Q0 обеспечивается путем уменьшения расхода выхлопных газов через Т02 с помощью шибера 10 согласно сигналам, получаемым от термопары 14. При этом расход выхлопных газов Gr через ТО и темпера- тура Т2 соответственно уменьшаются с Gr 291 т/ч и Т2 - 133°С при Тн - - 5°С до Gr 16,35 т/ч и Т2 - 39,9°С при Т„ 19°С,

Из графиков, приведенных на фиг.З, еле- дует, что при Тн - 19°С температура выхлопных газов на выходе из Т02 Т2 достигает величины Т2 - 36°С, которой соответствует температура холодного конца поверхности нагрева Т02 Тх 31°С. Эта температура фик- сируется термопарой 13, по сигналу которой исполнительный механизм 115 перемещает регулировочное устройство 9, уменьшающее площадь поверхности нагрева F ТО 2. Это уменьшение площади происходит до тех пор, пока температура холодного конца поверхности нагрева Т02 не достигнет величины Тх 36°С. Для наглядности на фиг.З построены четыре графика Т2 при дискретном измене- нии площади поверхности нагрева F. Из гра- фиков 1-4 следует, что повышение температуры Тх Тр + д iT обеспечивается только при F - 0,25 (кривая 4), в то время как при остальных значениях F температура холодного конца поверхности нагрева с увеличе- нием температуры наружного воздуха Тн 19°С либо уменьшается вплоть до величины Тр 26°С (кривые 1 и 2), либо остается на уровне Тх в31°С (кривая 3). Если принять, что поверхность нагрева Т02 уменьшилась до F 0,25 (F 275 м5). то, начиная с Тн 19,5°, по сигналу термопары 13 поверхность F начинает увеличиваться, а температура Т2 и соответствующая ей температура Тх Тр + 6 2Т

понижатюся вплоть до значений Та и Тх Тр + д iT и т.д., т.е. в рассмотренном примере посредством регулирования площади поверхности нагрева ТО 2 при Тн 19°С обеспечивается изменение температуры ее холодного конца в диапазоне 31°С Тх 36°С, что гарантирует от выпадания водяного конденсата из выхлопных газов при незначительном (допустимом) пережоге топливного газа в ГТП. При этом расход выхлопных газов через ТО 2, зависящий от величины Тн и F, несколько возрастает с уменьшением F и наоборот (кривая 4 на графике Gr).

При достижении Тн - 24°С (конец отопительного периода) шибер 10 полностью перекрывает расход выхлопных газов через ТО 2, вследствие чего его те.плопроизводи- тельность Ото падает до нуля.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными снижает энер- гозатраты на 2-3 % за счет отказа от вспомо- гательного насоса, устанавливаемого в байпасе между подающей и обратной магистралями системы теплоснабжения ТОК; упрощает систему автоматического регулирования теплоснабжения ТОК, так как обеспечивает качественное регулирование его отопительной нагрузки на протяжении всего отопительного периода, включая конечный участок, без регулирования открытия фрамуг в теплице; повышает эксплуатационную надежность системы теплоснабжения в результате отсутствия выпадания водяного конденсата на холодном конце поверхности нагрева ТО, а также вследствие упрощения автоматики, включая исполнительный механизм для открьтия фрамуг в теплице.

Формула изобретения Способ качественного регулирования отпуска тепла потребителю с резкопеременной отопительной нагрузкой, оборудованному газоводяным рекуперативным утилизационным теплообменником, подключенным к выходному тракту газотурбинной установки компрессорной станции, путем изменения массового расхода газового теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, отличающийся тем, что. с целью снижения энергозатрат и повышения надежности, измеряют температуру поверхности нагрева теплообменника в зоне выхода из него газового теплоносителя при совпадении измеренной температуры с заданной величиной, превышающей температуру точки росы газового носителя, изменяют площадь поверхности теплообменника и измеряют водяной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносителя.

который сравнивают с водяным эквивалентом расчетного массового расхода жидкости, при этом массовый расход газового теплоносителя поддерживают в соответствии с соотношениями:

,

ffi JtifcF n -w

г(ОлТ ЛS)

при Wr Wж

Gr;GrCr

Ы№Г(М Ъ&

fD,/n -а }-;

при Wr Wж0;

QO wr cro,,«/; r;r,;, i-r wC r, , л т

1 : -т

о л ь

В U,(;J .

с,-.-- : Р-Л Вгде Wr, Wx° - соответственно водяной эквивалент текущего массового расхода

§

25

25

15

газового теплоносителя и расчетного массового расхода жидкости;

Gr, Gr° - соответственно текущий и расчетный массовые расходы газового теплоносителя;

Сж° - расчетный массовый расход жидкости;

F, F° - текущая и расчетная площади поверхности нагрева теплообменника соот- ветственно;

Тв, Тн, Тг, Тж - расчетная абсолютная температура воздуха у потребителя, наружного воздуха, газового теплоносителя и жидкости на входе в теплообменник соот« ветственно;

Сг, Сг° - соответственно удельная теплоемкость газового теплоносителя при его текущей Тг и расчетной Тг° температурах;

Сж° - удельная теплоемкость жидкости при расчетной температура

Ото0 - расчетная теплопроизводитель- ность теплообменника;

QS - суммарная тепловая нагрузка потребителя при расчетной температуре Тн°; Л То - температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значениях

о

температур Тг , Тж .

т,5,/Л

-5 -15 -25 55 Фм.2