大型工业供热蒸汽管网运行状态分析及操作整改

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1、大型工业供热蒸汽管网运行状态分析及操作整改第1章绪论1.1课题及研究意义从古至今，无论是在曰常的生活中还是在社会生产中，人类都在使用大量的热能，以满足人们的生产、生活需要，生产、输配和应用热能的技术，称为供热工程。随着我国国民经济的快速发展，供热工程技术的进步与发展已经成为了能源利用的一个重要组成部分[1，2]。当前，我国城市产业结构以及用地结构不断发生调整变化，针对化工、制药、纺织、钢铁等工业企业集中建设产业园区已经成为城市发展的必然趋势[3],工业园区作为工业发展的重要载体，在推动工业化进程、促进区域经济繁荣方面发挥着日益重要的作用。通过在产业园

2、区内进行生产资源要素的科学整合，能够提高工业化的集约强度，优化功能布局，促进分工协作，并能够集中建设各种公用工程设施节省开支。工业园区内的生产生活都与热能有着密切的关系，但是传统的自建小型锅炉房供热效率低下，运行时会产生噪声，同时会占用工业园区内大量土地资源，为了工业园区的合理规划和发展，建设集中式供热系统取代各企业自建的小型锅炉房已成为了现代工业园区中企业用热的主要方式，集中式供热系统不仅可以显著降低企业使用蒸汽的成本，提高供热可靠性，更有利于保护园区的环境[45]。集中供热在欧美国家已经有一百多年的历史，美国和俄罗斯分别从1877年和1903年开

3、始就有了区域集中供热工程。由于这项技术具有显著的经济合理性，所以在各国均有较大的发展，尤其以前苏联最为突出，区域供热事业是社会公共事业的一部分，每年以平均10%的幅度增长。欧洲特别是挪威、端典和丹麦利用多种类型热源作为冬季供热之用，集中供热是丹麦、挪威、波兰等国各个城市的主要供热方式[6]。自1927年，法国巴黎城市供热公司CPCU就开始设计和发展以蒸汽为主要热媒的城市供热网[7]。如今，俄罗斯、北欧、北美等许多城市和地区，集中供热的基础设施建设，热网设计和运行管理等供热技术都已经比较发达。.1.2工业集中供热系统简介集中供热系统一般釆用热水或蒸汽供

4、热，在工业集中供热系统多采用蒸汽供热，原因如下[14]:(1)以蒸汽作为传热介质可以使供热系统具有更广的适用范围，能满足不同热用户的要求，还可以满足需要高温蒸汽消毒等需求；(2)工ik园区的占地面积往往较大，各个热用户与热源之间的距离甚至可达十几公里，与热水管网相比，蒸汽输送不需额外增压设备，靠自身压力就能达到输送需要，从而可以达到节约能源的作用；(3)蒸汽具有高温高压的特点，单位质量具有很高的热值，因此可采用散热面积小的热交换系统，换热设备投资较少；(4)蒸汽在管道中的摩擦阻力较小，相对热水管网传输效率较高，不仅可以减少沿途损失，在保证远端热用户用

5、热质量上也具有一定的优势。集中供热系统通常可划分为三大部分：热源、热用户和输配管网，其中输配管网承担着将蒸汽从热源向各个热用户或热力站输送的任务，是集中供热系统中最重要的一环，尤其在蒸汽集中供热系统中，蒸汽在输配管网内的流动状态直接关系到整个供热系统的经济性与安全性，因此，对蒸汽在输配管网内的流动状态进行监测和分析已经成为节能减排的一项重要课题。..第2章考虑散热疏水条件的工业热网水力计算方法2.1基于图论原理的工业热网水力计算模型任意结构的热网系统都可以看成是由若干区段按照特定拓扑关系相互衔接而构成的网状系统，即热网水力计算的有向流程图模型。如图1

6、所示为一个实际的热网结构图，热网中的热源、热用户、疏水器、三通等是存在流量进出、汇集和分配的点，这些点被抽象为节点，热网中的所有节点可以用一个集合V表示；而两个相邻节点之间的连接管道被抽象为区段，热网中的所有区段可以用集合E表示。实际工业热网系统被抽象为用于进行热网水力计算的有向流程图模型后，可使用图论中的矩阵表示方法来分析和描述热网的向流程图计算模型，具体为有向流程图的关联矩阵和有向流程图的基本环路矩阵。在工业供热系统中，一些热用户会自产蒸汽并向热网输送，即热用户回供蒸汽，这些热用户被称为回供热用户。在对热网系统进行有向流程图分析时，热源及回供蒸汽

7、热用户的为负，使用蒸汽的热用户的为正，其他无净流量流量流入或流出的节点，如三通等，办为0。值得注意的是，在热网水力计算过程中，虽然单一疏水器的疏水量相对于热网输送的总流量而言非常小，但大型热网中数百个疏水器的累计疏水量可达热网总供热量的3%-10%，因此在热网的精确水力计算过程中不应被忽略。..2.2考虑散热疏水条件的工业热网水力计算方法蒸汽管网在输送蒸汽过程中，管内蒸汽通过管壁及保温层与周围环境进行换热，产生热量损失，部分散热损失造成管内蒸汽在贴壁处冷凝并产生疏水[24]，蒸汽的流动携带管内的凝结水流向最近的一个疏水器排出，在传统的工程应用等方面，

8、疏水量的计算方法有较大的经验性，没有理论依据[23]。本论文从传热学的角度考虑热网疏水产生的本质原因，提出由