您好,欢迎来到筏尚旅游网。
搜索
您的当前位置:首页某小区换热站的规划与设计

某小区换热站的规划与设计

来源:筏尚旅游网


南京林业大学 本科毕业设计(论文)

题目:某小区换热站的初步规划与设计

学 院: 木材工业学院 专 业: 热能与动力工程 学 号: 0543108 学生姓名: 郝宁宁 指导教师: 王志和 职 称: 副教授

二OO九年五月二十五日

摘 要

换热站是供暖系统中非常重要的供暖设备, 在采暖和集中供热工程中具有一种“承前启后”的过渡连接作用。随着城市建设和经济的飞速发展,环境保护和节约能源成为越来越重要的问题,城市集中供热也成为城市小区尤其是北方城市小区供热的大势所趋。本论文先通过介绍小区热水采暖的特点,再通过对换热站的功能和应用、换热站的系统设计以及规划原则的概述, 其中结合具体工程项目的特点, 并依据节省投资、节约能源和满足供热效果的原则, 重点探讨了换热站工艺系统的设备选型、系统定压、系统供热调节等方面的内容,经过两种换热站换热器选择方案的比较分析,最终确定了合理的最佳方案,从而选择了一种结构紧凑、经济安全的板式换热器作为换热站的换热设备,力争该小区换热站的系统安全稳定、经济、方便。

关键词:集中供热 换热站系统 板式换热器 循环水泵

I

Abstract

Heating system heat transfer station is a very important heating equipment, heating and central heating in the works with a \"link between past and future\" to connect the role of the transition. With the development of urban construction and the rapid economic, The issue of environmental protection and conservation of energy has become more and more important the urban central heating has also become a city district particular in the northern city of district heating trend. In this paper, first by introducing the characteristics of residential hot water heating, and then through the heat exchanger station functions and applications, heat exchanger design and points system, an overview of planning principles, which combine the characteristics of specific projects and investment based on savings, energy conservation and meet the heating effect of the principle of focusing on the process of heat transfer station system equipment selection, system pressure, system regulation, such as heating elements, through two heat exchangers heat exchanger stations comparative analysis of options, and ultimately to determine the best option for a reasonable and thus opted for a compact structure, economic security, as the plate heat exchanger heat exchanger heat transfer stations, and strive to stop the heat transfer area of the system security and stability, economic and convenient.

Key words: central heating, system of heat transfer station, plate heat exchanger, circulating

water pump

II

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

目 录

前言 ............................................................................................................................................ - 1 - 1小区集中热水采暖概述......................................................................................................... - 2 - 1.1小区集中热水采暖的特点 .............................................................................................. - 2 - 1.1.1住宅建筑采暖的特点 .............................................................................................. - 2 - 1.1.2 小区集中锅炉房热水采暖的特点 ......................................................................... - 3 - 1.2小区集中热水采暖的概况以及发展趋势 ...................................................................... - 4 - 1.2.1我国小区集中热水采暖的概况 .............................................................................. - 4 - 1.2.2我国小区集中采暖的发展趋势 .............................................................................. - 5 - 2小区换热站的初步规划......................................................................................................... - 7 - 2.1换热站的组成、分类以及作用 ...................................................................................... - 7 - 2.1.1换热站的组成 .......................................................................................................... - 7 - 2.1.2换热站的分类 .......................................................................................................... - 7 - 2.1.3换热站的作用 .......................................................................................................... - 8 - 2.2小区换热站站址和规模的确定 ...................................................................................... - 8 - 2.2.1 换热站站址的选择 ................................................................................................. - 8 - 2.2.2换热站规模的确定 .................................................................................................. - 9 - 2.3换热站供热系统类型的确定 ........................................................................................ - 11 - 2.3.1闭式双管式热水供热系统 .....................................................................................- 11 - 2.3.2开式热水供热系统 ................................................................................................ - 12 - 2.3.3该小区换热站供热系统的确定 ............................................................................ - 13 - 2.4 换热站主体设备—换热器的类型选择 ........................................................................ - 13 - 2.4.1换热器选型规划方案 ............................................................................................ - 13 - 2.4.2两种规划方案的比较 ............................................................................................ - 17 - 3 换热站主体结构的相关计算.............................................................................................. - 20 - 3.1板式换热器设计的一般原则 ........................................................................................ - 20 - 3.2板式换热器选型计算 .................................................................................................... - 21 - 3.3板式换热器流速校核以及阻力计算 ............................................................................ - 24 - 3.3.1流速校核 ................................................................................................................ - 24 -

i

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

3.3.2阻力校核计算 ........................................................................................................ - 25 - 4 换热站附属装置的选择...................................................................................................... - 27 - 4.1循环水泵的选择 ............................................................................................................ - 27 - 4.1.1循环水泵的选择要求 ............................................................................................ - 27 - 4.1.2循环水泵的选择计算 ............................................................................................ - 28 - 4.2除污器以及补给水泵的选择 ........................................................................................ - 29 - 4.2.1除污器的选择 ........................................................................................................ - 29 - 4.2.2补给水泵的选择 .................................................................................................... - 30 - 4.3仪表阀门的选择以及保温方案的拟定 ........................................................................ - 31 - 4.3.1仪表的选定 ............................................................................................................ - 31 - 4.3.2主要阀门的选定 .................................................................................................... - 32 - 4.3.3保温方案的拟定 .................................................................................................... - 32 - 5 小区换热站的总体规划以及评价...................................................................................... - 34 - 5.1 小区换热站的总体规划布置 ........................................................................................ - 34 - 5.1.1换热站设备布置 .................................................................................................... - 34 - 5.1.2换热站换热系统总体布置 .................................................................................... - 35 - 5.2小区换热站的特点以及进一步改进措施 .................................................................... - 35 - 5.2.1小区换热站的特点 ................................................................................................ - 35 - 5.2.2小区换热站的进一步改进措施 ............................................................................ - 36 - 6 结语 ...................................................................................................................................... - 38 - 感谢 .......................................................................................................................................... - 39 - 参考文献 .................................................................................................................................. - 40 -

ii

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

前言

换热站在采暖和集中供热工程中具有一种“承前启后”的过渡连接作用,是集中供热系统中热网与热用户的连接场所。近年来,随着国民经济和工农业生产的迅猛发展及人民生活水平的不断提高,我国对供热采暖的需求日益提高,在居民建筑集中热水采暖中发挥重要作用的小区换热站的需求量也日益增加。面对如此众多,各具特点的小区换热站设计方式,人们该如何评价其优劣性,对一个实际的工程问题该如何选择适宜的小区换热站规划设计方案,这就需要对小区换热站的全系统进行仔细的分析研究,然后才能全面的予以评价比较。

本论文通过对小区集中采暖特点的分析,对换热站的系统结构的阐述,进而对换热站主体结构类型的比较选择,以及对小区换热站主体结构的强度、阻力的校核,拟定了一种经济、安全、节能的小区换热站的总体规划设计方案,该方案对部分城市小区的换热站建设具有一定的现实指导意义。

本论文在内容上注重理论基础的应用,并注重理论与实践相结合,参考了大量的国内外较新的技术资料,力求内容准确、实用,力图使该换热站规划与设计的方案适应现阶段采暖工程的建设。

诚然,限于自己的水平,主观愿望和客观效果未必能统一,本论文内容若有不妥和疏漏之处,敬请读者不吝指正。

- 1 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

1小区集中热水采暖概述

1.1小区集中热水采暖的特点

城市住宅小区采暖是城市尤其是现代化城市设计中的一个重要环节,不同的采暖方式有不同的优缺点,随着科学技术的发展以及人们经验的成熟,这包括对小区住宅采暖特点的研究,总结了在选择一种住宅采暖方式时要考虑的因素。下面在研究小区集中热水采暖的特点之前,先来看看住宅建筑采暖的特点,因为住宅建筑采暖的特点在某种程度上决定了小区采暖的方式。

1.1.1住宅建筑采暖的特点

(1)安全性

不管做什么,安全第一,安全是必须要注意的,住宅区更不例外,因为保证小区内人们生命的安全是重中之重,特别是对那些住宅建筑面积密度非常大,人口密度也很大的住宅区。因此,采暖热源和供热系统要具有安全性。

(2)灵活性

住宅区是不同年龄、不同职业和不同生活条件的人生活和休息的地方。不同住户的生活方式、作息时间的不同,对房间的舒适度和采暖的时间要求不同。即使同一住户,卧室、餐厅、客厅等房间的功能不同,对采暖的时间和温度的要求也不同,住宅区的这种特点要求采暖系统需具有灵活的有效的调节系统。

(3)经济环保性

要因地制宜,根据当地的经济状况来选择一种采暖方式,考虑住户的支付能力,选择初投入少、运行费低的系统。在经济的条件下,小区环境也不容忽视,住宅小区必须保持环境清洁卫生,另外,现在噪声污染也是城市环境污染的一种,在选择采暖方式时,还要注意减少或取缔噪声设备,以利于人们生活休息,这就要求采暖方式的噪声必须低于国家的有关规定。因此,要求采暖热源要具有经济环保性。

(4)采暖设备的耐久和难以改变性

住宅建筑的使用寿命较长,因此要求采暖设备具有较好的耐久性,同时还要便于维修,当一用户的采暖设备发生事故时,要尽量避免对相邻用户的影响。因为当采暖方式一旦选择确定后,住户根据自己的经济情况,要求改变热源和系统方式是十分困难的。所以在未

- 2 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

确定采暖方式前,要对很多因素考虑完善,以免建设一个累赘的供热系统。[1]

由上可以看出住宅对采暖方式的选择原则为:安全性、舒适性、经济环保性、灵活性,并要符合国家的节能政策和环境保护政策。

鉴于小区采暖的特点,我们需要综合考虑这些因素,才能更好的选择一种适宜的小区采暖方式。上面对小区住宅采暖的特点进行了概括和探讨,它让我们知道在选择采暖方式时要注意的问题,因为本文主要是设计有集中锅炉房的附属换热站,所以要对小区集中锅炉房热水采暖的特点做个探讨,以便更好的做好本设计。

