本發(fā)明屬于多相流傳熱及水處理領(lǐng)域，具體涉及一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)電機(jī)廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中，往往在軸封溢流、低溫省煤器、供熱疏水中產(chǎn)生不同溫度和體積的氣相熱源、液相熱源，這些熱源的熱能品質(zhì)相對(duì)較差，流量不穩(wěn)定，利用效率較低，通常被直接排放，不僅造成能源浪費(fèi)，同時(shí)增加了環(huán)境的熱污染。

2、由于發(fā)電廠(chǎng)氣、液兩相余熱資源的獨(dú)特性質(zhì)，現(xiàn)有的加熱控制系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換與高效利用方面面臨著顯著的局限性和挑戰(zhàn)。氣相熱源與液相熱源在溫度、壓力以及流量特性上存在著顯著的差異，這種差異為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行帶來(lái)了復(fù)雜性和不確定性。

3、在嘗試同時(shí)利用氣相和液相熱源的系統(tǒng)中，兩種相態(tài)流體的有效混合成為了一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題?；旌闲Ч粌H直接關(guān)聯(lián)到熱交換效率的高低，還可能引發(fā)一系列流動(dòng)與傳熱方面的難題。例如，若混合不均勻，可能導(dǎo)致局部熱負(fù)荷過(guò)高或過(guò)低，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的熱效率與穩(wěn)定性。此外，氣液兩相在混合過(guò)程中還可能出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如渦旋、湍流等，這些都會(huì)增加系統(tǒng)的能耗與磨損。

4、更為嚴(yán)重的是，如果混合策略不當(dāng)，還可能導(dǎo)致相分離或氣液堵塞等問(wèn)題的發(fā)生。相分離會(huì)降低熱源的利用率，而氣液堵塞則可能直接威脅到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備的損壞。特別是在高溫高壓的極端環(huán)境下，氣、液相的混合不當(dāng)還可能引發(fā)更為嚴(yán)重的安全事故，如泄露、爆炸等，這些都將對(duì)人員安全、環(huán)境保護(hù)以及發(fā)電廠(chǎng)的持續(xù)運(yùn)營(yíng)構(gòu)成巨大威脅。

5、因此，如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種高效、穩(wěn)定且安全的氣液兩相混合策略，成為了當(dāng)前發(fā)電廠(chǎng)余熱資源利用領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。這不僅需要深入研究氣液兩相的流動(dòng)與傳熱機(jī)理，還需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的控制算法與監(jiān)測(cè)技術(shù)，以確保系統(tǒng)在各種工況下都能保持最佳的混合效果與運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，加強(qiáng)安全防護(hù)措施，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)與應(yīng)急處理能力，也是確保余熱資源高效、安全利用不可或缺的一環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的氣相和液相兩種相態(tài)的流體熱源品質(zhì)較差，氣相熱源、液相熱源溫度、流量不穩(wěn)定，導(dǎo)致混合效果差的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供了一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)及方法，旨在提高氣液兩相熱源的利用效率，同時(shí)確保操作安全。該方法實(shí)現(xiàn)了氣液兩相流體的精確混合與溫度控制，有效避免了相分離和堵塞問(wèn)題，防止高溫高壓環(huán)境下的潛在風(fēng)險(xiǎn)，確保了能源的高效利用與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種適用于氣、液熱源的多相流加熱控制方法，包括以下步驟：

4、測(cè)量氣相熱源的質(zhì)量流量與液相熱源的質(zhì)量流量，計(jì)算混合流體的平均質(zhì)量流量；

5、測(cè)量氣相熱源的體積流量液相熱源的體積流量計(jì)算混合加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源在混合物中的體積分?jǐn)?shù)；

6、測(cè)量氣相熱源的體積流量粘度與液相熱源的體積流量粘度，計(jì)算有效粘度；

7、根據(jù)有效粘度計(jì)算加熱器內(nèi)多相流雷諾數(shù)，并判斷加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源混合狀態(tài)；若不是層流狀態(tài)，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實(shí)時(shí)流量。

8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，混合流體的平均質(zhì)量流量通過(guò)以下公式計(jì)算：

9、（1-2）

10、式中：

11、——?dú)庀噘|(zhì)量流量，kg/s；

12、——?dú)庀噘|(zhì)量流量，kg/s。

13、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，液相在混合物中的體積分?jǐn)?shù)通過(guò)下式計(jì)算：

14、（1-4）

15、式中：

16、——是液相體積流量，m3/s；

17、——是氣相體積流量，m3/s；

18、氣相在混合物中的體積分?jