低温循环水（精选八篇）
低温循环水 篇1
1 供回水温差小, 循环水流量大
1.1 误区
部分供热系统在运行中, 供回水温差只有10~15℃, 甚至小于10℃, 在这种情况下, 要输送同样的供热量只能靠提高循环水流量, 增开水泵来实现。而对于相同的管网, 流量越大, 管内流速越高, 沿程阻力也越大, 泵的能量损失也越大。
1.2 对策
提高供水温度, 在各热力站实行混水换热。
提高供水温度是应用了供热调节中的质调原理, 根据不同的室外温度只改变供水温度, 不改变或适当降低供水流量, 为目前普遍采用的运行调节方法。与提高供水流量的量调相比, 可以起到一定的降低循环泵电耗的作用, 但在直供系统中特别是低温循环水供热系统中一般受设备条件限制, 供水温度很难达到一般设计的95℃。
在各热力站实行混水换热, 此法尤其适用于直供系统, 这相当于将直接供热的一次管网变成混合换热的二次管网, 可显著降低供回水温差。由于只在热力站增加混水泵, 而不增加换热设备, 降低了改造投资费用, 总造价明显低于间接式供热系统。
以循环水供热的直供系统的旁通加压法为例, 混水泵设置在混水旁通管路上, 利用水泵将二次网的一部分回水加压打入一次网供水中混合加热, 形成二次网供水, 二次网的另一部分回水作为一次网回水返回一次网回水总管;一次网供回水上设置调节阀, 水泵采用变频控制。此供热方式适用于一次网供水的高中压区, 供回水温差较大的地区。
实践证明, 在直供系统实行混水换热, 特别适合目前新建的以地暖采暖的热用户, 可根据不同建筑物的采暖特点, 调节供热温度, 由于低温循环水供暖实行24小时工作制, 与一般设计的95/70℃, 2班制运行来比较, 这种运行方式也完全能满足用户采暖要求。而对于供热企业, 由于温差的增大, 输送同样的热量, 可采用较少的循环水流量, 降低泵的能耗, 起到节能降耗的目的。
2 水泵房设计不当造成的浪费
2.1 误区
在热网运行中, 循环水泵的工作特性曲线能否与热网特性曲线相交在设计点上对经济运行是很重要的, 但实践中, 由于热网分期建设、改造等原因, 常出现水泵偏离设计的最高效率点的情况, 造成很大的浪费, 主要有如下表现。
(1) 多台相同规格型号水泵并联, 按照负荷变化改变水泵运行台数。这种方法的优点是简单可靠, 缺点是总装机容量大, 多台水泵并联运行效率下降, 占地多。另外, 水泵启动电流大 (软启除外) , 对电网有一定冲击。
(2) 多台不同规格型号水泵并联。按照负荷变化改变水泵运行台数。这种方法不宜采用, 不仅总装机容量大, 占地多, 而且多台不同规格水泵并联运行效率很低。
(3) 三台不同规格型号水泵切换。安装对应100%、80%、60%负荷三台水泵, 三台水泵分别在不同负荷下运行。这种方法的优点是简单可靠, 缺点是总装机容量更大, 占地多, 如果泵的扬程搭配不当, 低负荷时损失更大。
2.2 对策
循环水泵在供暖系统中所占比例, 无论是容量还是设备数量都是很大的, 运行中的问题也比较多, 选择时应考虑以下几个原则。
(1) 应力求选择结构简单、体积小、重量轻、安全可靠、平稳、振动小、噪音低、抗汽蚀性能好、效率相对比较高的循环水泵。选择适用于流量变化大而扬程变化不大的水泵, 即G-H特性曲线趋于平坦的水泵, 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。
(2) 多台相同规格型号水泵并联后的流量不是简单的单台泵额定流量的迭加。当网路特性曲线较平坦, 即系统内管道实际阻力偏小时, 多台泵并联后的总流量可接近于泵额定流量的迭加数。当网路特性曲线较陡时, 说明系统内管道的实际阻力偏大, 并联泵的效果特别差, 此时应对管网阻力进行分析计算, 找出阻力特别大的管段, 采用泵串联的方式, 可有效克服该管段的阻力, 改善供暖效果。当网路特性曲线正常, 即管道比摩阻按规范30~7 0Pa/m计算时, 单台泵出口端的阀门能全部打开, 此时如果启动第二台泵, 2台泵并联后的总流量是单台泵额定流量的1.57倍, 损失21.5%, 如果继续启动第三台泵, 那么3台泵并联后的总流量是单台泵额定流量的1.8倍, 损失4 0%, 若是再增加并联泵数量, 其效果必然越来越差。因此, 在正常的网路系统中, 我们推荐单台泵运行, 必要时最多不宜超过3台泵并联运行。
(3) 2台不同性能泵的并联时, 能否收到最佳效果要根据网路特性曲线和泵的特性曲线综合考虑。当网路特性曲线较平坦, 即系统内管道的实际阻力偏小, 其总流量接近于两台泵额定流量之和;当网路特性曲线较陡时, 说明系统管道内实际阻力偏大, 大小两台泵并联后, 小容量的泵就没有效果。同样, 当网路特性曲线属正常时, 大小两台泵并联后, 小容量泵的作用也是微不足道的。
因此泵的特性曲线越陡 (比转数越大) , 流量增量ΔQ越大, 越适宜于并联工作;反之, 泵的特性曲线越平坦 (比转数越小) , 流量增量ΔQ越小, 越不适宜于并联工作。如果选型时不考虑水泵的特性曲线, 将会引起并联后流量增量不大, 不能通过并联使流量大幅度地提高, 也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。
(4) 对低负荷工况, 因为管路压降变化随流量变化成平方关系增减, 所以不可简单地仍按热水网主干线经济比摩阻 (60~80 Pa/m) 选择低负荷用的循环水泵扬程, 而应对具体工况进行具体分析, 合理确定热网低负荷时循环水泵的扬程、流量, 不仅有利于节电, 亦可避免大流量、低温差不合理运行工况, 保证供热质量。
3 变频技术应用不当造成的浪费
3.1 误区
对于离心水泵这类负载, 转矩与转速的平方成正比, 功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量, 且不是满负荷工作, 改为调速运行, 均能实现节电。一些文献以及水泵厂家宣称变频调速器是节电控制产品, 给人的感觉是只要使用变频调速器都能节电, 应当讲, 在热网中应用变频器能否节电和最大限度发挥变频器的节电潜力, 需要进行严格的计算, 否则, 很难发挥变频器的节能效益。实践中常有这样的情况:
(1) 泵站中一用一备变频高速泵。其优点是简单可靠, 总装机容量小, 运行效率高, 占地少, 节能效果最佳, 启动电流小。缺点是一次投资大。
(2) 多台相同规格型号水泵并联, 其中一台变频调速。这种方法的优点是降低了变频设备造价。但总装机容量大, 占地多, 特别是相当于几台大泵与一台小泵并联运行, 运行效率降低。
(3) 多台相同规格型号水泵并联, 每台变频调速。设计者的初衷是力求多台并联消耗运行状态同步, 以提高水泵运行效率。这种方法不但总装机容量大, 占地多, 一次投资很大, 而且即使多台水泵同步运行, 部分负荷下并联运行的水泵效率更低。
3.2 对策
应用变频器的热网循环泵站一种较好的设计应当满足供暖期内低、中、高负荷情况下的运行要求, 都能达到较高的效率。可采取不同容量, 不同扬程水泵并列, 高扬程水泵变频的方案。
低负荷时, 启动小容量、低扬程循环泵;中负荷时, 启动大容量、高扬程循环泵变频运行;高负荷时, 大容量、高扬程循环泵满频运行。热网分期建设、改造时, 不适合继续运行的水泵要果断进行改造或更换, 使热网泵站满足热网发展的需要, 并保持高效运行。
4 结论
在热电厂实现汽轮机低真空运行, 低温循环水供热是一种热效率很高的运行方式, 只要我们掌握了泵站及其系统的运行原理, 就能设计出更加合理的热网系统及其运行方式, 取得更好的节能效果。
摘要：从供热系统泵站设计、运行、维护等方面提出泵站的节能方法, 对同类供热企业节能降耗具有借鉴意义。
低温循环水 篇2
用循环经济理念大力推广水泥窑纯低温余热发电走资源节约型产业发展道路--在全国新型干法水泥窑纯低温余热发电现场交流会上的讲话
去年以来,国务院先后发出了《关于建设节约型社会近期重点工作的`通知》和《关于加快发展循环经济的若干意见》等重要文件,批准发布了《节能中长期专项规划》.