1.1.2 小区集中锅炉房热水采暖的特点

小区集中锅炉房热水采暖是一种投资少,建设周期短,供热量能灵活地适应热负荷需要的一种供热方式,大型区域锅炉房的热效率可达80%,目前来说已经是比较成熟的供热技术,同时适宜现阶段我国城市小区的供热要求。下面就小区集中锅炉房供热的特点做个总结。

(1)输送距离短

一般区域锅炉房供热设备都安置在该区域内,离热用户距离较短,与热电联产相比, 区域锅炉房热量输送距离短。

(2)运行经济较热电联产差

但从长远的运行角度来看,热电联产的效益比区域锅炉房要好,对于电力相对紧张的地区,在整个电网允许并网的条件下,热电联产的效益比较显著,无论冬夏季均可运行,其综合热效率可达65%~70%,较之传统的中小型锅炉房供热方式效率要高30%左右。不过区域锅炉房的水泵电耗仅为输送热量的1%~2%,这一点较之热电联产经济。

(3)运行管理简单

从运行管理方面来看,区域锅炉房管理远比热电联产要复杂,而且对运行人员自身素质要求不高,这样的话会使运行管理人员减少,使经营管理的难度也大大减小,因此,区域锅炉房管理工作较容易,而且所需人员远比热电联产要少。[2]

(4)燃料类型丰富

区域燃煤锅炉房设置是以煤为主要燃料,所以存在煤和煤渣的的运输与污染,燃煤锅炉的管理等一系列问题。但如果以电或天然气为燃料,它们的输送都比热量容易,输送成本也低,电热或天然气锅炉很容易实现自动管理。按照目前的燃料价格,使用天然气为燃煤的3~4倍,电热为燃煤的10倍。所以,使用这些清洁燃料不但考虑环境效益还应尽量利

- 3 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

用其便于运输、调节的特点,尽可能地提高热效率,减少运行费用。

综上所述,集中锅炉房热水采暖与热电联产相比,既有优势也有缺点,但总的来说,还要根据当地的具体实际情况来分析其特点。

1.2小区集中热水采暖的概况以及发展趋势

1.2.1我国小区集中热水采暖的概况

城镇小区供热行业是对国民经济发展具有全局性、先导性影响的基础产业。与老百姓生活息息相关的热水供应、空调、建筑采暖等消费产品和服务水平随着人们生活水平的提高而逐年提高。提高能源利用率,降低城市能源消耗和建筑能耗,提高城镇供热水平和居民的采暖水平,实现小康社会,应积极发展集中供热,并且应改革现行的供热体制,促进城市可持续发展。近年来,随着经济和科学技术的发展,已建住宅采用集中热水供暖的地区和单位越来越多,同时在供暖技术上也有了很大的改进。目前集中供热的热源主要有热电厂、区域锅炉房和分散小型锅炉房,通过蒸汽和热水作为热媒介质输送热能。而区域锅炉房与热电厂相比,具有初投资小和建设周期短等优点,适应我国现阶段城镇建设发展的需要。目前,在我国一些城市、地区和单位,已相应建立了能同时满足生产和生活需用热能的集中供热系统。目前,由于热水供暖系统具有热能利用率高、节省燃料、供热稳定、供热半径大、卫生、安全等特点,热水供暖系统已成为已建或在建住宅集中采暖的主要方式之一。

不能否认,现阶段我国城镇居民小区采暖仍有很大的弊端,因为我国部分城镇居民采暖仍然沿袭计划经济时代的“单位包烧制”,不能适应市场经济发展的需要,其弊端日益突出,已成为政府重视,群众关心,社会关注的焦点问题。突出表现为:一是热费收缴困难,供热质量难以保障。现行的采暖收费制度,是由住宅产权单位或职工所在单位向供热企业交纳采暖费,由供热企业负责向居民住宅供热,职工家庭基本上是免费采暖,致使交费主体与受益主体相分离,不能体现“谁用热,谁交费”的市场经济原则,加之部分企业经营困难,无力为职工缴纳热费,致使热费收缴的难度越来越大,供热收费困难的局面仍然存在,北方地区冬季供热采暖成为城市政府的重要工作之一;二是弱势群体的冬季采暖困难,交纳热费不落实;三是城镇居民住宅采暖能耗大,浪费严重。目前来看,因为有的城镇住宅供热系统不具备计量和温度调控功能,居民不能根据需求进行自主调节,导致居民住户没有节能的积极性,所以不利于节能。目前情况是供热节能潜力比较大,没有形成

- 4 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

节能机制,居民节能意识淡薄,另外一方面,小区的节能建筑少,采暖能耗高,造成能源浪费严重;四是供热收费体制改革缓慢,不能适应市场经济发展的要求,也不适应城市居民住宅产权已归居民所有,产权的私有化和房屋产权的多样化后的情况。供热行业改革滞后,市场化程度低。[3]

改革开放以来,在中央“资源开发与节约并举,把节约放在首位”的能源方针指引下,我国城市集中供热事业得到迅速的发展,对节约能源和保护环境发挥了重要的作用。截止到2001年底,全国共有664个设市城市,其中已有286个城市建集中供热设施,占42.18%,2001年底中国集中供热的供热能力:蒸汽72242吨/时,热水126249兆瓦/时。供热量:蒸汽37655万GJ/年,热水100192万GJ/年。2001年底全国集中供热面积为146329万平方米,比上年增长32.1%。热力管道总长度已达蒸汽9183公里,热水43926公里,东北、华北、西北地区,集中供热面积约占全国集中供热面积的80%,热化率30%,全国集中供热从业人员共22万人。从中可以看出,供热行业的庞大性以及必要性。

1.2.2我国小区集中采暖的发展趋势

在大多数发达国家,燃煤的区域锅炉房由于能耗大,污染严重,已经逐渐被淘汰。而我国由于国力有限,又因为大型区域锅炉房投资少,见效快,技术稳定,因此在一定阶段还将被广泛应用,现在已处于成熟期。

锅炉房的建设比热电厂投资少、周期短、不存在并网的问题,也更易于与工业建设和居住区的建设速度相配合。所以,锅炉房的发展速度很快,在工业用热和民用建筑采暖、生活用热方面,锅炉房供热仍占主导地位。90年代初,全国已有40多万台工业锅炉,平均热效率60%~70%,年耗煤量约3亿t。随着居民住宅小区的兴起,从80年代初开始,北方采暖区大城市的民用建筑采暖,逐渐由容量大、效率高的大型热水锅炉代替了容量小、效率低、污染严重的小型锅炉,朝着集中供热的方向发展。

在机械工业部的倡导下,我国第一台热水锅炉(14MW)在杭州锅炉厂制造成功,首次用在清华大华9003锅炉房(由机械部设计研究院负责工程设计)。此后仅几年,无锡锅炉厂生产的29MW大型热水锅炉又在北京左家庄供热厂及方庄供热厂投入运行。鉴于城市集中锅炉房管理水平较低,热负荷波动大,环境保护要求高,所以锅炉燃烧方式宜选用层燃,即链条炉。但是这种燃烧方式又限制了热水锅炉朝着大容量方向发展,直至目前仍停留在29MW上,这就使得有些小区锅炉房的锅炉台数达到10~12台之多。近年来,无锡锅炉厂、杭州锅炉厂、北京锅炉厂、哈尔滨锅炉厂均开发了58MW热水锅炉,但因种种原因未能在

- 5 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

工程上使用。为了适应集中供热的发展,大容量燃煤热水锅炉的研制以及热水锅炉型谱的完善已成为迫在眉睫的事。[4]

21世纪初到2050年,我国城市采暖、空调、生活用热所采用的供热技术设备,必然是走多元化,但洁净煤CFB锅炉汽轮机组热电联产和天然气燃机联合循环热电联产,仍是集中供热的主要设施,也就是说,在三北地区热负荷较大、集中的地区,城市仍以水热网供暖为主,这是主流。到2015年城市集中供热普及率在2000年25%的基础上提高15~20% ,使供热普及率达到40%以上。集中供热能源转换效率较高,环境污染小,运行成本较低,应为大力发展的城市供热方式。燃煤锅炉供热虽然运行成本低,但对大气的污染最为严重,应严格限制在市区的使用。燃油锅炉初投资、运行成本较高,并排放有害气体,因此,应在技术经济分析基础上谨慎选用。燃气锅炉虽然初投资、运行成本高,但环境污染问题小,同时,符合国家能源结构的发展方向,因此是区域供热锅炉的主要发展方向。[5]

热电联产集中供热,随热负荷大小,性质,其规模应合理,结合热负荷实际、机组优选,宜大则大,宜小则小。也就是说热电规模大、中、小并举,视热负荷和技术经济决定。

电热泵采暖,只有在峰谷差很大、电价低廉地区,为利用低谷电,才会作为采暖空调用热的补充。因为该采暖方式也不经济,采暖效率也不高,只有当热泵性能系数大于1.875时,才能与热电联产全厂热效率45%相当。

对电热锅炉采暖应有正确认识,近两年来,由于电力市场出现缓和,部分地区出现过剩现象,致使有的地区促销电力,还大力提倡在采暖方式上发展电热锅炉,进而取代热电联产,这些措施都是不应该被提倡的,有时应该严加禁止。因为用电能采暖时能质不匹配,非常浪费能源,不宜无条件提倡扶持发展。电锅炉的一次能源利用率很低,还不到25%,只有汽机热电联产的一半。如果利用的话,只有在峰谷差很大地区,利用低谷蓄热供暖,蓄热制冷的特定条件下,并经技术经济比较,确定经济时才能应用。

