一種采用換熱系統對被加熱流體進行分階段加熱的流量控制方法與流程

本發明屬于換熱設備領域，更具體地，涉及一種采用換熱系統對被加熱流體進行分階段加熱的流量控制方法。

背景技術：

在傳統的利用加熱流體將被加熱流體從過冷液加熱到過熱氣的方法中，加熱流體和被加熱流體在整個換熱過程中的流量都不變化。現有預熱器、蒸發器及過熱器的設計是選擇蒸發器的入口溫度端差，再利用被加熱流體蒸發溫度、過熱器被加熱流體出口溫度和加熱流體的入口溫度，計算出所需要的加熱流體的流量。由于被加熱流體在預熱器中為液態，在蒸發器中為氣液兩相，在過熱器中為氣態，各換熱器中被加熱流體的比熱容差別很大，而加熱流體由于沒有相變，比熱容差別不大，這將在預熱器、蒸發器及過熱器的出入口處產生很大的溫度端差。這使得整個換熱過程所產生的熵增很大，能量利用率很低。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種采用換熱系統對被加熱流體進行分階段加熱的流量控制方法，可以減小預熱器、蒸發器和過熱器溫度端差的加熱方法，用于降低換熱過程中產生的熵增，提高能量利用率。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種采用換熱系統對被加熱流體進行分階段加熱的流量控制方法，所述換熱系統包括預熱器、蒸發器和過熱器，所述預熱器依次連接所述蒸發器和所述過熱器，所述預熱器用于將溫度為T₁的過冷液加熱至溫度為T₂的飽和液，所述蒸發器用于將溫度為T₂的飽和液加熱至溫度為T₂的飽和氣，所述過熱器用于將溫度為T₂的飽和氣加熱至溫度為T₄的過熱氣，并且T₁＜T₂＜T₄，其特征在于，包括以下步驟：

1)設定預熱器的用于流入加熱流體的入口和用于流出被加熱流體的出口的溫度端差ΔT_p并且10℃≤ΔT_p≤50℃，以及設定過熱器用于流入加熱流體的入口和用于流出被加熱流體的出口的溫度端差ΔT_s，并且ΔT_s＝ΔT_p+ΔT_e，ΔT_e為加熱流體流經蒸發器后的溫降，并且10℃≤ΔT_e≤50℃；

2)獲得被加熱流體在溫度為T₂時的飽和壓力p_a，其在溫度為T₁且壓力為p_a時的比焓h_a,1，其在溫度為T₂時的飽和液的比焓h_a,2，其在溫度為T₂時的飽和氣的比焓h_a,3，其在溫度為T₄且壓力為p_a時的比焓h_a,4；

3)獲得加熱流體在溫度為T₁+ΔT_p且壓力為p_b時的比焓h_b,1，其在溫度為T₂+ΔT_p且壓力為p_b時的比焓h_b,2，其在溫度為T₂+ΔT_s且壓力為p_b時的比焓h_b,3，其在溫度為T₄+ΔT_s且壓力為p_b時的比焓h_b,4，其中p_b為加熱流體流經換熱系統時的壓力；

4)控制預熱器中加熱流體的質量流量q_p＝A·q_a1·(h_a,2-h_a,1)/(h_b,2-h_b,1),其中A為常數并且0.9≤A≤1.1，q_a1為預熱器中被加熱流體的質量流量；

5)控制蒸發器中加熱流體的質量流量q_e＝B·q_a2·(h_a,3-h_a,2)/(h_b,3-h_b,2)，其中B為常數并且0.9≤B≤1.1，q_a2為蒸發器中被加熱流體的質量流量并且q_a2＝q_a1；

6)控制過熱器中加熱流體的質量流量q_s＝C·q_a3·(h_a,4-h_a,3)/(h_b,4-h_b,3)，其中C為常數并且0.9≤C≤1.1，q_a3為過熱器中被加熱流體的質量流量并且q_a3＝q_a2。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：本發明降低了各換熱器的出入口溫度端差，降低了各換熱器中加熱流體所需要的溫度，從而可以減少換熱過程所產生的熵增，提升系統的能量利用率。

附圖說明

圖1是本發明中槽式集熱器的結構示意圖；

圖2是導熱油和水的傳熱過程溫度曲線圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

參照圖1，一種采用換熱系統對被加熱流體進行分階段加熱的流量控制方法，本換熱系統采用加熱流體(優選導熱油)將被加熱流體(優選水)從過冷水加熱成過熱氣，其包括預熱器1、蒸發器2、過熱器3、汽輪機6、發電機7、凝汽器8、凝結水泵9、除氧器10和抽水泵11，其中，

所述預熱器1、所述蒸發器2、所述過熱器3的Ⅰ口均為導熱油的入口，Ⅱ口均為導熱油的出口，Ⅲ口均為水的入口，Ⅳ口均為水的出口。

所述第一槽式鏡場51與所述預熱器1的Ⅰ口連接，所述預熱器1的Ⅱ口依次連接第一油泵41和第一槽式鏡場51，所述抽水泵11與所述預熱器1的Ⅲ口連接；

所述第二槽式鏡場52與所述蒸發器2的Ⅰ口連接，所述蒸發器2的Ⅱ口依次連接第二油泵42和第二槽式鏡場52，所述蒸發器2的Ⅲ口與所述預熱器1的Ⅳ口連接，所述蒸發器2的Ⅳ口與所述過熱器3的Ⅲ口連接；