作 者：张人为 Zhang Renwei 作者单位：中国建筑材料工业协会刊 名：中国建材 PKU英文刊名：CHINA BUILDING MATERIALS年，卷(期)：“”(6)分类号：关键词：
低温循环水 篇3
本研究在充分发挥臭氧氧化氨氮作用的基础上, 把微生物处理作为氨氮处理的辅助措施, 形成氨氮臭氧氧化与生物处理相结合的低温氨氮处理系统, 使处理后的水质达到工厂化养殖冷水鱼的要求, 对处理过程的臭氧浓度进行了有效控制, 为工厂化冷水鱼养殖水体的氨氮低温处理奠定技术基础。
1 材料与方法
1.1 试验系统
试验在一个冷水鱼工厂化养殖车间进行, 试验系统包括8个直径1.8 m、水深0.5 m圆形养殖池, 溢流槽、回水槽、微滤机 (HXGLXB-802型) 、水泵 (50JYWQ25-10型) 、浮球生物滤器 (BAF-20型) 、臭氧发生器 (XY-19型) 、鼓泡塔和进行臭氧检测与调节的PLC控制器等部分组成 (图1) 。
系统工作时, 从养殖池底部排出的养殖废水, 通过溢流槽曝气后进入微滤机进行固体物与悬浮物过滤, 流到回水槽后通过水泵泵入生物滤器进行氨氮处理, 接着再进行氨氮的臭氧氧化处理, 处理后的水体再回到养殖池循环使用。
为了防止臭氧对养殖鱼类和生物滤器的影响, 系统中PLC控制器通过监测养殖池水和回水槽的臭氧浓度, 调节臭氧发生器的电压, 控制臭氧的单位时间产量, 使养殖池水的臭氧浓度低于养殖鱼类的安全浓度 (0.008~0.060 mg/L) [11], 同时控制回水槽内的臭氧浓度应低于检出限浓度 (5μg/L) 。
1.2 材料
试验鱼为虹鳟鱼, 平均体重 (430±13) g, 每个养殖池 (包括对照池) 放养70尾, 约30 kg, 养殖密度为23 kg / m3;养鱼饲料为蛋白质含量43%的鲑鳟鱼饲料, 日食量按1%鱼体重投喂, 每天投喂3次 (9:00, 14:00, 19:00) 。产生臭氧的氧气为工业用氧, 纯度不低于95%, 流量0.2 m3/h;臭氧氧化催化剂NaBr, 分析纯, 含量不低于99.0%。7个试验池 (每个水体1.3 m3) , 1个沉淀池 (水体1.5 m3) , 1个生物滤器 (水体0.4 m3) , 鼓泡塔水体为1.5 m3, 合计循环水体为13.8 m3, 对照池水体1.3 m3。水泵流量为25 t/h。检测硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的分光光度计型号为U4100, 在线臭氧检测仪型号为HACH 9185sc。
1.3 方法
试验前, 养殖系统在低温下 (12~15℃) 运行24 d, 确定生物滤器产生较好作用后, 在12℃的水温条件下, 用7个试验池在系统中进行试验, 对照池水体不参与系统循环, 通过水泵在原池水中循环增氧;利用添加NaOH和NaHCO3保持水体pH值在7~7.5范围[12]。
氨氮处理:每天8:00采水样1次, 在养殖池排水口、生物滤器排水口和鼓泡塔排水口各取两个水样 (均为2个平行样) , 在对照池内取一个水样, 一个平行样。通过检测各个排水口和对照池水样的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮, 确定氨氮处理的效果。NaBr根据检测结果按以Br/N的比值为0.4计算添加量添加到养殖水体。检测方法为:氨氮采用纳氏试剂比色法 (HJ537-2009) , 硝酸盐氮采用酚二磺酸分光光度法 (GB 7480 -87) , 亚硝酸盐氮氮采用N- (1-萘基) -乙二胺分光光度法 (GB 7493 - 87) 。
水中臭氧浓度监测:通过在鱼池和回水槽设置臭氧检测探头, 将检测结果进行A/D转换后送给PLC进行在线监测和控制, 获得鱼池和回水槽的臭氧浓度变化值。测量范围为:0~20 mg/L, 测量精度±5μg/L。
2 结果与讨论
2.1 氨氮处理
表1表示在系统运行过程中各个采样点的总氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的变化情况。养殖池水体总氨氮的最高浓度为0.49 mg/L, 在12℃水温和pH为7~7.5条件下, 非离子氨最高浓度为0.004 3 mg/L, 远小于标准要求的0.002 mg/L, 表明养殖试验池在循环使用养殖水体的情况下, 氨氮指标符合淡水渔业水质国家标准GB11607-89的要求。
由表1可知, 试验7 d后, 对照池水体积累了大量氨氮, 浓度达到30.34 mg/L, 从第2天起, 已经严重超出养殖水质标准;而养殖试验池排水口的氨氮浓度为0.4 mg/L, 进水口的氨氮浓度为0.12 mg/L, 符合养殖水质标准。分析表明, 经过处理后的水体, 其氨氮含量在进水口较低, 经过养殖池后, 由于鱼类的排泄对养殖水体造成了污染而使氨氮浓度进一步增加, 需要进一步处理, 从而形成了养殖污染—处理—再污染—再处理的循环利用模式。
通过对表1数据的比较可知, 养殖池排出废水中的氨氮经过微滤机和生物滤器处理后, 已经有了一定的下降, 再经过臭氧催化氧化处理, 总计约有95%的总氨氮被处理, 只有5%左右的氨氮可能会积累在养殖水体中。但在实际应用中, 循环系统每天必须有10%~20%的换水率[13,14], 5%浓度经过稀释后不会引起氨氮的积累。
表1数据表明, 试验池养殖水体中硝酸盐氮有了比较大的增加, 这是因为系统在运行过程中, 生物滤器硝化了部分氨氮, 氨氮被硝化细菌和亚硝化细菌转换成了硝酸盐氮, 由于养殖鱼类对硝酸盐氮的忍耐度较高, 其积累不会对鱼类生长产生影响。这也是一些工厂化养殖系统选用生物处理的主要原因。根据表1也可知道, 运行过程中, 试验鱼池进排水中的亚硝酸盐氮氮都没有太大的变化和积累, 这是因为无论是生物处理还是臭氧氧化处理, 亚硝酸盐氮均是反应过程的中间产物, 不会形成太多的积累, 不会达到产生毒害作用的程度。
2.2 臭氧的安全监测
图2是养殖试验池臭氧浓度在PLC控制下的变化图。图2表明控制系统在臭氧催化过程中具有很好的调节作用。在监测起始阶段, 臭氧浓度快速增加, 到达设定值 (0.008~0.010 mg/L) 后, 基本稳定在该值附近, 不会产生过高浓度, 对养殖鱼类产生不良影响。这是因为, 当PLC监测系统监测到臭氧浓度高于0.008 mg/L后, 就会自动反馈到PLC控制系统, 从而控制臭氧发生器电压, 降低臭氧的产量, 调低鼓泡塔内臭氧的浓度。
养殖鱼类臭氧浓度安全值 (0.008~0.06 mg/L) 是一个比较宽的范围, 对于不同的鱼类可以选择不同的控制指标, 抗臭氧能力强的鱼类可以选择上限, 能力低的可选下限。在满足鱼类安全浓度的条件下, 尽量增加鼓泡塔臭氧浓度, 增加催化氧化的动力, 提高处理效率。
在监测回水槽内的水体臭氧浓度变化过程中, 检测结果为检测精度5μg/L的一条线。表明在经过溢流槽、微滤机和回水槽的衰减后, 养殖水体内的臭氧已经自动降解到检出限以下。这是因为, 臭氧在有污染的水中很快就会分解为氧气, 其在20℃自来水中的半衰减期为20 min, 在养殖水体条件下衰减得更快[15]。系统循环一次的时间为32 min, 与臭氧在养殖水体分解的时间基本一致, 因此臭氧不会在水中积累, 也不会对生物滤器产生影响。
3 结论
低温循环水 篇4
我国工业余热的资源很丰富, 利用的潜力很大, 分布也很广, 不少余热温度较高且载热体流量稳定, 具有较好的利用条件。凝汽发电厂的冷源放热就是一例。由于这部分热量的品位低而一直未被利用。近年来, 虽然有些电厂采用低真空运行方式用循环冷却水来向采暖用户供热, 但用量少, 且供热量不大, 多数电厂还是将这部分热量排放到自然环境中。对于低温位工业余热的回收利用技术, 目前提出的有热泵技术、低温发电、吸收式制冷等手段[1]。
采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗。通常我们通过直接燃烧矿物燃料 (煤、石油, 天然气) 产生热量, 并通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下, 一次能源利用率 (即为建筑物供热的热量与燃料发热量之比) 最高可为100%。但是, 燃烧矿物燃料通常可产生1500~1800℃的高温能源, 是高品位的热能, 而建筑供热最终需要的是20~25℃的低品位热能, 直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃料燃烧产生的高温热能去发电, 然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能, 适当提高温度再向建筑供热, 就可以充分利用燃料中的高品位能量, 大大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性能系数。即供热量与消耗的电能之比, 现在可达到3~4;火力发电站的效率可达35~58%[2]。采用燃料发电再用热泵供热的方式, 在现有先进技术条件下一次能源利用率可以达到200%以上。因此, 采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗, 不仅节能, 同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。为满足低温热负荷的需要, 同时提高能源利用率, 我们可以考虑利用工业余热作为热源采达到这一目的[3-4]。
据泰安市经贸委提供的数字显示:今年1-6月份, 78家重点资源综合利用认定企业实现资源综合利用产品销售收入14.74亿元、利润1368万元。利用工业固体废物404.42万吨。21家资源综合利用电厂发电148525.61万千瓦时。68户重点用水企业工业用水量38562.57万吨, 重复利用水量36008.01万吨, 重复利用率达到93.38%, 由此可见泰安市的工业余热的利用是有很大发展潜力的。
2 工程实例
压缩式水源热泵调研地点为大庆阳光佳苑社区供热站。此供热站是让湖路区热泵改造项目中的一个热泵站, 大庆市让湖路区采用热泵集中供热工程, 是以大庆炼化公司工业循环冷却水为热源, 采用压缩式热泵机组, 热泵房建设面积1500平方米。
2.1 项目设计参数
2.1.1 热源:
利用大庆炼化公司第三循环场及扩建水场的循环冷却水, 设计总的循环水量52000m3/h, 实际总的循环水量35300m3/h, 设计给水温度38℃, 实际给水温度34℃。
2.1.2驱动源:
220V、50HZ交流电, 总的需电负荷为50000kw。
2.1.3 热泵机组:
根据调查, 七个小区内需供热的老式非节能建筑约12万平方米, 末端均采用散热器形式, 新式节能建筑约308万平方米, 末端均采用地板幅射形式, 整个工程所需热负荷192000kw, 拟建热泵房7个, 节能建筑选用R22制冷剂的常温机组, 非节能建筑选用R134a制冷剂的高温机组。
2.1.4系统水设计温度:
节能建筑 (地暖) 供回水温度55/45℃;非节能建筑 (散热片) 供回水温度65/50℃。
2.2 工程量
2.2.1在炼化公司区域内, 建换热站一座, 铺设工业循环冷却水供回水Φ1420×12管线各0.2km, 一级管网供回水Φ920×10各为1.9km。
2.2.2从炼化公司6号门东侧围墙外2m起至让胡路供热小区铺设供回水主干管线Φ920×10各为6.7km。
2.2.3各小区建热泵房一座;通过热泵机组将二级循环水温度从45-50℃提升至55-65℃后给居民供热。
2.3 整体320万m2建筑工程节能减排情况
2.3.1该项目建设可节煤 (以七台河煤为基准) 73686吨/年。
2.3.2该项目节约水量为120万吨/年。
2.3.3通过该项目实施可实现减少二氧化碳排放量为:189667.764吨/年;二氧化硫442116kg/年;减少烟尘排放量8355992kg/年;减少氮氧化物排放量1433929.56kg/年;减少烟气量为1.59×109标准立方米/年。
2.4 一期工程节能减排情况
56万平米供暖面积改造后燃料煤消耗减少12895吨/年, 节约水量为21万吨/年;通过该项目实施可实现减少二氧化碳排放量为33191.86吨/年;二氧化硫77370kg/年;减少烟尘排放量1462298.6kg/年;减少氮氧化物排放量250937.7kg/年;减少烟气量为2.8×108标准立方米/年。节能减排效果显著。
2.5 实施效果
一期工程于2006年11月14日正式投入使用, 经过一个采暖期的运行, 达到了设计效果, 在整个采暖期内, 室内平均温度在21℃以上的达到了95%, 室内平均温度在18℃以上的占5%。热泵供热系统运行参数与设计参数对比如下表。
3 泰安工业废热应用前景
泰山现有浅层地热应用项目大多都是采用土壤源热泵技术, 土壤源热泵:是以大地为热源对建筑进行空调的技术, 缺陷是地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大。
以现在泰安市的工业基础及工业结构采用工业冷却循环水为低温热源是未来几年内的发展趋势, 泰安市可利用的高品位低温热源有多处:如泰安市的新汶矿业集团、肥城矿业集团的在生产过程中矿井水冬季能到达30℃左右是很好的低温热源, 山东石横特钢集团、泰安石化等公司的工业冷却循环水温高达35℃, 山东石横发电厂、山东石横中华发电有限公司等发电过程的高温蒸汽及高温水供暖市政管网后的余温还能高达50℃左右这都是冬季采用热泵集中供暖的优质的的高品位热源。
以工业冷却循环水为低温热源的热泵系统不仅热源品质比以土壤为低温热源的热泵系统热源品质高, 而且其造价也远远低于土壤源热泵 (节省了打地源井的开支, 增加的设备只有板式换热器及循环水泵) 。因此据实际调研数据, 泰安完全有能力及条件采用工业冷却循环大规模供热。
参考文献
[1]何荣帜, 林弈诚.国外热泵发展与应用译文集 (一) [C].