至于其他清洁能源利用采暖,随着新能源的开发利用以及未来能源的发展趋势,比如太阳能会逐步用来生活用热,太阳光电池会使用在远离电网的地区和特殊用电的场所,若有地热地区,也可利用地下热供热,这种供热方式我国已经开始利用,还有一种是燃料电池也已逐步进入家庭用户,这就为分散供能提供了条件,根据目前世界的能源概况,相信这些新能源今后必将会与大型常规能源动力相竞争。[6]

总之,21世纪供热系统,会走向多元化,但上半世纪仍以大型CFB燃煤和燃气联合循环热电厂为主,其他竞相发展。城市集中供热应发展成为热电联产集中供热为主、大型区域锅炉房供热为辅、其他供热方式为补充的供热格局。

- 6 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

2小区换热站的初步规划

2.1换热站的组成、分类以及作用

2.1.1换热站的组成

换热站的热力系统通常由汽水换热器、水水换热器、循环水泵、补水装置、除污器等设备组成。有的换热站内还有凝结水箱、凝结水泵或水处理装置等。

为保证系统正常安全运行,站内还须设置必要的热工检测和安全保护装置。

2.1.2换热站的分类

根据热网传送的热媒不同,分为蒸汽供热热力站和热水供热热力站;根据服务对象的性质不同,分为民用热力站和工业热力站;根据规模和设置又可分为首站、区域热力站、集中热力站和用户热力站。

(1)首站

一般设置在热源厂(热电站、锅炉房)的厂房内或其附近地区。利用热源厂的蒸汽和高温水(热水锅炉)加热热网循环水,因此有蒸汽换热和热水换热热力站。

(2)区域热力站

区域热力站的服务对象是城市的某个区域范围内的热用户。

区域范围应具有一定规模,一般设置在区域用热负荷的中心,通过专用分支干线与主干线和区域热力站相连接。

区域热力站有蒸汽换热站和热水换热热力站,但外供均为热水用户,包括供暖,生活热水等。

(3)小区换热站

热网通过小区热力站向一座或数座小区各建筑物分配热能,多为单独建筑物。 从热源引出管至小区换热站,为一级管网;小区换热站至各热用户输送热媒的热网为二级管网。小区换热站也有汽水换热和水水换热二级串联换热或只有水水换热一级换热,视热源供应的热媒决定。热源如经过首站换热后的高温水进入小区换热站继续换热,低温水外供至热用户,此时首站为一级换热站,小区换热站为二级换热站。

- 7 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

(4)用户换热站

用户换热站一般均设置在用户的某幢建筑物的底层或地下室,当无换热设备仅对用户进行热量分配时,此时可布置在建筑物的专用地下沟道内。[7]

2.1.3换热站的作用

换热站是集中供热系统中热网与热用户的连接场所,在热网与热用户之间起一个承上启下的过渡作用,除了设置最重要的换热器外,在其内还安装有与用户连接的有关的其他设备,比如管道、阀门、仪表和控制装置等。

换热站主要有以下作用:

(1)将热能从热网转移到用户系统内(包括热媒本身),提供用户供暖、通风以及生活热水等需要。

(2)将热网输送的热媒参数加以调节,比如对热水的温度、压力和流量进行调节,变换到热用户设备所要求的参数和数量,从而控制用户最佳的经济运行状态。

(3)在汽-水换热系统中,换热站一方面向用户用热系统供热,另一方面还将收集凝结水,并将其送回热源凝结水回收装置。[7]

通过了解换热站的作用后,将会对换热站的设计有一个宏观的认识,以便更好的规划和设计小区换热站。

2.2小区换热站站址和规模的确定

2.2.1 换热站站址的选择

换热站的站址选择对小区的环境以及供热的方便性有一定的影响,所以在选择站址时也应考虑周全,下列是换热站站址选择的几个基本原则:

(1)应靠在热负荷中心,这样方便一次网的连接; (2)为了方便建设和扩建,站址要有足够的场地; (3)站地应设在地质条件较好,地下水位较低的区域; (4)站址附近应有自来水的补水水源;并考虑其排水方便; (5)站址的方位应考虑热网进出管线连接的方便; (6)站址应靠近动力电源。

集中供热网路通过小区换热站向一个或几个街区的多幢建筑物的热用户输送热量,这

- 8 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

种换热站可以是独立建筑,也可以设在某幢建筑的地下室内的专门房间内,如果设在地下室内,这样既节省用地,又对小区的环境影响小,所以设在地下室内是个不错的原则,不过这样的建筑多为大型共用建筑。对于设计是集中锅炉房的附属换热站,也可设在锅炉房内或锅炉房附近。

总而言之,换热站的站址选择应在技术经济比较合理的前提下,还需征得当地规划部门的同意批准,才可以最终确定下来。根据以上的选择原则、注意事项及本设计的具体情况,由于该小区拟建一座集中锅炉房,在建锅炉房的同时已应考虑了以上部分原则,比如要靠近动力电源,站址附近有自来水水源,以及有足够的场地等,所以该换热站拟设置在集中锅炉房内或锅炉房附近,具体是建在锅炉房内还是锅炉房附近,还要根据当地具体的实际情况进行确定。

2.2.2换热站规模的确定

一般情况下,对城市住宅小区进行集中供热时,热力站规模越大,经济性越好。但有些城市人口比较稠密,城区的地方狭小,特别是那些老住宅区改造,好多小区几乎都未预留建设换热站的地方, 这种情况下,更适宜设置规模较小的机组式换热站,这样才能克服用地的紧张问题。但对于新建或在建的城市住宅小区,或者是一些以前用的小锅炉房改造为换热站的住宅小区, 这时适宜建些规模较大的换热站,首先规模大的换热站比分散建设的小换热站节约土地,另一方面管理起来较分散的多个小换热站更为方便。

确定换热站的合理规模首先要看当地的具体地理情况,上面在对换热站站址的确定时已经考虑过了场地的大小问题,这里不在赘述,但在整个集中锅炉房场地大小确定的情况下,应慎重确定换热站的规模,尽量做到所建换热站不仅符合人们的供热需求,还要做到经济安全。因此现阶段如何合理确定换热站的合理规模已成为供热领域迫切需要解决的课题之一。下面是换热站规模的选择确定原则:

(1)换热站规模首先应根据该小区负荷需求现状和近期发展负荷选择,远期发展负荷如不大可适当预留;

(2)换热站规模在负荷落实的基础上,在有条件的情况下,应适当加大规模,这样可以减少换热站的数量、节省投资和减少管理维护人员;

(3)换热站规模确定还应考虑当地的具体条件,如地理位置、交通条件、供水情况等条件是否具备和方便;

(4)换热站建筑物的布置应尽量少占用地方,居民小区换热站和热量分配站在有条

- 9 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

件的情况下,应尽量利用原有锅炉房改造空间。

在已知换热站规模的确定原则后,最重要的是要搞清楚合理的换热站规模是什么样的,一个最佳的换热站规模受到那些条件的制约。在按照优选的供热系统设计参数设计的供热管网时,首先在技术上有可行性,另外经济效益要非常好,初投资和运行费用在进行综合的比较后最为经济,且在管理方便的条件下还应综合考虑系统的故障恢复、系统运行的保障率以及运行调节的难易程度等非经济因素,这些条件统一比较后,所得出的换热站的规模即是最佳的换热站规模。通常在集中供热系统中,一次热水管网一般采用高温水供热,并且要求供回水的温差也比较大,而二次管网的供水温度和供回水温差,较之一次网都比较低。因此,一般地说,对于一个特定的供热居民小区,当单个换热站规模较大时,小区内总的换热站数目减少,换热站本身建设的投资也相应减少。但是,当换热站规模较大时,虽然一次网的规模减小了,可二次网的规模则增大很多,又由于二次网的设计供回水温差较一次管网小,当输送等量的热量时,二次网的管网投资和输送费用也将增加很多。不管怎么样选择,在这其中必然存在一个经济合理的换热站规模。

上面已经介绍过,对城市居民住宅小区进行集中供热时,换热站规模越大,其经济性越好,当然它同时还受到一些非经济因素的影响。换热站作为连接一、二次管网的中转主体设备,其功能不再只是一个热分配站。随着科学技术的发展,现在已采用计量供热,对一次网来说,热源从各换热站处获得需求信息,然后综合调配各站的供热量、调节自身的出力来满足总热负荷的变化,换热站在其中起一个“承上启下”的过渡作用。对于二次网来说,换热站的变流量控制很是关键。二次网系统中的最不利工况点在系统运行时是不断变化的,它是由用户当时的热需求和用户在热网中的位置共同决定的。在特殊情况下,当所有远端用户均出现用热不足,比如温控阀全部关小的情况时,最不利用户就出现在近端。此时,就会形成谁用热谁不利的情形。因此,在二次网控制方案中,如何确定一个合理的控制压力点以及压力高低水平的设定是一个比较关键的问题。对于变流量系统,当用户流量变化很大时,虽然用户相互干扰可通过设置压差控制器消除,同时还可通过对循环水泵的调速,控制最远端用户压差维持不变,但水泵的工作点将在很大范围内变化,致使泵的效率大为降低,而且随着管网的扩大这一点影响更加突出。尤其是在实施计量供热后,二次网控制方式的选择将更大地在技术上影响换热站的合理规模。综上所述,可以得出相应小规模的换热站更适宜计量供热的要求。换热站规模过大,将使二次网的规模增大,不仅管网投资大,同时也不利于二次网的系统调节和水力平衡,特别是对于居民采暖供热,二次网的水力失调将直接影响对居民的供热质量。[8]

综上所述,小区换热站的规模要综合热负荷、节省投资、当地的具体条件等因素来确

- 10 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

定,在对城市居民住宅小区进行集中供热时,换热站合理规模宜在5×104~15×104平方米范围之间。当然具体工程还应进行具体的技术经济和价值工程分析,以确保供热工程的经济效益和社会效益。

