Способ качественного регулирования отпуска тепла потребителю с резкопеременной отопительной нагрузкой

 

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<SB POS="POST">X</SB> не поднимется до величины, обеспечивающей отсутствие выпадания водяного конденсата из выхлопных газов. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Р Е С Г1У Б Л И К,(- «- 24 0 3/02

I Г1СУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕГЕНИЯМ И 01КРЫТИЯМ

Н", ГКНТ СССР .>Г1ИСАНИЕ ИЗОБР«-.1 ЕНИЯ, -.«=ТОРСКОУУ ГВИДЕ ГЕЛОС FF .

И о 3

О

С (л г — + 1 (I,((.L. ((. -Г г.1 ( (( ((11 л:; Г «„- (1 (22) . 11 ВР. (ф(1 . «: ° (g, f 5 (f (, (1 г 1 Р(Ff )K 3 (((H» (ч«(О i j(((г о((тi((i;r, :«3ЬЕГВ(Н 1 (fi: . («3i «ОР(- 1bH(.(", I("" (i 3;.!

" Ю f< ." а .:ВРг., («»(Х ((ГСТР . СО,.

:/2) В.< (:«(33» °:;.с;й и Ч R,Щ(=,)Ã: -, . 1 (,3) 662 ""(ЗР ";

«56) Гг -кч((ик ь1.Л.. !г 3с .3 1 (:(,"1.(1,, ..:1..зо точно=:.-. пегул -«:-"1Я о;!,.:ê.-«е. -:-..е; rH4H (1 ГОМбННа. c3«4 . т(1iii 3а iaaf, ()r

Е:.зо я г р,3мьш.; енн, ст,33 Г е - > " uСЭ" К" .КС ЛГ,Г",Г;=Г Л „ .:;ЬАНИ 1 i 1 Tf.: f êj-, TF !i(h;lUTР Е 4 (; flic) %3КС ПЕ " Г " Г-(Н .1 Ггтг.1ПИ i . «г((" .Л

Hel Р 3/ЗК "Л

<5 ((1зоГз.-ете; и.- .",.--.и(.яPT:þ: .;:итг- з:герг(з»этпа ы, п(ъеы("г - H?r:i! юность сг". тем г «1, „5Ц „,, 1670295 Al.- Гг.КЕi InA 10Г3вбИтвr(- .- Р 3 .Г(РЕМЕН.,С. Ит=.(,Ь,гей ., <,.(К и ПРЕИМУЩЕСт-Г. H"Hо-овощ«1ь х к r:UHi! T 1lTAif), «,; .: ;Мых vTH ;1 ирс.гагнь(м теплом от г « „:,;,. рны." с «анций (КС) магистральных

r a.3:i . 1г:1ДОВ. ПрИ рабОТЕ КС ВЫХЛОПНЫЕ ra... га.:. гбинного привода (ГТП) газопере:,ачи(,".,:цих агрегатов через шибер 10

1г1;; .«K в -.еплообменник 2, где отдают .ггс . т : о воде, циркулирующей по замкну3(:.„н гуру. Вырабатываемый термопарой

14 .,: .;, «1ос упает в блок 15 сравнения, а з г;.; 1 р з усилитель 11 подается на вход

Г.,1, к. 13. к,г орый дает команду исполни в«ь ..гу механизму 12 на поворот шибера

r(: ПО.:,,г1дннй ОбЕСГГЕЧИВаЕт раСХОд ВЫХЛОП.ов,1о предложенной зависимости в с о- ве ст",ии с температурой наружного

?(l (() 1

1670295 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

Изобретение относится к способу регулирования централизованного теплоснабжения, а именно к качественному регулированию резкопеременной отопительной нагрузки потребителя, преимуще- 5 ственно теплично-овощных комбинатов (TOK), снабжаемых утилиэованным теплом от газотурбинного привода (ГТП) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС) магистральных 10 газопроводов.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности.

На фиг.1 приведена схема теплоснабжения ТОК от утилизационных теплообмен- 15 ников (TO) КС по предлагаемому способу; на фиг.2 — расчетная зависимость относительных параметров ТО от температуры наружного воздуха Т; на фиг.3 — фрагмент графиков фиг.2 в увеличенном масштабе. 20

Схема теплоснабжения ТОК содержит

ГПА 1 с установленным в выхлопном тракте

ГТП гаэоводяным рекуперативным ТО 2, пиковую котельную 3, ТОК4 с установленными внутри отопительными приборами 5, сооб- 25 щенными с ТО 2 и пиковой котельной 3 подающей и обратной магистралями 6 и 7 с запорной арматурой (не показана). В обратной магистрали 7 устаивало;: ц.".ркуляционный насос 8, Теплообменник 2 содержит 30 регулировочное устройство 9, обеспечивающее изменение площади поверхности нагрева ТО, и на входе снабжен шибером 10, установленным в выхлопном тракте ГТП.

Для перемещения регулировочного устрой- 35 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 TQ 2, датчик 14 темпе- 40 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- 45 ется следующим образом. исполнительному механизму 11 на перемещение 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.

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. ТО2, подающая магистраль 6, пиковая котельная 3 (в общем случае), отопительные приборы 5, обратная магистраль 7.

Поскольку регулирование отопительной нагрузки ТОК вЂ” качественное, то расход воды в контуре G® поддерживается постоянным (G = const), а изменение отопительной нагрузки ТОК обеспечивается регулированием производительности TO 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 6г.

Одновременно с температурой Т, с помощью термопары 13 фиксируется температура холодного конца 1оверхности нагрева

ТО Т>. При пониженил температуры Тх до значения, превышающего температуру точки росы выхлопных газов Тр на величину д1Т (Тх = Тр + д1Т). терл1опара 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, изл;еняющего (уменьшающего) площадь поверхности нагрева ТО 2, вследствие чего температура Тх возрастает (Тх >

Тр + д1Т). Измеряют водяной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносителя, который сравнивают с водя4ым эквивалентом расчетного массового расхо1670295 да жидкости, при этом массовый расход газового теплоносителя поддерживают в соответствии с соотношениями:

c;,=î,ñ, г(эат -а ) 10 при ЧЧг < ЧЧж;

О

0„О а,С„

z(p(Y-ъ<) 15 при ЧЧг > ЧЧж .

- 5 о о,(г . о,з! ---

1,-т

g -. -з — W/=C/G(/ W/ г г

20 т, -r

w =г., G ьт T ° .ò

РФО ц- о,65; с= -" —; р — — ; а, а, О О

М / ° 11 p,,3 p/- А B «с! а

ГО

25 где Gr, Grо — соответственно текущий и расчетный массовые расходы газового теплоносителя;

Wr, ЧЧж — соответственно водяной эквивалент текущего массового расхода газового теплоносителя и расчетного массового расхода жидкости;

Ож — расчетный массовый расход жидкости;

F, FP — текущая и расчетная площади поверхности нагрева теплообменника соответственно;

Т, Тн, Тг, Тж — расчетная абсолютная температура воздуха у потребителя, наружного воздуха, газового теплоносителя и 40 жидкости на входе в теплообменник соответственно;

Cã, Сго — соответственно удельная теплоемкость газового теплоносителя при его текущей Tr и расчетной Tr температурах; 45

Сжо — удельная теплоемкость жидкости при расчетной температуре Тж, Q p — расчетная теплопроиэводительность теплообменника;

0 — суммарная тепловая нагрузка по- 50

Е о. требителя при расчетной температуре Тн, ЬТо — среднелогарифмический температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значениях температур Тг, Тж

Поскольку уменьшение поверхности нагрева TO 2 при заданном расходе выхлопных газов 6 одновременно с ростом Т» увеличивает гидравлическое сопротивление ТО 2 по газовому тракту, что, в свою очередь, приводит к пережогу топлигного газа в ГТП, величина Т» может ограничиваться не только снизу, но и сверху Т, Тр

+д2Т, т.е. в процесе регулирования площади поверхности нагрева TO 2 температура ее холодного конца может изменяться в диапазоне(ТР+д1Т) — Tx< (Tp+ д 2Т).

Примером выполнения предлагаемого способа являются представленные в относительных коорд1инатах на фиг.2 и 3 расче1ные зависимости параметров Т02 от величины Т, при различных значениях F, полученные с помощью аналитической зависимости и риме„нительно к системе водяного теплоснабжения ТОК от ути лиза цион ного теплообмен ника

ГПА 1 типа ГТК-10-4 с пиковой котельной (дополнительным источником тепла). Такая система теплоснабжения является наиболее характерной для ТОК, снабжаемых утилиэированным теплом от КС. В качестве исходных данных для расчета были приняты: TBP = 24 С;

Тн =-35 C: Òã = 187 С; Тж =70 С; Т2 =133 С;

Tp = 26 С; О то = 4,55 Гкал/ч; 0 =- 14.22 Гкал/ч;

j3=0,32; Grо =-327т/ч; G»(= 178 т/ч; Fp = 1100 м2.

На фиг.2 и 3 обозначены: Т2 — относительная -температура выхлопных газов на выходе из ТО 2; 0о — относительная тепловая нагрузка ТОК (график потребления тепла); F — относительная площадь поверхности нагрева ТО 2. Все относительные параметры. обозначенные чертой сверху, получены делением их текущего значения на расчетное значение, соответствующее температуре Тно. На графиках (фиг.2 и 3) нанесены относительная температура точки росы TpТ

", а также температура выхлопных газов

Т2

- = Т2 — Т2 !

// (( (о !!