[2]蒋爽, 李震端木琳.海水热泵系统在斯德哥尔摩应用及其在中国的发展前景[C].2005年全国空调与热泵节能技术交流会论文集, 2005.
[3]谢汝镛.我国水源热泵机组应用的现状与发展[J].现代空调, 1999 (2) :35-39.
浅谈低温循环式干燥机的技术要点 篇5
1 低温循环式干燥机基本原理
1.1 工作原理
干燥机以空气为介质, 通过燃烧器产生的火焰 (或其他热源) 对介质进行加热, 在吸引风机的作用下, 加热后的干燥热空气 (相对湿度较低) 与干燥部内的谷物层 (厚度一般为12~20cm) 充分接触, 介质对稻谷传热的同时, 使稻谷内部的水分子运动进一步加速并向外移动, 稻谷表层的水分子随介质带出干燥机外 (如图1) 。
1.2 低温
干燥谷物的介质温度被控制在室温20~25℃。
1.3 循环
机械循环, 在提升机和重力的作用下, 自上而下使稻谷从储留部→干燥部→下本体→提升机→储留部, 周期性地使稻谷得到加热和缓苏, 直到稻谷的含水率达到设定值。
1.4 安全储存水分
对于粮食或种子, 其储存期的确定是以保证稻谷品质为依据的。如种子要求发芽率不低于90%, 一般不同国家和地区对粮食品质的要求不同, 所以存在一定的差异。就江苏而言, 粮食部门收购的标准是水稻含水率要求低于14.5%, 小麦含水率要求低于13.5%, 也就是粮食部门将上述水分值作为安全储存水分的标准。事实上, 谷物含水率对安全储存时间长短的影响十分明显。
2 低温循环式干燥机的总体构造
低温循环式干燥机为塔式长方体结构, 自下而上分别为:下本体、干燥部、缓苏 (储留) 部、提升机、排尘机控制箱、吸引风机和燃烧器, 如图2所示。这8个部分为低温循环式干燥机的基本组成。其中控制箱是干燥机的控制中心, 它通过温度传感器和在线水分检测仪随时检测干燥机运行过程中的热风温度和谷物含水率, 经过对采集数据的分析, 再控制燃烧器和机械传动、吸引风机等干燥机执行部件或机构等, 决定风机是否运行、燃烧器是否点火加温以及机械传动部分执行进料、循环干燥和出料等动作。
3 低温循环式干燥机主要部件的构造与原理
3.1 燃烧器构造与工作原理
燃烧器由喷嘴、油泵、风机、可调风门、控制盒、点火电极、电机等零部件组成, 油泵产生的高压柴油由喷嘴雾状喷出, 被点火电极生成的电火花点燃, 形成火焰加热空气 (如图3所示) 。
1.燃烧头2.燃烧头调节螺钉3.控制盒4.外壳5.预热器6.光敏管7.油电磁阀8.泵压力调节螺钉9.自动风门挡板10.消音罩壳11.油泵12.连接铰链13.安装法兰14.法兰垫片15.稳焰盘
3.2 水分仪的工作原理与组成
水分仪的种类很多, 按照工作原理分, 常见的有电阻式水分仪、电容式水分仪、红外水分仪等。低温循环式干燥机采用的是电阻式水分仪。由于水分仪在循环干燥过程中按照指令不断检测谷物的水分, 所以也称其为“在线 (生产线) 自动水分仪”。电阻式水分仪的工作原理是:通常情况下谷物所含水分越高, 电阻值越小, 反之水分越低电阻值越大, 两者成非线性反比关系。
3.3循环排粮机构
循环排粮机构是循环式干燥机完成谷物循环的执行机构, 通过此机构控制谷物的流动速度, 此速度称为循环速度, 它与干燥部的结构尺寸直接决定干燥/缓苏比, 是干燥机的重要技术参数。
4 干燥机使用中的注意事项
4.1 谷物进机水分
循环式谷物干燥机要求进机水分在30%以下为宜, 如果谷物水分超过30%时, 容易将烘干室堵住。特别是小麦籽粒在脱粒时容易受损伤及破碎, 使谷皮增多, 谷皮易粘结在干燥机内, 严重时影响谷物循环。另外, 对高水分小麦进行干燥时, 容易使小麦色泽变差。
4.2 谷物清洁度
谷物在进机前须进行筛选, 去除杂物。如果干燥谷物中的秸秆、杂草及杂物较多, 会影响干燥谷物循环, 直接影响谷物干燥均匀性, 严重时会出现堵塞或损坏机器零件。
4.3 安全用油
干燥机燃烧器使用的燃料为清洁的煤油或柴油, 使用前需经过48 h的沉淀, 燃烧器滤清器一般在使用100 h后要清洗一次。
4.4 安全用电
操作盘与机体务必接上地线, 以放漏电。电源线不要放置在通道上。在检查调整和维修时务必关闭电源开关, 拔掉总电源插座, 以防触电。
4.5 运转安全
机器在运转过程中, 不要打开燃烧器箱、吸气盖板等, 避免发生烧伤或其它事故。
4.6 操作安全
操作人员上班时要始终保持服装整齐, 严格按照使用说明书的要求进行操作。凡有两人以上操作时, 须先打招呼再进行开机, 并不得有小孩在机器周围玩耍。
4.7 预防火灾
在燃烧炉内部、风道内部、进气罩内网及炉箱盖上不准有积存的易燃污垢。要始终保持燃烧炉周边清洁, 不得堆放易燃物品。并在干燥机旁要备有灭火器, 以防发生火灾。
4.8 维护保养
机器在使用100 h左右要进行一次保养, 全面检查调整提升机皮带, 三角皮带的松紧度, 清洗燃烧器过滤器, 清理上下搅龙及机器内部的杂物。检查各转动部件及有关部位的紧固件有无松动现象。把各部位调整、紧固到正常状态。
5 停机后的清扫和清洗
低温循环水 篇6
最终大家一致认可该设备在国际标准IEC60335-1通用和IEC60335-2特殊标准中定义IEC60335-1;IEC60335-2-14;IEC60335-2-15;IEC60335-2-73;因为产品技术含量高, 目前只能用多个标准来定义该设备。
在国内标准GB4706.1通用和GB4706特殊标准中定义GB4706.1;GB4706.30厨房机械;GB4706.19液体加热器;GB4706.75固定浸入式加热器;因为产品技术含量高, 国内目前只能用多个标准来定义该设备。
该设备还带有智能超级APP.并采用美国FCC标准FCC Rule Part 15.和采用欧盟EMC:EN55014-1;EN55014-2;EN61000-3-2;EN61000-3-3标准定义。
该设备其产品的技术含量在于给大众带来的高档享受有关联, 产品用于厨房分子美食低温水循环烹饪法, 特别是高档餐厅顶级厨师在烹饪时使食物的营养不流失而研制的一种产品。并得到国外厨师的认可。如西班牙El Bulli和英国Fat Duck, El Bulli和Fat Duck;Pierre Troisgros;Brouno Goussault;意大利的Orved;法国的Dito Electrolux;德国的Julabo;德国的MCC;西班牙分子料理大师Ferran Adria;英国Heston Blumenthal;美国Thomas Keller;1974年食品化学家Bruno Goussault和厨师Georges Pralus, Pieere Troisgrois首先运用了Sous-Vide这种新的烹饪技术, 即真空低温烹饪。
一、实验部分