因此,在此小区换热站中,按照一般供暖面积热指标64W∕m2,该小区热负荷为Q=28MW,则供热总面积理论上为:[9]

SQ64

则由式:

SQ64

=2.8×10764

=4.375×105m2

求得S=4.375×105m2,则选择建设四个换热站,每个换热站供热规模大概在11×104

平方米。

2.3换热站供热系统类型的确定

热水供热系统有闭式系统和开式系统两种型式,在闭式系统中,热网的循环水仅作为热媒供给热用户热量,而不从热网中取出使用。在开式系统中,热网的循环水部分地或全部地从热网中取出,直接用于生产或热水供应热用户中,系统连接各类型介绍如下。

2.3.1闭式双管式热水供热系统

热水供热的系统流程一般是从热源出来的热水先经热网供水管网输送到各个热用户,在热用户系统的用热设备内放出热量后,再经热网回水管网返回热源。

换热站与热网的连接方式分为两种,一是直接连接,二是间接连接。

直接连接,顾名思义就是用户系统直接连接于热网上,在供热系统中,热网的水力工况和供热工况与采暖热用户有着密切的联系。间接连接则是在采暖热用户设置表面式水—水换热器,使其系统与热网被换热器隔离,从而形成了两个独立的、互不干扰的系统,因此其水力工况也相互没有影响。供热系统选用何种连接形式,取决于热媒、热网和供暖系统的计算参数、热网供水管和回水管的压力参数,甚至还与建筑物的用途有关。

供暖系统与热网有以上所介绍的两大类连接形式,其中直接连接形式又分为好几种形式。下面就供暖系统与热网的连接方式作一比较分析,以便选择一种适宜本换热站供热系

- 11 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

统的连接方式。

直接连接方式很多,在这里介绍几种常见的,先看第一种无混合装置的直接连接,绝大多数低温水供暖系统采用此种连接方式,不过只有当热网的设计参数与供暖系统的设计参数一致,即热网的设计供水温度不超过散热器供暖系统的最高热媒温度时方可采用此种连接方式,并且用户入口处的热网供、回水管的资用压差能满足供暖系统的热媒循环时才能应用。这种连接方式的优点是系统简单,造价低。第二种是在系统上装水喷射器的直接连接方式,当供热系统采用较高温水供热,网路设计供水温度超过上述供暖卫生标准或供暖系统要求的水温时,如采用直接连接方式,就要采用装水喷射器或混合水泵的型式,以降低进入供暖系统的水温。供水管上装水泵的直接连接也是直接连接方式的一种,当热网的供水压力低于供暖系统所需的压力时,宜采用在供水管上装设水泵的连接方式,这时水泵的压力等于供暖系统的压力与热网供水管的水压之差。另外还有一种是在回水管上装水泵的直接连接形式,当热网回水管的压力超过散热器的承受能力时,为防止散热器被破坏,这时可采用在回水管上安装水泵的连接方式。

在绝大多数建筑物的供暖系统中,热网与换热站之间常采用间接连接的形式,热网供水管的热水进入表面式水—水换热器内,通过换热器将热能传递给供暖系统的循环水,冷却后的循环回水返回热网,由循环水泵驱动着供暖系统的循环水不断流动。另外在热网与热用户的压力不适应时也常采用间接连接这种形式,如热网回水管的压力超过供暖系统散热器的承受能力,或高层建筑采用直接连接,影响到整个热网压力水平升高时,就必须采用间接连接。 [7]

双管闭式热水供热系统是我国目前应用最广泛的热水供热系统。我们目前的供热系统,如热网参数能直接满足供暖系统要求,可采用直接连接方式。而采用间接连接方式,虽造价增高,但热网水质受污染影响较小,热源补充水率大大减少,同时热网的压力工况和流量工况不受供暖系统的影响,提高供暖系统的可靠性,缩短故障排除的时间,便于热网运行管理,并且热网可采用较高温度的热媒,从而缩小热网的管径和降低输送热媒的费用,可以预期此种连接方式今后会得到更广泛的应用。

因为在本小区换热站的系统设计中需用换热器,而且是换热站的主体设备,另外热网参数不能直接满足供暖系统要求,因此适宜采用间接连接方式。

2.3.2开式热水供热系统

在开式热水供热系统中,供暖系统与热网的连接方式,与闭式热水供热系统相同。

- 12 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

2.3.3该小区换热站供热系统的确定

闭式系统的热网补水量少,在正常情况下其补水量只是补充从热网系统不严密处泄露的水量,一般为热水供热系统的循环水量的1%以下。而开式系统的补充水量很大,其补充水量应为热网漏水量和生活热水供应用水量之和。因此,开式系统热源处的水处理设备投资及运行费用,远高于闭式系统。

开式系统中,生活热水直接取自热网循环水,而热网循环水通过大量的供暖用户水质不稳定且不易符合卫生质量要求,而闭式系统中,由于通过表面换热器加热,生活热水的水质与城市上水水质相同且稳定。

因此,通过比较开闭式供热系统的优缺点,本小区换热站采用热水供热,为了节约用水,可确定:热水热网宜采用闭式双管式。

综上所述,该小区换热站供热方式选择闭式双管式间接连接采暖方式。

2.4 换热站主体设备—换热器的类型选择

2.4.1换热器选型规划方案

(1)规划方案一:每座换热站设置两台管壳式换热器

管壳式换热器的结构大致是这样:在一个圆筒形壳体内设置许多平行的管子,这些平行的管子在换热器内称为管束,工作时两种流体分别从管内空间(或称管程)和管外空间(或称壳程)流过来进行热量的交换。

通常在传热面比较大的管壳式换热器中,管子的根数相对来说较多,从而壳体直径较大,以致它的壳程流通截面很大。这时如果流体的容积流量比较小,使得流速很低,会导致换热系数不高。为了提高流体的流速,可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板,使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数,称为程数,所以装了纵向隔板,就使换热器的管外空间成为多程。为了减少管束装入或抽出筒体时的摩擦力, 在管束上设有滑轨。为了检查清理室中垃圾、泥沙及管子的堵塞等, 在前后水室端盖上设有检查孔。为了监视水水换热器的运行情况,在被冷却水侧(除盐水侧) 及冷却水侧(海水侧) 进出口都设置温度和压力测点, 此外还应设有排气和放水接口等。[10]

下图2-1、图2-2是常见的管壳式换热器。

- 13 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

图2-1 卧式管壳式换热器

图2-2 立式管壳式换热器

- 14 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

管壳式换热器的主要优点是结构简单,造价较低,选材范围广,处理能力大,还能适应高温高压的要求,但传热效果较差、体积比较庞大。

(2)规划方案二:每座换热站设置两台板式换热器

板式换热器是近几十年来发展和广泛应用的一种新型高效、紧凑的换热器,它由一系列相互平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成,比螺旋板式换热器更为紧凑,传热性能更好。常见的板式换热器结构如下图2-2。

图2-2 板式换热器的结构

1.固定压紧板 2.上导杆 3.支柱 4.垫片 5.板片 6.活动压紧板

7.下导杆 8.夹紧螺母 9.导向垫圈 10.夹紧螺栓

板式换热器按构造分为可拆卸、全焊式和串焊式三类,以可拆式的应用为最广。它们的工作原理基本相同。可拆卸板式换热器由三个主要部件——传热板片、密封垫片、压紧装置及其它一些部件,如轴、接管组成,见下图2-3。在固定压紧板上。交替地安放一张板片和一个垫圈,然后安放活动压紧板,旋紧压紧螺栓即构成一台板式换热器。各传热板片按一定的顺序相叠即形成板片间的流道,冷热流体在板片两侧各自的流道内流动,通过传热板片进行热交换。

- 15 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

图2-2 可拆式板式换热器

板式换热器的应用范围很广,随着板型、结构上的改进,正在进一步扩大它的应用领域。由于板式换热器是由若干传热板片叠装而成,板片很薄且具有波纹形表面,因而带来一系列优点。由于波纹板片的交叉相叠使通道内流体形成复杂的二维或三维流动和窄的板间距,大大加强了流体的扰动,因而能在很小雷诺数时形成湍流和高的传热系数。在同一压力损失下,板式换热器每平方米传热面积所传递的热量为管壳式的6~7倍。加之板片很薄,其紧凑性约为管壳式的3倍,可达到300m2/m3 以上,在同一热负荷下其体积为管壳式的1/5~1/10。对于可拆卸式板式换热器,不仅清洗、检修方便,而且可按需要,方便地通过增减板片数和流程的多种组合,达到不同的换热要求和适应不同的处理量。此外,在板式换热器中还可以通过采用加装隔板的办法在一台换热器中实现三种以上流体之间的热交换。[11]

目前板式换热器所存在的主要问题是它的操作压力和温度的提高受到结构的限制。但经过板片型式和框架结构的改进,采用新型的密封垫片和板片材料,耐压和耐温均已有相当大的提高。对于许多工业的热工过程,尤其是流体有腐蚀性而必须使用贵重金属材料制

- 16 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

造时,在压力1.5MPa和温度150℃以下的条件下,存在板式换热器逐渐取代管壳式的趋势。至于板式换热器由于流道狭窄和角孔的限制而难以实现大流量运行的问题,由于大型板式换热器的出现和采用多段并联操作的方法使得它已不成为主要的问题。

2.4.2两种规划方案的比较

(1)传热系数的比较

管壳体换热器中,一种流体横向掠过管子通过管壁与管内流动的另一种流体换热,彼此垂直交叉流动,其传热系数一般为1000~3000 W/(m2·℃)。板式换热器中,加热水侧与被加热水侧流动均匀湍流,两种流体逆向流动,由于波纹的作用引起湍流,从而产生高传热率,高阻力压降以及高切应力场,这将导致抑制污垢在传热面上形成。其传热系数一般为3500~5500 W/(m2·℃),由此,可节省换热器的换热面积。[12]