所述第三槽式鏡場53與所述過熱器3的Ⅰ口連接，所述過熱器3的Ⅱ口依次連接第三油泵43和第三槽式鏡場53，所述過熱器3的Ⅳ口依次連接所述汽輪機6、凝汽器8、凝結水泵9、除氧器10和抽水泵11；

所述汽輪機6還分別與所述發電機7和所述除氧器10連接。

水在預熱器1中為液態，在蒸發器2中為汽液兩相，在過熱器3中為汽態，其比熱容相差很大，而導熱油在預熱器1、蒸發器2和過熱器3中均為液態，其比熱容相差不大，這樣，在預熱器1的水入口和蒸發器2的水出口就有很大的溫度端差。

不同的流量的導熱油分別流經預熱器1、蒸發器2、過熱器3。其中，一股導熱油在第一槽式鏡場51中吸收槽式集熱器收集到的太陽能后依次經過預熱器1和第一油泵41，回到第一槽式鏡場51；一股導熱油在第二槽式鏡場52中吸收槽式集熱器收集到的太陽能后依次經過蒸發器2和第二油泵42，回到第二槽式鏡場52；一股導熱油在第三槽式鏡場53中吸收槽式集熱器收集到的太陽能后依次經過過熱器3和第三油泵43，回到第三槽式鏡場53。給水依次經過預熱器1、蒸發器2、過熱器3變成過熱蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪機6并在汽輪機6中做功帶動發電機7發電，過熱蒸汽做功后又分成多股，一股作為抽汽進入除氧器10，一股依次經過凝汽器8和凝結水泵9，進入除氧器10，兩股匯合于除氧器10后，經過給水泵11再次流入預熱器1。

預熱器1、蒸發器2和過熱器3分階段加熱，可以通過控制不同換熱器件中導熱油的質量流量，來減小換熱器溫度端差。

另外，上述的換熱系統用于將過冷水加熱成過熱汽，所述預熱器1用于將溫度為T₁的過冷水加熱至溫度為T₂的飽和液態水，所述蒸發器2用于將溫度為T₂的飽和液態水加熱至溫度為T₂的飽和蒸汽，所述過熱器3用于將溫度為T₂的飽和蒸汽加熱至溫度為T₄的過熱汽，并且T₁＜T₂＜T₄，具體包括以下步驟：

1)設定預熱器的Ⅰ口和Ⅳ口的溫度端差ΔT_p并且10℃≤ΔT_p≤50℃，以及設定過熱器Ⅰ口和Ⅳ口的溫度端差ΔT_s，并且ΔT_s＝ΔT_p+ΔT_e，ΔT_e為導熱油流經蒸發器后的溫降，并且10℃≤ΔT_e≤50℃；

2)獲得水在溫度為T₂時的飽和壓力p_a，其在溫度為T₁且壓力為p_a時的比焓h_a,1，其在溫度為T₂時的飽和液態水的比焓h_a,2，其在溫度為T₂時的飽和蒸汽的比焓h_a,3，其在溫度為T₄且壓力為p_a時的比焓h_a,4；

3)獲得導熱油在溫度為T₁+ΔT_p且壓力為p_b時的比焓h_b,1，其在溫度為T₂+ΔT_p且壓力為p_b時的比焓h_b,2，其在溫度為T₂+ΔT_s且壓力為p_b時的比焓h_b,3，其在溫度為T₄+ΔT_s且壓力為p_b時的比焓h_b,4，其中p_b為導熱油流經換熱系統時的壓力；

4)控制預熱器中導熱油的質量流量q_p＝A·q_a1·(h_a,2-h_a,1)/(h_b,2-h_b,1),其中A為常數并且0.9≤A≤1.1，q_a1為預熱器中水的質量流量；

5)控制蒸發器中導熱油的質量流量q_e＝B·q_a2·(h_a,3-h_a,2)/(h_b,3-h_b,2)，其中B為常數并且0.9≤B≤1.1，q_a2為蒸發器中水的質量流量并且q_a2＝q_a1；

6)控制過熱器中導熱油的質量流量q_s＝C·q_a3·(h_a,4-h_a,3)/(h_b,4-h_b,3)，其中C為常數并且0.9≤C≤1.1，q_a3為過熱器中水的質量流量并且q_a3＝q_a2。

圖2為換熱系統中水和導熱油的溫度曲線示意圖，從圖2中可以發現，與現有方法相比，本發明方法中的預熱器1、蒸發器2、過熱器3的溫度端差較小，預熱器1、蒸發器2、過熱器3中導熱油的溫度相比傳統的換熱器的更低，所應用的太陽能集熱器的集熱效率更高，系統的整體效率也更高。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。