1.主要原料
矿泉水, 小牛排;鸡腿;鸭肉;羊排;猪肉;鸽子;牛排;鹅肉;三文鱼;大龙虾;普通鱼类;鸡蛋。
2.主要设备
Agilent Technolgies34972A数据采集仪;亚克力桶;电子称;量杯;真空机;真空袋;秒表;低温烹饪水循环处理器。
3.反应机理
该设备工作原理:装每种食物分开真空包装, 用电子称秤出重量和水的重比, 将该设备器固定在亚克力桶上, 水和食物分别放入桶中, 调度好该设备的温度;时间。工作时该设备的数据与采集仪的温度和秒表的时间一致, 并得出该设备分子美食低温水循环烹饪法对每种食物的烹饪要求。使得新的厨房家用电器低温烹饪水循环应用和精确控温应用和产生。
二、实验分析与讨论
1.结论
经各种不同食物进行实验得出的结果, 每一种食物的营养不同所对应的温度和时间也不同, 这个实验告诉我们, 美味的食物不是没有看你是怎样的心态来品尝, 以上得出的结果供参考, 还有更多的食物等着你们去体会, 还有更多美食等着我们去实验来分享给大家。食物在烹饪加工过程中, 因受水、空气和热等真空因素的影响, 其内在成分会发生一系列的理化变化。真空食物中一部分营养成分发生不同程度的水解, 蛋白质发生凝固, 水溶性物质浸出, 芳香物质挥发, 营养浸透食物色素形成或减退等, 以上各种变化, 能除去食物原有的腥邪气味, 增加令人愉快的色、香、味, 同时也使食物的营养成份更容易被人体消化吸收。每种食物都有其适宜的烹饪温度, 机器温控在±0.1℃之间, 如果温度不够, 会残留细菌, 危害人体健康。但如果温度过高, 会使一些营养物质遭到损失、破坏, 甚至产生一些对人体有害的物质。如食物中的水溶性蛋白质过度受热会结成硬块, 肉类中的脂肪过度加热则氧化分解, 损失其所含的维生素成份, 蔬菜中的维生素成份等很不稳定, 烹饪热度越高, 时间越长, 损失就越大。所以在烹饪食物时, 原料要尽量切得细小一些, 以缩短加热时间。原料尽量做到现切现炒, 现做现吃, 避免较长时间的高温或多次加热, 以减少营养物质的损失和变化。
2.该设备其真正的用途在如对烹饪食物的保鲜;保存原材料水分;营养不流失;口感好;可以稳定控制温度的低温烹饪水循环烹饪烹制菜肴;保留食物的原味和香料的香味和颜色;减少食盐的使用, 分离事物原汁和清水;比蒸、煮更能保留维他命成分;保证每次烹饪的结果都是一样的。比其他蒸煮节省能源, 绿色环保, 无油烟污染, 不同的食物能通过单独真空包装同时烹饪, 不需要星级的厨师, 人人都可以操作并到达理想的效果, 赢得更多的准备时间。这项技术还可以最大程度的使厨房提前准备, 因为经过该设备烹饪的食物可以再次冷冻或冷藏, 需要的时候再次进行加热。食物在烹饪过程中与一氧化二碳融合改变食材物理型态, 食物得到有效的真空, 食物有0~50℃的环境里是茵类的高发期, 60℃左右的温度的食物是最适合人的味觉。而且温度精确到0.1℃误差时, 都感觉是在创造奇迹。
结语
保护传统烹饪, 并在此基础上进一步革新, 包括原料、烹饪技术、厨具的革新和信息的拓展。创造也是一种力量, 它能淋漓极致地发挥每个人的潜力。再者, 我们学来的知识和技能是为社会服务的, 让人很科学地理解整个过程, 只有人与人之间互相交流才能真正发挥出人们烹饪美食的潜力。一旦你有了这种创新意识, 你就会行动, 不懈地坚持下去, 就一定能完成你最初的梦想!
参考文献
[1]肖爱军.浅析烹饪技术和膳食合理配置[J].科技创新与应用, 2014 (13) :285.
低温循环水 篇7
余热发电技术中,最常用的热力循环是以水-水蒸汽为工质的Rankine循环。Rankine循环中,热源(高温烟气)的放热过程是变温的,而水吸热蒸发是定温过程(图1a),水与高温烟气的换热过程中温度曲线匹配不好,传热温差较大,不可逆损失较大;蒸发终点处,高温烟气的温度应比水的沸点高25℃左右,限制了排烟温度的降低,因此Rankine循环效率的提高也受到了限制[1]。但Rankine循环的排热冷凝过程是等温过程,可以很好地与冷源温度匹配,是一个火用损失不大的理想过程。而采用氨-水混合物为工质的Kalina循环,由于其吸热蒸发过程为变温过程,可以使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好地匹配,最大限度地降低换热过程中的不可逆损失(图1b),提高余热利用效率,并且热源的废气排出口温度可以大大降低。此外氨沸点远比水的沸点低,因此以氨-水混合物为工质的热力循环可以更好地应用于低温烟气热源。
2 氨-水混合物性质
图2作出了氨-水混合物相平衡图,图中横坐标为混合物中氨的质量百分比,纵坐标为温度,图中1点代表氨的质量百分比为X,温度为T的氨-水混合物气-液两相平衡状态点,混合物气体中气态氨的浓度为XG,混合物液体中液态氨的浓度为XL,随着温度的改变,XG和XL将会改变。混合物刚开始气化时(点4),由于氨首先蒸发,气体中几乎是纯氨(点5),在蒸发过程结束时(点6),混合物最后一滴液体几乎是纯水(点7),在整个蒸发过程中,氨-水混合物的温度始终在变。
表1给出了浓度为70%的氨-水混合物在不同压力下的泡点与露点
3 Kalina循环简介
Kalina循环由Alexander Kalina于1983年提出[2],该循环以氨-水混合物为工质,它在循环系统的不同地点混合物的浓度是变化的,锅炉内吸热过程采用浓度较高的氨-水混合物,以使烟气的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好匹配,最大限度地降低传热过程不可逆损失;做过功的蒸汽,在凝结放热过程则采用浓度较低的氨-水混合物,使凝结过程压力略高于大气压力,汽轮机的低压部分及冷凝设备都不需要考虑空气漏入问题。自Kalina循环公布以来,围绕Kalina循环以及在Kalina循环基础上发展的以氨-水混合物为工质的动力循环,国内外动力工程学界展开了广泛的研究与探讨[3~9]。
图3为一种基本的一级蒸馏Kalina循环流程示意图。一级蒸馏Kalina循环的基本流程与Rankine循环一样,其装置主要由余热锅炉、汽机和凝汽器等组成。与Rankine循环不同的是,Kalina循环还有一个蒸馏子系统,处于饱和液态的工作液体(8)通过高压泵升压,在锅炉中吸热成为过热蒸汽(10),送至汽机做功,乏汽(11)经回热器冷却后,与蒸馏器底部流出的富水溶液(7)在混合器(1)中混合成为基本溶液(13),通过低压凝汽器完全凝结成为饱和状态液体(15),并在低压升压泵中升压,送至分离器,一股经回热器加热,并在蒸馏器中分离成为富氨溶液(6)及富水溶液(7);另一股进入混合器(2)与蒸馏器顶部流出的富氨气相溶液混合形成工作溶液(4),经高压凝汽器冷凝成为饱和工作溶液(8),完成一个循环过程。