Т2 = иТ2 = — —,гДеТ2 =Тр+10,Т2

Т2 Т2

Т +15

Из 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 Тно = — 35 С до Тг =299оC при Т, = 24 С (в конце отопительного периода). При этом теплопроизводительность

ТО2 также увеличивается согласно графику

Q p, не обеспечивая однако тепловой нагрузки TOK 0о, необходимой для его нормального функционирования. Разность потребного Qp и располагаемого Qzp тепла покрывается за счет пиковой котельной 3, теплопроизводительность которой уменьшается с увеличением температуры наружного воздуха от максимального значения 9,67

Гкал/ч приТно--35 Сдонуля приТн--5 С, когда пиковая котельная 3 отключается и

1670295

55 отопление TOK полностью обеспечивается

Т0 2,(QTo - 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 От0, которая обеспечивается всей располагаемой поверхностью нагрева Fo - 1100 м = corist(F 1) и максимальным (предельным) расходом выхлопных гаэов6г через ТО 2. Наблюдаемое на графике фиг.2 падение расхода 6г с 327 т/ч при ТН0--35 С добг =291 т/ч при Тн =-5 С является характерной особенностью. работы ГТП. Определяемая из баланса тепла температура выхлопных газов на выходе из

Т02 Т2 в укаэанном интервале изменения температуры Тн возрастает с Тр = 133 С до

Тр-150 С.

Начиная с Т > - 5 С (после выключения пиковой котельной 3), график потребления тепла TOK 00 обеспечивается путем уменьшения расхода выхлопных газов через Т02 с помощью шибера 10 согласно сигналам, получаемым от термопары 14, При этом расход выхлопных газов 6г через ТО и температура Tz соответственно уменьшаются с 6 =

291т/чи Tg-133 СприТн= — 5 СдоGr=

16,35 т/ч и Т2 = 39,9 С при Тн = 19 С, Иэ графиков, приведенных на фиг.3, следует, что при TH - 19 С температура выхлопных газов на выходе из Т02 Т2 достигает величины Tz - 36 С, которой соответствует температура холодного конца поверхности нагрева T02 T» = 31 С. Эта температура фиксируется термопарой 13, по сигналу которой исполнительный механизм 18 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 Т, =

36 С, Для наглядности на фиг.3 построены четыре графика Т2 при дискретном изменении площади поверхности нагрева F, Из графиков 1-4 следует, что повышение температуры Т» > Tp + д iT обеспечивается только при F 0,25(кривая 4), в то время как при остальных значениях F температура холодного конца поверхности нагрева с увеличением температуры наружного воздуха Т, > 19 С либо уменьшается вплоть до величины T> =

26 С (кривые 1 и 2), либо остается на уровне

Т» 31 С(кривая 3). Если принять, что noaepxHocTb нагрева Т02 уменьшилась до F =

0,25 (F - 275 м ), то, начиная с Тн = 19,50, по сигналу термопары 13 поверхность F, начинает увеличиваться, а температура Tz" и соответствующая ей температура Т, = Тр+д 2Т

\

35 понижатюся вплоть до значений Т2 и Т» - Тр

+ д 1Т и т.д., т.е. в рассмотренном примере посредством регулирования площади поверхности нагрева TO 2 при Tg > 19 С обеспечивается изменение температуры ее холодного конца в диапазоне 31 С < Т»<

36 С, что гарантирует от выпадания водяного конденсата из выхиопных 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 6г).

При достижении Тн - 24 С (конец отопительного периода) шибер 10 полностью перекрывает расход выхлопных газов через

ТО 2, вследствие чего его теплопроизводительность Ото падает до нуля, Использование предлагаемого способа по сравнению с известными снижает энер-" гозатраты на 2 — 37 за счет отказа от вспомогательного 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.

1670295

10 который сравнивают с водяным эквивалентом расчетного массового расхода жидкости, при этом массовый расход газового теплоносителя поддерживают в соответствии с соотношениями: 5 с о. рг (Dal - h ") л о о,=о,с, z(D T h „- ) 10 при Р/г < М/» .!,) n, — "(!!,. В ")

2 (D,л1 В o) 15 и ри И/г > W®, (! р

25 где Иlг, Р/ж — соответственно эквивалент текущего массового водяной расхода г у

Ю газового теплоносителя и расчетного массового расхода жидкости;

Gr, Gr — соответственно текущий и расчетный массовые расходы га "ового теплоносителя;

6 ко — расчетный массовый расход жидкости;

F, F0 — текущая и расчетная площади поверхности нагрева теплообменника соответственно;

Tg, 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 Т, и расчетной Тго температурах;

Сж — удельная теплоемкость жидкости при расчетной температура Тжо, Ого — расчетная теплопроизводительность теплообменника;

0 — суммарная тепловая нагрузка поо

1 о, требителя при расчетной температуре Тн, Л То — температурный напор между газовым теплоносителем и жидкостью в теплообменнике при расчетных значениях температур Тг, T®, 0 о то

1670295

Ю4

Составитель С.Журавлев

Редактор А.Лежнина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Колб

Заказ 2732 Тираж377 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

1У 17

Фиг. Р

Р