(2) 冷却水量比较

管壳式换热器一般加热水量和被加热水量之比为1.2~2.5:1。由于板式换热器的两种介质流道基本相同且传热效率高,因此板式换热器可大大降低加热水量,一般加热水量和被加热水量之比为0.8~1.1:1,这样可以降低管道阀门和泵的安装运行费用。

(3)安装检修的比较

板式换热器具有体积小,重量轻的特点,检修方便,不需设检修起吊设施,故安装占地较少。板式换热器的人工维护包括将整机折开,用喷水枪和刷子清洗板和垫片,检查板片和垫片,如有必要,更换板片和垫片。板式换热器一般每年要清洗一次,并且无论是否实际需要都要做。当应用河水、海水等水质较差的冷却水时,由于泥沙和污物的存在,以及微生物的快速生长有引起表面污染和堵塞的危险。在国外,应用河水作冷却水时,清洗频率很高,平均每年3.3次。管壳式换热器是由管束组成,自身重量体积都较大,在检修抽管时需要留出管束一样长的距离,故占地较多,还需配备必要的起吊检修设施。管壳式换热器的设计寿命一般为30年,大修周期四年,当换热器发生泄漏时,可以采用堵管的办法在短时间内恢复工作性能,管壳式换热器允许有7%的堵管裕量。对于管内的清洗可以根据需要采用胶球清洗装置进行定期的机械清洗。

(4)流动传热设计比较

管壳式换热器的管子是换热器的基本构件,它为在管内流过一种流体和穿越管外的另一种流体之间提供传热面。根据两侧流体的性质决定管子材料,将具有腐蚀性、水质差的流体放在管内流动,水质较好的流体放在管子外壳侧,这样管子只需采用耐流体腐蚀的钛

- 17 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

管,同时清洗污垢较为方便,管径从传热流体力学角度考虑,在给定壳体内使用小直径管子,可以得到更大的表面密度,但大多数流体会在管子表面上沉积污垢层,尤其管内冷却水水质较差,泥沙和污物及生物的存在,都可能会在管壁上形成沉积物,将传热恶化并使定期的清洗工作成为必要,对给定的流体,污垢形成主要受管壁温度和流速的影响,为得到合理的维修周期,管内侧水的流速应在2m/s左右(视允许压降的要求而定)。由于一般加热水选用自来水等,较易引起结垢,对管壳式换热器,应根据水质含杂质量情况需设置胶球清洗装置进行定期清洗。

板式换热器的加热水和被加热水在波纹板的两侧对流,波纹采用人字形波纹,这些传热板的波纹斜交,即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而方向不同的波纹。下图2-3是板式换热器的流动形式图。

图2-3 板式换热器的流动形式

沿流动方向横截面积是恒定的,但是由于流动方向不断变化致使流道形状改变而引起湍流。一般传热板的波纹深度为3~5mm,湍流区流速约为0.1~1.0 m/s,波纹板很薄,厚度为0.6~1mm,相邻板间要有许多接触点,以承受正常的运行压力,相邻的板有相反方向的人字形沟槽,两种沟槽的交叉点就形成接触点,这样还可消除振动,并且在促进湍流和热交换的同时,消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。人字形波纹板湍流度较高,高湍流还能充分发挥清洗作用,可以特别有效的将沉积污垢减至最小,但是波纹板的接触点较多,当液体水质差,含有悬浮的固体颗粒、杂物和水草等时,由于板间隙很窄,所以要尽可能地保证将所有2mm以上颗粒在进入换热器以前都要过滤掉,假如滤网不能有效地发挥作用,就容易发生堵塞。由于小区供热所用水大多采用较纯净的水,对上面所存在的问题影

- 18 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

响较小。[13]

与管壳式换热器比较,板式换热器的特点显而易见:板式换热器传热系数高,占地面积小,结构紧凑,易维护。在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3。并且不像管壳式换热器那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内100%地接触到换热板的表面,拆装方便,便于清洗。体积小重量轻,在狭小的空间易安装。通过以上的分析比较,可以看出板式换热器较之管壳式换热器具有很多优点。另外板式换热器还有如下优点。

(1)温差小

由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流,在换热器中进行流动换热后,可使热交换器的一、二次热水的温度相差很小,有时温差能够趋近1℃~3℃。这样可使热效率大大增高,提高换热设备的经济性。

(2)热损失小

由于具有板片边缘及周边密封垫暴露在大气中,所以热损失极小,一般为1%左右,不需采取保温措施。在相同换热面积情况下,板式换热器的换热损失仅为管壳式换热器的15,而重量则不到管壳式的一半。

(3)适应性强

一方面在组装换热器时,可根据产量及工艺要求,很方便地增加或减少传热板片,亦可将板片重新排列,流程组合重新选择。另一方面的适应性还表现在其用途上,板式换热器用途广泛,目前,在化工、机械、水泥、石油、电力、热水供暖等多种工程领域都有广泛的应用,具体用于加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中,通过在板式换热器中进行介质间的热交换来达到应用的目的。

(4)操作灵活,维修方便

传热板片及活动压紧板均悬挂在机器的横梁上,压紧板上方设有滚动装置, 可方便地打开设备,进行清洗,并能取出一板片,进行检查或更换垫片。[14]

通过对管壳式及板式换热器的比较,可以得出以下结论:板式换热器传热器传热效率高、体积小、重量轻便于拆装,当冷却水水质较好时,它是一种比较理想的换热器设备,结合本小区换热站的具体情况,适宜选择板式换热器作为该小区换热站的换热设备。

- 19 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

3 换热站主体结构的相关计算

3.1板式换热器设计的一般原则

(1)选择板片的波纹型式

板片的波纹型式主要有人字形波纹和水平平直波纹两种。人字形波纹板片的承压能力可高于1.0MPa,水平平直波纹板片的承压能力一般在1.0MPa左右;人字形波纹板片的传热系数和流体阻力都高于水平平直波纹板片。选择板片的波纹型式,主要要考虑板式换热器的工作压力、流体的压力降和传热系数。如果工作压力在1.6MPa以上,则别无选择地要采用人字形波纹板片;如果工作压力不高又特别要求阻力降低,则选用水平平直波纹板片较好一些;如果由于安装位置所限,需要高的换热效率以减少换热器占地面积,而阻力降可以不受限制,则应选用人字形波纹板片。板片型式或波纹型式还应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况,应选用阻力小的板型,反之选用阻力大的板型。

(2)单板面积的选择

单板面积过小,则板式换热器的板片数多,也即使占地面积增大,程数增多(造成阻力降增大);反之,虽然占地面积和阻力降减小了,但难以保证板间通道必要的流速。不宜选择单板面积太小的板片,以免板片数量过多,板间流速偏小,传热系数过低,对较大的换热站更应该注意此问题。

(3)流速的选取 流体在板间的流速,影响换热性能和流体压力降,流速高固然换热系数高,但流体的阻力降也增大;反之情况相反。一般板间平均流速为0.2~0.8m∕s,流速低于0.2m∕s时流体就达不到湍流状态且会形成较大的死角区,流速过高则会导致阻力降剧增。具体设计时,可以先确定一个流速,计算其阻力降是否在给定的范围内;也可按给定的压力降来求出流速的初选值。[15]

(4)流程的选取

流程是指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道,而流道则是指板式换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下,将若干个流道按并联或串联的方式连接起来,以形成冷、热介质通道的不同组合形式。对于一般对称型流道的板式换热器,两流体的体积流量大致相当时,应尽可能按等程布置,若两侧流量相差悬殊时,则流量小的一侧可按多程布置。另外,当某一介质温升或温降幅度较大时,也可采取多程布置。相

- 20 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

变板式换热器的相变一侧一般均为单程。多程换热器,除非特殊需要,一般对同一流体在各程中应采用相同的流道数。

流体流动分布是否均匀的问题还表现在流程组合方式上,在给定的总允许压降下,多程布置使每一程对应的允许压降变小,迫使流速降低,对换热不利。此外,不等程的多程布置是平均传热温差减小的重要原因之一,应尽可能避免。[16]

(5)流向的选取

无相变换热时,逆流具有最大的平均传热温差。在一般换热器的工程设计中都尽量把流体布置为逆流。对板式换热器来说,要做到这一点,两侧必须为等程。若安排为不等程,则顺流与逆流将交替出现,此时,平均传热温差将明显小于纯逆流时。

(6)压降要求

在板式换热器的设计选型时,一般对压降有一定的要求,所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降,需重新进行设计选型计算,知道满足工艺要求为止。一般厂家在样本中给出压降计算公式,从技术经济上考虑,对于水水换热器的压降应不大于0.06MPa为宜。[17]

3.2板式换热器选型计算

已知:加热水的初温 t1=130℃ 加热水的终温 t2=90℃

加热水的平均温度 trp= (t1+ t2) ∕2=110℃ 加热水密度 ρ

3

rp=951.1kg∕m

加热水比热容 Crp=4.23KJ∕(kg·℃)

-42

加热水的动力粘度 µrp=2.59×10N.s/m

被加热水的初温 t′1=65℃ 被加热水的终温 t′2=95℃

加热水的平均温度 tlp= (t′1+ t′2) ∕2=80℃

被加热水密度 ρlp=971.9kg∕m3 被加热水比热容 Clp=4.20KJ∕(kg·℃)

-42 被加热水的动力粘度 µlp=3.551×10N.s/ m

每个板式换热器换热量 Ф=3.5MW

(1) 求加热水流量Gr和被加热水流量,根据下式:

- 21 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

Ф=Gr Crp⊿tr

则得:

Gr=Ф∕Crp⊿tr

=3.6×3.5×106/4.23×40

=74.5t/h

其中,⊿tr为加热水初终温度差。 同理由式:

Ф=Gl Clp⊿tl

求得:

Gl=Ф∕Clp⊿tl

=3.6×3.5×103/4.20×30

=100t/h

其中,⊿tl为被加热水初终温度差。

(2) 求加热水流通断面积fr'和被加热水的流通断面积fl',根据下式:

Gr = fr' wr'ρrp

求得:

fr'= Gr∕wr'ρrp

=74.5/3.6×0.4×951.1

=5.44×10-2㎡

其中,wr'为加热水流速,并取wr'=0.4m/s。 同理由式:

Gl = fl' wl'ρ

求得:

fl' = Gl∕wl'ρlp

=100/3.6×0.6×971.9

=4.76×10-2m2

其中,wl'为被加热水流速,并取wl'=0.6m/s。[18] 初选北京海新板式换热器厂生产的BR06型板式换热器 技术数据为:

单片换热面积 Fd=0.586m2

总换热面积 30--120 m2

- 22 -

lp

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

当量直径 de=7.4mm

单通道流通断面积 fd=1628mm2=1.628×10-3 m2 工作压力 P<=1.6MPa 工作温度 t<=170℃

努塞尔传热方程 Nu=0.2395Re0.6515Pr0.3(0.4) 阻力损失方程 ⊿P=0.18V1.9559

传热系数 K=4600W/(m2·℃)

(3) 求加热水流道数nr和被加热水流道数nl,加热水流道数nr由式:

nr = fr'/ fd

=5.44×10-2/1.628×10-3 =34 被加热水流道数nl:

nl= fl'/ fd

=4.76×10-2/1.628×10-3 =30 取加热水流程数mr和被加热水流程数ml为:

mr=ml=1

则选择

134134型板式换热器

(4) 求对数平均温差tm,根据下式:

tmt1t2(t2t1)Ln(t1t2)Ln(t2t1)

13095(9065)Ln(13095)Ln(9065)

=9.1℃

(5) 求传热面积F',根据下式

F'/Ktm

=3.5×106/4600×9.1 =83.6m2

- 23 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

(6) 求需要的换热片数N',根据下式:

N'2F/Fd

=2+83.6/0.586 =145

又由式:

N'= mr nr +ml nl+1

=69

由第二个求换热片数的公式所求得的板片数应等于或略大于第一个公式求出的结果这才表明起初所选的流程数和流道数能达到传热的要求。如不满足,则应重新选择流程和流道数。[10]

由计算所得,起初所选定的流程数和通道数不能达到传热的要求,应重新选择流程数和流道数。

另取加热水流程数mr和被加热水流程数ml为:

mr=ml=2

加热水流道数nr和被加热水流道数nl为:

nr=nl=36

即选

236236型板式换热器

由式:

N'mr nr +ml nl+1

=145=145

符合设计要求。

(7) 选取结果

根据以上的计算结果,拟选取BR06型板式换热器,流程组合为:BR06236236。

3.3板式换热器流速校核以及阻力计算

3.3.1流速校核

加热水的实际流速wr ,根据下式:

wr = Gr/ fd nr ρrp

- 24 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

=74.5/3.6×36×1.628×10-3×951.1 =0.37m/s<0.4 m/s 符合设计要求。

被加热水的实际流速wl,根据下式:

wl = Gl/ fd nl ρlp

=100/3.6×36×1.628×10-3×971.9 =0.49m/s<0.6 m/s 符合设计要求。

3.3.2阻力校核计算

(1)计算Re值

加热水的Re值,根据下式:

Rer= wr de ρrp /µrp

=0.37×7.4×10-3×951.1/2.59×10-4 =10054 被加热水的Re值,根据下式:

Rel= wl de ρlp /µlp

=0.49×7.4×10-3×971.9/3.551×10-4 =9924 (2)计算压力损失值⊿P

⊿P=ζ·2fm·L w3ρ/de

其中 ζ—计算经验系数,ζ=9-10;

fm—摩擦系数,用式fm=0.055Re-0.2求出; L—流道长度,取L=1560mm。 则加热水侧压力损失值为:

⊿Pr = ζ·2fmr·L ·wr3·ρ

rp/ de

=ζ·2×0.055Rer-0.2·L wr3ρrp/ de

=10×2×0.055×10054-0.2×1.56×0.373×951.1÷0.0074

=1769Pa<0.2MP

根据压降要求,其压降符合设计要求。

- 25 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

则被加热水侧压力损失值为:

⊿Pl = ζ·2fml·L·wl3·ρlp/ de =ζ·2×0.055Rel-0.2·L wl3ρlp/ de

=10×2×0.055×9924-0.2×1.56×0.493×971.9÷0.0074

=4209Pa<0.2MP[19]

根据压降要求,其压降符合设计要求。

通过上面的计算校核,最终选定换热器的类型为:BR061.6236型板式换热器。

- 26 -

170236南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

4 换热站附属装置的选择

4.1循环水泵的选择

循环水泵应该是换热站中比较主要的附属设备,因为它是联接热源、热网和室内采暖系统的枢纽设备,通过它把热量输送给热用户,所以,循环水泵的性能和参数选择的合理性,就显得十分重要。因此合理选择和正确安装使用循环水泵,是取得较为理想的供暖效果的关键。

由热源设备、室外热水管网和室内采暖系统组成的热水供暖系统是一个不可分割的整体,任何一个部件出现问题,都会严重影响供暖系统的正常运行。通常情况下,因循环水泵出现问题,比如在选择循环水泵时参数选择不合格、运行循环水泵时使用不当,而影响供暖效果的现象,大致有以下几种:

(1)在并联使用循环水泵时,有的是同型号、同性能的泵并联,也有的是型号不同、性能也不相同的泵并联。因为不同性能泵的并联操作比较复杂,万一操作错误,则会造成系统运行失衡。

(2)因循环水泵出现问题而烧坏电动机的情况,主要原因是其出口端的阀门不能完全打开,控制阀门的开度只能按电动机的允许额定电流来调节,否则的话,如果使电动机的实际运行电流超过其允许的额定电流,就势必会烧坏电动机,给换热站的正常运行带来很大的麻烦。

(3)循环水泵的出力达不到设计参数。

(4)在安装系统设备时,因为管道系统与泵的联接方式多样, 如果它们安装的位置不在同一平面, 这样会造成系统运行不通畅,管道阻力增加。[20]

在排除循环水泵因制造原因而达不到实际参数这种不可预见的因素外,我们应根据供暖系统提供的参数,合理选择适合本系统的循环水泵的型号和参数,最大可能地满足系统的要求,避免出现水流量不足、扬程不够等现象。

4.1.1循环水泵的选择要求

选用循环水泵时应遵循下列原则:

(1) 循环水泵的总流量应不小于管网总设计流量,实际选用水泵时,一般考虑1.1的余量。扬程应不小于设计流量条件下的管网总压力损失,实际选用时,也应考虑1.1的

- 27 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

余量。

(2) 所选的循环泵应满足系统中所需的最大流量和扬程, 同时要使循环水泵的最佳工况点, 尽可能接近系统实际的工作点, 且能长期在高效区运行, 以提高循环水泵长期运行的经济性。

(3) 循环水泵应选用高效、节能、低噪声水泵,应具有工作点附近较平缓的流量—扬程特性曲线,并联运行水泵的型号宜相同。

(4) 循环水泵的承压、耐温能力应与系统设计参数相适应。

(5) 循环水泵的台数应根据系统的规模、运行调节方式等因素进行技术经济比较确定,设置三台以下循环泵时,应有备用泵,当四台或四台以上水泵并联运行时,可不设备用泵。

4.1.2循环水泵的选择计算

(1)计算循环水泵的流量G,由下式:

G =1.1×3.6Ф/ Clp(t′2- t′1)

=1.1×3.6×0.7×106/4.2×(95-65)

=2.2×104kg/h

(2)计算循环水泵的扬程 H

H=0.1(⊿P1+⊿P2+⊿P3+⊿P4)+4

其中,⊿P1 -- 换热器内部阻力(KPa),⊿P1 =4.2 KPa;

⊿P2 -- 循环水供回水干管阻力(KPa),根据经验数据这里取⊿P2 =49 KPa ; ⊿P3 -- 最不利用户内部系统阻力(KPa),根据经验数据一般取3×9.8--8×9.8 KPa ,这里取⊿P3 =70KPa;

⊿P4 -- 除污器阻力(KPa),这里所选除污器阻力小于25KPa,这里取⊿P4=25 KPa。

计算附加裕量一般为3~5m,此计算取4m。则由式:

H = 0.1(⊿P1+⊿P2+⊿P3+⊿P4)+4 =0.1(4.2+49+70+25)+4 =18.82 m

根据循环水泵的选择要求,再结合本小区换热站的具体实际情况,拟选用循环水泵两台,一备一用。依据计算得出的循环水泵的流量和扬程,拟选用由上海水泵厂生产的R型

- 28 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

循环水泵,型号为200R—45A,其技术参数见下表4-1:

表4-1 循环水泵的技术参数

型号 200R—45A 流量G m3h 254 扬程H m 37 转速n rmin 2960 效率 % 76 汽蚀余量 m 6 所配备的电动机型号为Y225S-4,功率为37kw。[18]

4.2除污器以及补给水泵的选择

4.2.1除污器的选择

换热站内每台板式换热器二次热回水管上加装Y型除污器,可以用来清除过滤管路中更小颗粒的杂质和污物,解决板式换热器的流道堵塞现象,从而减少换热器板片在运行期间拆卸检修的次数,进而会提高供热质量,节约供热成本,有力地保证板式换热器的经济安全运行。下面通过结合本小区换热站的要求以及板式换热器的特点,先介绍安装Y型除污器的必要性。