图4为该一级蒸馏Kalina循环T-s图。从热力过程的角度描述,上述循环的主要工作过程有:(1)等压吸热过程:在锅炉中,工作溶液从热源等压吸热;(2)绝热做功过程:在气机中,工作溶液绝热膨胀做功;(3)蒸馏过程:利用气机乏汽余热,基本溶液通过蒸馏分离形成富氨蒸汽和富水溶液;(4)混合及低压冷凝放热过程:富水溶液与工作溶液混合形成基本溶液后,进入低压凝汽器等压冷凝至饱和溶液;(5)低压绝热压缩过程:基本溶液在低压泵中绝热压缩提高压力;(6)混合及高压冷凝放热过程:基本溶液与富氨蒸汽混合后,进入高压凝汽器中等压冷凝至饱和溶液;(7)高压绝热压缩过程:工作溶液在高压泵中绝热压缩提高压力。
4 Kalina循环热力学性能结果分析
本文选定的热源为实际工程中一条5500t/d水泥生产线所产生的烟气热量。窑头熟料冷却机产生烟气流量为200000m3/h(标),温度为355℃;窑尾预热器产生烟气流量为340000m3/h(标),温度为340℃。选定的Kalina工况参数见表2。
本文所涉及到的水及氨-水混合物的热物性通过工质热物性软件NIST选取,因此,工质的热物性具有比较高的精度。在计算过程中,忽略管道的压力损失及设备、管道等与环境的散热损失。
本段主要计算分析在选定工况下,汽机进口压力变化对于汽机发电功率的影响。
随着汽机进口压力的提高,氨-水混合物泡露点温度提高,由图5可知,SP(窑尾)余热锅炉的供氨-水温度与AQC(窑头)余热锅炉Ⅰ段排烟温度逐渐提高,从而使SP余热锅炉进口氨-水混合物焓值增大,进出口焓差变小,流量增大。在AQC余热锅炉省煤器出口,有一部分氨-水混合物分离出来供给SP余热锅炉进口,而AQC烟气散热量一定,因此,AQC蒸汽流量减小。由图5可知,提高汽机的进口压力,汽机总蒸汽进口管蒸汽流量上升7.6%,但SP余热锅炉与AQC余热锅炉的蒸汽流量分别上升59.696%与下降33.72%。
由图6与图1(b)可知,随着汽机进口压力从1.25MPa提高至12.25MPa,氨-水混合物的泡露点温度提高,烟气放热曲线与工质吸热曲线匹配性变好,传热温差减小,不可逆损失减小,SP余热锅炉传热不可逆损失减小59.69%,AQC余热锅炉传热不可逆损失减小30.27%,余热锅炉总的不可逆损失从8659.11k J/s减小至4704.77k J/s,减小45.66%。由于汽轮机内存在的机械摩擦,随着压力的提高,汽机内的熵增加,造成汽机内的不可逆损失从1238.16k J/s增大至2292.99k J/s,增大85.19%,但余热锅炉与汽机总的不可逆损失从9897.27k J/s减小至6997.76k J/s,减小29.296%,从而使得汽机发电功率增大。
汽机进口压力提高,同时背压保持120k Pa,由于氨-水混合物热物性变化,使汽轮机进出口焓差显著增大,主蒸汽汽耗减小;同时,总蒸汽流量上升,进而使汽轮机总发电功率显著提高。由图7可知,在其他参数不变的情况下,提高汽机的进口压力可以显著降低主蒸汽汽耗,同时提高汽机总发电功率,压力从1.25MPa提高到12.25MPa,主蒸汽汽耗降低34.85%,发电功率从6399k W提高到10608k W,提高了65.77%,相对应的吨熟料发电量从27.93k Wh提高至46.23k Wh,提高65.77%。由图7可以看出,汽机进口压力提高,SP余热锅炉对应发电功率的提高对总发电功率提高起到了主要作用。结合图5、6、7可知,随着汽机进口压力的提高,氨-水混合物泡点温度提高,SP余热锅炉供氨-水温度提高,流量显著增大,传热不可逆损失减小,发电功率增大;同时,AQC余热锅炉Ⅰ段排烟温度提高,蒸汽流量减小,AQC余热锅炉更多地利用低温烟气来预热过冷的氨-水混合物,这样更好地利用氨-水混合物在低温烟气段吸热曲线与烟气放热曲线匹配性能好的优势,减小传热过程的不可逆损失,提高整个系统的发电量。
5 Kalina循环与Rankine循环热力学对比分析
本段选定的烟气热源与Kalina循环工况如前所述一致,选定的Rankine循环参数为实际工程中普遍采用的较成熟的参数:汽轮机进口压力为1.25MPa,汽轮机进口温度为315℃,背压为0.008MPa,汽轮机效率为82%。经计算求得:总发电功率为8333.3k W,发电量为36.36k Wh/t熟料。
由图8a可知,当压力低于6.5MPa时,Kalina循环SP余热锅炉与AQC余热锅炉总的传热不可逆损失大于实际工程Rankine循环。这是由于当压力较低时,氨-水混合物泡露点温度较低,余热锅炉总的平均吸热温度与烟气平均放热温度之间的传热温差较大,总的吸放热曲线匹配性不如Rankine循环好,传热不可逆损失较大。由图8b可知,当压力高于4.25MPa时,Kalina循环汽机内的机械摩擦不可逆损失大于实际工程Rankine循环。这是由于当压力提高时,汽机进出口之间的膨胀比增大,工质通过汽机内叶片流速增加,扰动增强,摩擦阻力变大,并且由于氨-水混合物与纯水工质热物性的不同,当压力较高时,Kalina循环汽机内的机械摩擦不可逆损失大于实际工程Rankine循环。
汽机进口压力从1.25MPa提高到12.25MPa过程中,由图9a可知,Kalina循环发电功率并不是始终比实际工程Rankine循环高,在压力低于3.5MPa时,Rankine循环的发电功率8333.3k W高于Kalina循环;由图9b可知,当压力低于7.25MPa时,Kalina循环的汽机与余热锅炉总的不可逆损失大于Rankine循环,此时氨-水混合物泡露点温度较低,Kalina循环平均吸热温度低于Rankine循环,混合物的吸热曲线与烟气的放热曲线匹配性能不如Rankine循环好,SP余热锅炉进口氨-水混合物温度较低,传热温差较大,不可逆损失较大。当汽轮机进口压力不断提高时,混合物泡露点温度升高,Kalina循环吸热曲线与烟气放热曲线匹配性变好,SP余热锅炉进口温度不断提高,传热温差减小,不可逆损失逐渐减小,因此当压力大于3.5MPa时,Kalina循环发电功率高于实际工程Rankine循环的发电功率8333.3k W,并逐步提高到压力为12.25MPa对应下的发电功率10608k W。
6 Kalina循环技术经济问题
由以上分析可知,从热力学角度分析,当汽机进口压力提高到一定压力下,Kalina循环发电功率比实际工程Rankine循环发电功率高,但对于将Kalina循环应用到实际工程中,不仅需要从热力学角度分析,还需要从传热学、工质的物性、投资、运行维护、环境保护等各方面综合考虑。
Rankine循环发展至今,发展过程较长,应用比较普遍,具有比较成熟的理论分析与实际工程应用经验;而Kalina循环发展至今只有30年历史,循环在系统参数优化、设备加工制造、运行管理等经济技术方面需要进一步分析与验证。
