热电厂供热蒸汽管道效率研究

李震伟 于晓蕾

摘 要：利用供熱管道输送蒸汽驱动或采暖已经非常普遍，而热电厂作为供热来源，主要就是管道输送蒸汽。因此，供热蒸汽管道的输送效率非常重要，为了清楚的知道供热蒸汽管道的效率高低，本文通过模型建立以及计算进行了具体研究，以供参考。

关键词：供热蒸汽管道;热电厂;效率

热电厂进行供热时，通过管道输送蒸汽来向环境进行散热，管道的输送效率非常关键，为了能够减少蒸汽管道的热损失，使管道效率得到提高，电力行业对有关设备及管道表面的损失进行了相应规定。而管道的效率一般是与管道的直径以及管道内蒸汽流速有关的。

1.管道内蒸汽流动模型建立

管道蒸汽流动时，散热主要通过管壁，这时相互之间就会产生摩擦，一般管道的长度距离很大，因此可以忽略蒸汽的压力、温度等的径向变化影响，这时就可以建立管道内蒸汽轴向变化的流动模型[1]。管道直径为D，蒸汽流量表示为M，在管道模型中假设有微元段，蒸汽从微元段的左向流入，右向流出，计算单位时间内蒸汽流入微元段时的热量Q就是蒸汽流量M与焓h的乘积。其中蒸汽流量M表示为蒸汽密度*蒸汽速度*D2*π/4。从右向流出时的热量表示同流入时的计算。假设管壁的温度与保温材料内表面温度相同，用k表示管道的综合导热系数，计算微元段表面散失热量就可以表示为k*π*D*微元段长度*管道蒸汽与环境的温度差。这其中蒸汽自身的导热系数非常小，蒸汽温度在管道轴向的变化也很小，这里就可以忽略蒸汽经过微元段左右表面的导热量。微元段的热平衡就可以表示为微元段右向流出的热量加上微元段表面散失热量等于微元段左向流入的热量。计算微元段时的模型图如下：

2.效率计算依据

以某热电厂向距离2千米的某制造工厂供热为依据，计算蒸汽管道在不同的蒸汽流速和直径下的管道效率。该工厂在生产运行中夏季对蒸汽流量的需求为200吨/小时左右，冬季需求为250吨/小时左右，有关的计算参数有蒸汽入口的温度和压力、环境温度、管道长度、管道内壁表面的粗糙度以及保温材料的导热系数。在进行计算时，按照有关规定来选取管道进口表面的散热损失值最大量和对流换热系数。保温材料的厚度不变，这里不考虑温度补偿相关器件产生的局部阻力。

3.计算结果分析

不同管道直径和蒸汽流量下其热效率和     效率的变化曲线图如上a）所示，b）是a）的局部放大图，图中的线性标示代表蒸汽流量。根据计算结果从图中可以看出，保持一定的蒸汽流量，管道的热效率由于直径增加而降低，这是由于管道直径增大后，总散热量也增加。管道的     效率由于管道直径增加变化是先升高后降低，在一定的管道直径下，     效率有峰值。通常蒸汽焓值以及蒸汽压力会影响管道出口蒸汽的       效率，在管道直径增加过程中，管道出口蒸汽的焓值是逐渐降低的，不过压力损失在减小，最主要影响     效率的是压力，而当管道直径再增加时，蒸汽压力值变化在减少，焓值变化稳定，      效率就逐渐降低。另外，根据蒸汽流速与管道直径变化之间的分析可以得知，在管道直径较小的情况下，蒸汽流动是有加快的趋势，而随着直径增加，速度加快逐渐平和。蒸汽的流动速度受蒸汽的压力和温度影响，如果是流动速度较快，由于阻力变大压力下降幅值也大，温度也是，所以流速是呈现加快形式的。而直径在较大时，压力和温度的变化值就很小了，因此蒸汽流动的速度就较为均匀。

4.合理选择蒸汽流速

在该蒸汽管道供热过程中，工厂需要的蒸汽压力为0.8-0.9MPa，结合项目投入的使用情况，管道的直径选择0.5m，管道内部是过热蒸汽，蒸汽流速要小于70m/s，这是符合有关蒸汽管道热损失要求的。使用这组数据时，管道压力有较大的损失，对供热进行改造时，压力应该不少于1.2MPa。从上述计算结果分析中得知，管道直径在1m和1.05m时，管道蒸汽的

效率最高，而且压力的损失也较小，可以满足工厂使用的需求，假设蒸汽流量为250吨/小时，蒸汽压力是1.2MPa，改造后的机组电功率可以比原来多3300kw，使热损失得到了很大的降低，进而推动了效益的提升。

在选择蒸汽流速时，要看经济性，管道直径过大或者是蒸汽流速过小，蒸汽出口压力值以及管道蒸汽的     效率变化值都会减小，所以在实际中，管道直径以及管道蒸汽流速的选择要从管道出口     效率以及投入资金方面进行综合考虑。对蒸汽管道效率的分析，还能够在电厂发电再热蒸汽管道流速选择时依据此进行参考，通过合理选择蒸汽流速，来实现     效率提高，也就是说机组发电量得到增加，在选择时还要将发电量要求考虑在内。

结束语：

通过上述对热电厂供热蒸汽管道效率进行研究，可以知道，管道热效率的变化是随着直径的增加而降低的，这时管道蒸汽的流速是一定的，而火用效率的变化是先升高后下降，存在效率的峰值。另外，如果蒸汽流速比25m/s小，管道蒸汽的火用效率变化就相对稳定。在实际选择管道直径时要综合考虑蒸汽流速和资金投入等方面，找到最优选择。

参考文献：

[1]佚名. 热电厂供热蒸汽管道效率分析[J]. 中国电力， 2018年第9期.

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