一般情况下,在供热系统运行中造成换热器堵塞流道的主要原因有:室内、外管网、散热器在安装施工过程中残留焊渣、泥砂、编制袋等杂物,随介质流动进入管道,并且这时没有进行及时有效地清除。如果主管道设置的除污器孔径过大或滤网破裂,这些杂质就会随着循环水泵作用被吸入进板式换热器,很容易造成换热器流道堵塞、结垢,使换热器的换热效率降低,严重影响换热器的热交换能力,因此必须及时采取有效地措施进行清除,否则的话,势必会造成有热送不进去的现象。板式换热器流道被堵塞或结垢后,检修人员必须对换热片进行拆卸清除。常用的清除方法有酸洗和机械清洗两种,如果清洗过程中操作不当,就会出现板片划伤、密封胶垫脱落、残留酸液锈蚀板片等不良后果。如此反复几次,换热器板片会因受压不均而变形,密封胶垫老化变脆,进而密封不严,形成内泻外涌现象,大大缩短了换热器的使用寿命,这对供热设备的安全运行是十分不利的。据统计,每个采暖期平均每台板式换热器需拆洗2~3次,大大增加了检修维护的工作量,同时清洗过程中浪费了大量的自来水,板片也会不同程度的受到损伤。因此在板式换热器二次热回水管上加装Y型除污器,进一步过滤水质,是十分必要的。

板式换热器二次热回水管上加装Y型除污器时,应选用其公称压力和管径与水过滤器

- 29 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

两端的连接阀门一致的除污器。根据本小区换热站的实际供热参数,预选用的Y型除污器的技术参数为:压力为1.6MPa,温度为150℃,阻力小于0.025MPa,除污器滤网孔径d=2m。滤眼总面积是入口管道截面积的2~3倍,同时应有足够的刚度和强度,能够防止工作压力下或稍有堵塞的情况下不会产生形变,保证除污器能正常安全的运行。除污器最好水平安装,这样的话,除污器在发生堵塞后,便于工作人员冲洗杂质和清洗滤网。除污器进口应加装阀门, 而且最好在设备安装与管路同时进行。[21]

另外在本小区换热站中,热用户与换热站的循环水泵之间也应加装除污器,用来清除和过滤管路中的污垢和杂质,以免杂质在供热管道上结垢,从而堵塞管路,使热水不能够顺利的循环流动。在选择除污器时,要注意几个问题,首先是公称压力要适用供热系统的工作压力,以免压力过大,造成除污器损坏,影响换热站的正常运行,其次接管直径应与其连接管网直径相同,以便适合安装,最后除污器的顶端应安装自动排气阀,能够将供热管路中的空气及时的排出,在供热管路中以免将空气随热水带入热用户或循环水泵中,不利于系统的安全运行。[22]

4.2.2补给水泵的选择

补给水泵连续补水定压就是通过补给水泵和压力调节器联合工作,不间断地向系统补充热媒,保证供暖和供热系统在确定的压力下运行。热水供暖和供热系统在运转中失水是不可避免的,如果不及时补水的话,系统的压力就会下降,不能保证换热站供热系统的正常运行。因此,换热站供热系统需要设置补给水泵,以便保证供暖系统压力稳定,换热站功能正常运行。

热水循环系统在选用补给水泵时应符合下列条件:

(1)补给水泵的水量,应根据热水系统的正常补给水量和事故补给水量确定,并宜为正常补给水量的4~5倍。热水系统小时泄漏量,应根据系统的规模和供水温度等条件确定,宜为系统水容量的1%;

(2)补给水泵的扬程不应小于补水点压力相应的水头加3~5m的富裕量; (3)补给水泵一般选用两台,一用一备; (4)补水点的位置一般设在循环水泵的吸水侧。

根据选用补给水泵的选用条件,本小区换热站拟选用两台补给水泵,一用一备,补水点的位置设置在循环水泵的吸水侧。

- 30 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

4.3仪表阀门的选择以及保温方案的拟定

4.3.1仪表的选定

为了计量和实时监控,小区换热站需安装部分测量仪表,换热站中的主要仪表有压力表、温度计,本换热站的仪表设置也不例外。

(1)站内热网系统管道上在下列位置应设压力表: 1)除污器前后; 2)循环水泵前后; 3)补给水泵前后;

4)供水管及回水管的总管上; 5)一次加热介质总管上或分水器上; 6)自动调节阀前后。

本小区换热站选用的压力表为弹簧管式压力表,这种压力表目前应用较为普遍,它构造简单、准确可靠,安装和使用起来也很方便。在选用压力表时,为了目视清楚,压力表的表盘直径应不小于100mm,表盘最大刻度范围最好为工作压力的2倍。而且,在安装时,压力表应装置在操作时便于观察和冲洗的地方,同时在安装的地方应保证有足够的照明亮度,以便容易观察和检修。

除了以上选用和安装时要注意的问题外,压力表的装置、校验和维护应符合国家计量部门的规定。在压力表装用前应校验,并在刻度盘上划红线指示工作压力,压力表装用后每半年至少校验一次,校验后必须铅封,并注明校验的日期。

(2)换热站内热网系统管道上在下列位置应设温度计: 1)一次加热介质总管上或分水器上; 2)热网供回水管上;

3)换热器至热网供水总管上。

在选用温度计时,量程范围也要大于工作温度,与压力表一样,在安装时,应装置在操作时便于观察和冲洗的地方,同时在安装的地方应保证有足够的照明亮度,以便容易观察和检修。

- 31 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

4.3.2主要阀门的选定

阀门是用来开闭管路和调节输送介质流量的设备,在供热管道上,常用的阀门主要有安全阀、蝶阀、截止阀、止回阀这几种仪表阀门。在本小区换热站中也主要有这几种阀门,下面逐一介绍选择。

(1)首先选择安全阀,小区换热站拟选用弹簧式安全阀,弹簧式安全阀结构紧凑,灵敏轻便,可在任意位置安装,能承受振动而不泄露。安全阀是一种自动泄压报警装置,当工作压力超过允许工作压力时,安全阀会自动开启,在热水系统中安装安全阀,是当供热管道因汽化等原因引起超压时,能够起到泄压、报警作用。

(2)其次选择蝶阀,蝶阀拟选用蜗轮传动型蝶阀,该蝶阀阀体长度很小,流动阻力小,调节性能优于截止阀和闸阀,但造价较高。这种阀的阀板沿垂直管道轴线的立轴旋转,在其工作中,阀板与管道轴线垂直时,阀门全闭,阀板与管道轴线平行时,阀门全开。由于其调节性能好,目前在供热管网中广泛使用。

(3)截止阀作关断用,适于全开全闭的操作场合。截止阀的介质流动阻力较大,阀体长度也较大,但密封面的检修较闸阀方便些,常用于水泵出口。这类产品的公称直径一般不超过200 mm。

(4)止回阀用于要求单向流动的场合,其结构形式有升降式和旋启式两种。升降式垂直瓣止回阀应安装在垂直管道上,而升降式水平瓣止回阀宜安装在水平管道上,这类产品的公称直径一般不超过200mm。[23]

阀门的设置应当在满足使用和维修的条件下,尽量减少。根据阀门各种阀门的特点,再结合本小区换热站的具体情况,在板式换热器的一、二次热进回水管、循环水泵、补给水泵的两端处应加装蝶阀,在循环水泵的出水端还应加装止回阀,另外在除污器的两端也应装设蝶阀。

4.3.3保温方案的拟定

供热设备保温不仅是出于经济考虑,其供热的安全性也会得到提高,加装保温材料,既保护了管道,更重要的是减少散热,节约能源。在选用城市小区换热站供热设备和管道的保温材料时,应考虑该保温材料是否优质、价廉,能否满足工艺和节能要求。一般的保温材料应满足下列要求:

(1)导热系数要低,保温性能好;

- 32 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

(2)密度要小,保温材料密度一般不宜超过400kg/m3; (3)耐振动,具有一定的机械强度;

(4)在产品说明上必须注明最高安全使用温度,以免发生意外。

根据以上保温材料的要求,结合本小区换热站的特点,保温材料拟选用石棉制品,石棉是一种含水硅酸镁的天然石棉保温材料。石棉制品分为好几种,其主要制品有泡沫石棉、石棉绳和石棉绒等。

其中泡沫石棉制品是网状结构的毡形保温材料,是国内近年研制成功的一种新型超轻、优质保温制品。最大特点是导热系数低、密度较小、施工敷设也方便,也不易老化,而且无粉尘,用起来比较经济,因此比较适宜加装在小区换热站的换热设备上。石棉制品的主要技术性能见下表4-2。[24]

表4-2 石棉制品的主要技术性能

技术性能 导热系数(50℃时) 导热系数方程 最高使用温度 抗拉强度 生产密度 使用密度 含湿率 单位 W/(m.K) W/(m.K) ℃ MPa kg/m3 kg/m3 % 泡沫石棉 0.044-0.052 0.041+0.0002tp 500 0.05-0.10 50-70 70-95 ﹤=1.5 石棉绳 0.16 0.13+0.00015tp 500 0.002-0.004 ﹤1000 ﹤1000 ﹤=3.5 - 33 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

5 小区换热站的总体规划以及评价

5.1 小区换热站的总体规划布置

换热站布置应遵守以下原则:

(1)换热站内的设备布置应严格按着热力系统的工艺流程,确定设备的位置,事先应考虑管道连接和管道附件操作、检修的方便和合理。

(2)换热站内的设备和管道布置应注意美观、整齐,在维护和检修方便条件下尽量紧凑,以节约占地面积。

(3)设备之间距离,应便于运行巡回检查和事故处理、检修等并留有必要的人行通道。

(4)需要检修的设备,应留有足够的空间和检修场地,必要时可设单轨电动葫芦。 (5)工艺专业在进行设备和管道布置时,各专业应同一规划和布局,注意与电气、控制和土建等专业配合、协调。