6.1 技术评价
现在关于Kalina循环的文章大多是从热力学角度分析,并没有过多考虑传热学的性能,进而没有考虑投资增加等问题。对于将Kalina循环应用到实际工程中,需要从热力学、传热学等各方面综合考虑。
(1)传热温差Δt减小,传热面积A增加。由以上分析并结合图1知,从热力学角度分析,Kalina循环较Rankine循环吸热曲线与烟气放热曲线匹配性能更好,传热温差减小,不可逆损失减小,因此带来发电量的增加。但由传热学Q=KAΔt可知,传热温差Δt减小,烟气散热量Q不变,从而造成传热面积A显著增大,进而使得余热锅炉面积增大,余热锅炉钢材耗用量增大,锅炉体积增大,设备投资显著增加。
(2)传热系数K减小,传热面积A增加。根据非共沸混合物热物性的研究可知,在纯质里面加入另一种工质从而形成混合物,是对纯质沸腾传热的一种削弱,这种削弱程度与混合物泡露点温差有关。因此,K混合物
(3)以上(1)、(2)两条都会增加传热面积,增加余热锅炉内管道长度,同时传热学希望强化传热,增加扰动,因此需要提高工质流动流速,这两点都会增大工质在锅炉内的压降,需要加大系统循环泵,提高循环泵的扬程,增加泵的自耗电,减小系统净发电功率。
6.2 工质热物性评价
由于Kalina循环采用氨-水混合物作为系统循环工质,因此需要考虑氨-水混合物的稳定性、腐蚀性以及对环境的影响。
(1)氨-水混合物在高温高压下的稳定性。由于在余热锅炉与汽机中氨-水混合物处于高温高压状态,因此其稳定性直接影响系统的安全性,但美国坎诺克中试电站运行结果表明并没有分离出氢。
(2)氨-水混合物在高温高压下的腐蚀性。氨-水混合物的腐蚀性比较大,因此Kalina循环整个系统中的所有设备、管道、阀门以及连接处的焊缝等都需要采用防腐蚀材料。这与当今社会材料行业和机加工行业工艺水平直接相关。
(3)由于采用了氨-水混合物作为循环工质,余热锅炉与汽机等设备的结构都会发生变化,需要重新设计计算,并且这些设备的材料都需要考虑防腐蚀的要求。
(4)余热锅炉的排烟温度。Kalina循环较Rankine循环可以大大降低余热锅炉的排烟温度,但烟气排烟温度过低,低于烟气中酸性成分的露点温度,酸性成分会结露腐蚀余热锅炉。
(5)在Kalina系统运行过程中不可避免会产生工质外漏,由于氨-水混合物极易溶于水,其对臭氧层破坏以及温室相应影响比较小,但对电站周围小环境以及工作人员的身体健康影响较大。
6.3 经济评价
(1)Kalina循环提出了蒸馏—冷凝子系统,该子系统将汽机排气在稍高于大气压力下冷凝至饱和液态。但该系统设备较多,投资较大,大大提高单位发电量设备投资。
(2)由以上技术评价可知,余热锅炉传热面积显著增大,其钢材耗用量增大,投资增加。
(3)由于目前国内生产循环工质为氨-水混合物的余热锅炉、汽机等设备厂家少,因此设备需要外购,设备投资增大。
由以上技术、工质热物性、经济性等方面的评价可知,将Kalina循环应用于实际工程中,不仅需要从热力学角度分析看到Kalina循环可以提高发电量,还需要从传热学、投资、运行维护、环境保护等各方面综合考虑,从而找到一个最优的系统运行工况,进而获得最好的经济与社会效益,这还需要在系统参数优化、设备加工制造、运行管理、人员培训等方面做进一步工作。
摘要：从热力学第一定律出发,采用工质热物性软件NIST获取较高精度的工质热物性,对一级蒸馏Kalina循环在水泥窑低温废气余热发电方面进行了热力学计算分析。分析了汽轮机进口压力变化对Kalina循环热功转换的影响,并从不可逆损失与发电功率两个方面对比分析了Kalina循环与Rankine循环,表明在一定实际工程条件下Kalina循环发电功率并不是始终大于Rankine循环。文中还从传热学、投资、运行维护、环境保护等方面对Kalina循环应用于实际工程遇到的技术经济问题进行了探讨,指出了今后的研究方向。
关键词：Kalina循环,氨-水混合工质,热力学分析,水泥
参考文献
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低温循环水 篇8
1实验台设计方案1
低温热双循环发电机组检测实验台主要由3部分组成: 冷热源系统、冷热源监控系统和发电机组检测系统。冷热源系统模拟低温余热,为发电机组提供3种名义的运行工况; 冷热源监控系统主要采集系统运行的各种参数并控制被测发电机组蒸发器侧和冷凝器侧的进出水温度; 发电机组检测系统主要检测机组运行参数、故障报警及发电效率等。
1. 1 冷热源系统
实验台冷热源系统的设计是搭建实验台的先决条件,其目的是模拟发电机组的3种运行工况,发电机组运行工况见表1。
℃
实验台冷热源系统原理如图1所示,主要设备见表2。
当机组需要7 /15℃的冷却水时,关闭冷水水箱与高温热泵机组和改造的高温热泵机组管路上的蝶阀,只开启冷水水箱与水源热泵机组管路上的阀门。在冷源侧循环水泵Ⅱ( 设备编号10) 的动力下,将冷水水箱中的水输送到水源热泵机组制冷后,再输送到冷水水箱中贮存。当机组需要27 /35℃的冷却水时,则将水箱与3台机组相连的管路上的阀门均打开。冷水水箱中的水一部分通过冷源侧循环水泵Ⅱ( 设备编号10) 进入水源热泵机组,另一部分水通过冷源侧循环水泵Ⅰ( 设备编号9) 进入高温热泵机组和改造的高温热泵机组,通过阀门调节进入机组的水量,循环水通过各机组后在管道中混合再进入冷水水箱中贮存。同理,热水水箱中的水在热源侧循环水泵的驱动动力下,进入高温热泵机组和改造的高温热泵机组,通过两机组加热后的水在管路中混合后进入热水水箱中贮存。
冷热水箱与被测机组间的水泵均选择变频泵,可以更好地控制被测机组蒸发器和冷凝器的进出水温度。其中设备编号为4、5、7、8的变频泵均为一大一小,大/小水泵后均接有蝶阀,根据所需流量,自动选择大泵或者小泵,同时在电控柜上对应切换大泵/小泵的电源供给。当被测发电机组额定发电功率较小时,其所需热量也较小,即可选择小变频泵; 当被测发电机组额定发电功率较大时,则应选择大泵。4号变频泵为冷源侧混水泵,主要控制被测机组冷凝器的出水温度; 5号变频泵为被测机组冷凝器侧循环泵,主要控制被测机组冷凝器的进水温度; 7号变频泵为热源侧混水泵,主要控制被测机组蒸发器的出水温度; 8号变频泵为被测机组蒸发器侧循环泵,主要控制被测机组蒸发器的进水温度; 6号混水泵与7号变频泵一起共同控制被测机组蒸发器的出水温度。被测机组蒸发器和冷凝器的进出水温度均在额定范围内,机组在额定工况下运行,保证其发电效率。
1. 2 冷热源监控系统
实验台冷热源监控系统由冷热源数据采集系统和冷热源水温控制系统组成,冷热源数据采集系统需要采集关键点水温、进出水流量和热量,测点种类多、较分散。冷热源水温控制系统主要是通过温控表的PID自整定方式控制进入、流出机组蒸发器和冷凝器的水温,其测点布置如图2所示。
1. 3 发电机组监测系统
根据《低温热双循环发电机组性能测试方法》( 企标) ,被测机组需要检测的数据包括: 被测机组蒸发器和冷凝器的进出水温度,可直接由为发电机组预留的铂电阻插入被测机组对应位置进行检测; 热源介质进入、流出发电机组取热设备的压差,可直接采用冷媒水进出压差; 热源介质进入发电机组取热设备的流量,可直接采用冷媒水侧流量传感器数据; 冷源介质进入、流出发电机组放热设备的压差,可直接采用冷却水进出口压差计算; 冷源介质进入发电机组放热设备的流量,可直接采用冷却水侧流量传感器数据; 热源温度和冷源温度可直接采用冷热源监测系统中的热水水箱和冷水水箱温度; 机组自耗电功率、机组发电电流、机组发电电压、机组发电频率、有关机组耗功率及发电功率等参数由多功能电表采集。
2 实验台数据采集与控制系统
实验台数据采集与控制系统硬件( 图3) 设备的配置要求根据《低温热双循环发电机组性能测试方法》的要求而定,除了满足测试的基本功能,各类硬件设备的测量精度均按要求设计。
2. 1 温度采集
实验台温度采集系统选用上位监控计算机 +单片机采集系统 + Pt1000铂电阻的采集形式。温度传感器采用外加保护套管的Pt1000铂电阻,与单片机主板电路采用四线制接法,可以排除导线电阻的影响。温度采集板卡采用自行研发的以单片机为核心的高精度、多通道、四线制数据采集系统。实验台设置一块温度采集板,扩充到24个通道。单片机通过中断的方式读出A/D转换器的数据,进行数字滤波后,再通过RS-485总线按对应的通信协议传送到上位工控机。
2. 2 流量和热量采集
实验台热量采集系统选用的是上位监控计算机 + 超声波热量表的采集形式。实验台共设置两台热量表,分别监测冷媒水侧换热量和冷却水侧换热量。热量表主机固定在现场远离干扰的位置,主机配对的两个Pt1000三线制铂电阻设置在进出口管道上监测进出水温度,配对的管段式流量计安装在机组进口管段上。超声波流量计/热量表本身带有隔离RS-485接口,可以直接接入RS-485总线,数据通过RS-485总线传至上位工控机。
2. 3 压差采集
实验台压差采集系统选用的是上位监控计算机 + 模拟量采集板卡 + 端子板 + 压差变送器的采集形式。本实验台共设置两块压差变送器,分别用于检测热源介质进入流出发电机组取热设备的压差和冷源介质进入、流出发电机组放热设备的压差。差压变送器输出标准的4 ~ 20m A电流信号,其配线方式为两线制电流输出。
2. 4 电量采集
实验台电量采集系统选用的是上位监控计算机 + 多功能电表的采集形式。本实验台共选用两块多功能电力监测仪表,可分别用于监测机组的耗电参数和发电参数,该仪表具有对电网中电流、电压、频率、有功功率、无功功率、视在功率、电能及功率因数等进行同时测量的功能。且该仪表有串行( RS-485) 接口,允许连接开放式结构的电脑网络,应用Modbus通信协议,方便计算机编程设置和读取数据。
2. 5 水温控制
实验台水温控制系统由变频泵、变频器与温控表共同完成。冷源侧混水泵、被测机组蒸发器侧循环泵、热源侧混水泵、被测机组冷凝器侧混水泵和6号混水泵分别与电控柜内的5个变频器相连,变频器与温控表一一对应。温控表连接Pt100铂电阻采集水温,采用PID控制方法[6],以温度采集值与温度设定值之差作为温控器输入,以温控器输出作为变频器的输入信号控制变频器的输出频率,进而控制水泵的转速从而控制水泵的流量实现变流量运行。通过对流量的调节,使温度稳定在设定值,控制被测机组蒸发器和冷凝器的进出水温度。
2. 6 通信及上位机软件设计
2. 6. 1 通信系统
本实验台监控系统通信部分的硬件设计主要为了解决以下几方面的数据通信问题: 数据采集系统包括温度采集板卡、热量表、多功能电表与上位工控机之间的通信; 差压变送器与上位工控机的通信; 温控表与上位工控机的通信; 变频器与上位工控机的通信。
由于传输距离较远,设备较多,因而适宜选择基于RS-485总线构成的分布式数据采集与控制系统,RS-485总线允许平衡电缆上最多连接32个设备[7]。
本实验台监控系统设有一台上位监控工控机,配备AI采集板卡、DIO采集板卡( 备用) 和PCI转RS-485通信接口板,工控机自带一个RS485接口,共计5个RS-485通信接口。温度采集板卡、热量表、多功能电表、变频器和温控表多个从机,每个从机均有各自唯一的地址。工作时采用命令/应答的通信方式,每一个命令帧都对应着一种应答帧,主机向要访问的从机发出命令帧,地址匹配的从机进行响应并向主机发出应答帧,其他从机对命令帧不予理睬。
2. 6. 2 上位机软件
本实验台软件部分主要由温度、热量、压力和电量数据采集子软件,水泵变频控制子软件和整个实验台测试软件界面设计3部分组成,图4为数据采集系统软件流程。选用Visual Basic 6. 0作为开发软件,通过MSComm控件实现串口通信,Microsoft Access作为后台数据存储和查询数据库,整个实验台软件能方便地实现图像显示、数据存储和监控系统人机交互。
根据按钮的切换,软件可显示5个界面,分别是启动界面、运行监测主界面、能量分析界面、实验运行界面和水泵变频控制界面。启动界面为打开测试系统程序后显示的第一个画面,代表测试的开始,界面上有5个控制按钮,用来调用和显示其他功能界面; 运行监测主界面如图5所示; 能量分析界面主要显示被测机组的发电量和用电量参数; 实验运行界面用于实验过程中根据具体情况随时改变设定值,并自动判断系统是否达到稳定状态; 水泵变频控制界面用于对水泵的控制从而实现水温的控制要求。
3 结束语
笔者设计的低温热双循环发电机组检测实验台,是一套集成了冷热源系统、冷热源监控系统和发电机组检测系统的高精度、高自动化程度的监控检测系统。实验台可实时采集温度、压差、流量及热量等参数,并在上位工控机上显示,可用于随时观测机组运行环境; 数据库中储存的每日运行数据可用于后期实验分析和对机组的优化研究;机组耗电量和发电量参数及发电效率等参数可直接在PC机上显示,方便观察发电机组运行状态。该实验台的研制成功为低温热双循环发电机组的质量检验和生产线测试提供了实验平台。
摘要：以低温热双循环发电机组检测实验台为研究对象,综合利用计算机技术、传感器技术和测试技术,配以自行开发的数据采集与监控软件,搭建出一套高精度、高自动化的基于RS-485总线的分布式数据采集与控制系统。研究结果表明:实验台能实现对各运行参数实时采集、显示、保存并可控制各个变频水泵的启停与频率,为新一代节能、环保、高效的发电机组提供检测实验平台。