5.1.1换热站设备布置

(1)换热器布置

板式换热器由于流通截面间距极小,以及设备结构紧凑,体积小、占地少等优点。在水水换热过程中,近年在改善密封措施后逐渐被广泛使用。板式换热器诸多优点给设备布置带来较多方便,因重量轻不需专设检修起吊设施,但由于需要更换密封垫片,其周围应留有一定的检修空间。

(2)水泵布置

循环水泵数量多、容量大;进出口管道管径大;进出口管道附件较多;尤其循环水泵进口管要安装除污器、并设旁路,布置时要全面考虑。循环水泵是换热站的主要设备,宜布置在监控室最宜观察的视线范围内,所有循环水泵宜集中布置并尽可能布置在循环水管道引入口附近。

补给水泵布置应靠近补给水箱,有条件时与循环水泵集中布置在一侧。 (3)除污器布置

Y型除污器应加装在换热站内每台板式换热器二次热回水管上,此除污器最好水平安

- 34 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

装,另外在循环水回水管道上布置的除污器,考虑到除污器运行时冲洗或维修方便,除污器应设旁通管,为方便除污器检修,一般布置在底层。

5.1.2换热站换热系统总体布置

根据以上对换热站内各个设备的计算、分析以及选择,最终确定了小区换热站换热系统及其设备连接,因为该换热系统采用了闭式系统,加热水和被加热水形成了两个独立的管网系统,加热水供热的系统流程是从热水锅炉出来的高温热水先经一次热供水网输送到板式换热器,经换热器与被加热水换热后,通过一次热回水管,再经过除污器、循环水泵又重新输送回热水锅炉;被加热水从当地热用户水源经过除污器、循环水泵流到板式换热器内与加热水进行热量交换后,然后输送到各个热用户,在热用户系统的用热设备内放出热量后,再经热网回水管网返回换热设备。其换热系统见图5-1

5.2小区换热站的特点以及进一步改进措施

5.2.1小区换热站的特点

该小区换热站最大的特点是采用了高效的板式换热器,与传统的生活热水系统比较,

- 35 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

板式换热机组的特点显而易见:板式换热机组传热系数高,占地面积小,结构紧凑,易维护。在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3。并且不像管壳式换热器那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内100%地接触到换热板的表面,拆装方便,便于清洗。体积小重量轻,在狭小的空间易安装。在城市建设飞速发展的今天,人们对生活质量的要求越来越高,这必将为生活热水换热器的技术发展、应用提供了更加广阔的市场舞台。特别是近十年来,我国的集中供热事业获得了长足的进步,各种供热新技术、新材料、新设备、新工艺不断得到推广应用,这为板式换热机组在生活热水中的应用推广奠定了良好的基础。

该小区换热站的热力系统采用了闭式双管式系统,闭式双管式系统的特点是热网补水量少,在正常情况下其补水量只是补充从热网系统不严密处泄露的水量,一般为热水供热系统的循环水量的1%以下。而开式系统的补充水量很大,其补充水量应为热网漏水量和生活热水供应用水量之和。因此,开式系统热源处的水处理设备投资及运行费用,远高于闭式系统。开式系统中,生活热水直接取自热网循环水,而热网循环水通过大量的供暖用户水质不稳定且不易符合卫生质量要求,而闭式系统中,由于通过表面换热器加热,生活热水的水质与城市上水水质相同且稳定。

5.2.2小区换热站的进一步改进措施

通过以上的设计和规划,根据本小区的具体实际情况,尽可能的选用了经济、安全、效率高的设备。但由于条件所限,所设计的换热站仍有不足之处,其中一个是该小区换热站的在节约能源方面有待提高,同时存在调节精度低的问题。下面就这一问题展开分析,从而提出解决该问题的方法。

为了能更好的节约能源,解决调节精度低这一问题是目前供热行业中迫切需要解决的问题,现阶段,采用质调和量调相结合的供热方式是国外通过运行经验总结出的有效方法,目前已经得到普遍利用,采用该方式,不仅能满足热用户的供热需求,而且能大大地节约能源,提高小区换热站的自动化程度,调节的精度也有了很大的提高。所谓质调,就是通过调节一次管网的供水流量调节阀来控制二次管网的供水温度。所谓量调,就是通过调节二次供水流量保证最终用户的用热需求。质调和量调各有其优缺点,控制简单是质调的好处,其缺点是能源节约程度较差。而量调则相反,量调方式在节约能源方面比较经济。量调和质调虽然单独运行时,其经济性较差,但量调与质调相结合的话,就比较合理经济,这种情况下,循环水泵变频和补给水泵变频调速同时运行,通过这种方式调节运行的话,

- 36 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

经济性非常高。通常情况下,如果按年来计量的话,可比未使用该运行方式前节约用水20%~30%,节约用电达30%左右。 [25]

该小区换热站另外一个不足之处是自动化程度低,未实现对热力参数进行实时监察,实时控制,控制和管理大部分仍需用人员进行手动操作,这就势必增加操作管理人员的劳动量,也不利于系统的有效监控,当然,要解决这一问题,需要初投资就会增加,比如设置计算机实时监控系统,从长远的观点看,对换热站进行计算机集中监控管理,能更有效的提高自动化运行水平以及管理水平,进而降低生产成本,提高经济效益。

以上是该小区换热站的主要不足之处,当然还有其他不足之处需要以后慢慢改进,这里不一一列举。

- 37 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

6 结 语

近十几年来,城镇供热锅炉房还是有较快发展,主要由于大容量高参数热水锅炉的开发和应用,目前我国已研制成功的热水锅炉容量已达58MW,这些大容量锅炉既可作为独立热源也可以作为热电联产热源的调峰热源。城镇供热锅炉房使用燃气、燃油等洁净燃料,热用户是建筑采暖和生活热水时,应选择热水锅炉。对于主要以供热为目的的热电厂,要以热定电,并且考虑夏季供冷、供生活热水以提高运行经济性,以减少目前热电厂因夏季用热负荷小而停炉产生的氧化损害。但热电联产的初投资大、建设周期长,需要协调的单位多,手续复杂,并且夏季运行时,需要补充较大的冷却水量。区域锅炉房则以纯供热为目的,初投资少、建设周期短,见效快,但其长期运行的综合经济性较差,如提高其经济运行能力,亦应考虑区域供热水及区域供冷问题。本课题以板式换热器为换热站主体设备,采用此换热设备,可使系统传热系数高,占地面积小,结构紧凑,易维护。在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3,并且不像管壳式换热器那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修,而板式换热器只需要松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内100%地接触到换热板的表面,拆装方便,便于清洗。

通过三个多月的认真研究与设计,换热站的规划与设计初步完成。本论文先通过对小区集中采暖特点的分析,接着对换热站的系统结构的阐述,进而对换热站主体结构类型的比较选择,以及对小区换热站主体结构的强度、阻力的校核,从而拟定了一种经济、安全、节能的小区换热站的总体规划设计方案,该方案对现阶段城市小区的换热站建设具有一定的现实指导意义。本论文在内容上注重理论基础的应用,并注重理论与实践相结合,参考了大量的国内外较新的技术资料,力求内容准确、实用,力图使该换热站规划与设计的方案适应现阶段采暖工程的建设。

- 38 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

感 谢

本论文是在王志和老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,王老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

我还要感谢在一起愉快的度过本科生活的热能与动力工程班各位同门,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。虽然论文完成,但是我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有很多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!

郝宁宁

2009.5.25

- 39 -

南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文

参考文献

[1] 华艳. 城市住宅采暖方式的比较研究[J]. 北京规划建设,2003(4) [2] 何成彪. 住宅小区供暖供热方式浅议[J]. 中小企业管理与科技,2008(7) [3] 刘贺明. 中国城市供热发展与改革情况[J]. 区域供热,2003(3)

[4] 中国动力工程学会热力专业委员会. 我国城市集中供热发展概况[J]. 1997(10) [5] 徐忠堂. 发展中的中国城市集中供热[J]. 城市发展研究,2000(4) [6] 刘贺明. 中国城市供热发展与改革情况[J]. 区域供热,2003(3) [7] 汤蕙芬,范季贤.热能工程设计手册[M].机械工业出版社,1999.3

[8] 周德健,何方渝等. 热力站合理规模的技术经济分析[J]. 区域供热,2002(6) [9] 中华人民共和国行业标准.城市热力管网设计规范(CJJ34—2002) [10] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].东南大学出版社,2003.3 [11] 余建祖.换热器原理与设计[M].北京航空航天大学出版社,2006.1

[12] Bond M P. Plate heat exchangers for effective heat transfer[J].The Chemical Engineer, 1981 [13] 丁雁湘.管壳式与板式水水换热器的比较分析[J]. 浙江电力,2001(1)

[14] Okada K. Design and heat transfer characteristic of new plate heat exchanger[J]. Heat transfer -

Japanese research ,1972.1(1)

[15] 杨崇麟.板式换热器工程设计手册[M].机械工业出版社,1994.11

[16] Wilkinson.W.L.Flow distribution in plate heat exchangers.Chem.Eng, 1974.5

[17] 邹同华,杜建通等.板式换热器设计选型及使用中应注意的问题[J].设计与安装,1999(4) [18] 洪向道,舒世安等.锅炉房实用设计手册[M].机械工业出版社,2003.2

[19] 冯英勃,李艳梅,吴建东.板式换热器在集中供热中的应用[J].辽宁建材,2003(4) [20] 丁亦如,王琳等. 热水供暖系统中循环水泵的选择和使用[J].区域供热,2004(5) [21] 王爱军.Y 型除污器在换热站的合理应用[J].石河子科技,2006(3) [22] 王丰昌.除污器在供热工程中的应用[J].一重技术,2003(1) [23] 吴味隆等.锅炉及锅炉房设备[M].中国建筑工业出版社,2006.5 [24] 李德英.供热工程[M].中国建筑工业出版社,2006.12 [25] 邓雪荣.浅议集中供热的调节[J].现代商贸工业,2007 (6)

- 40 -

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- efsc.cn 版权所有

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务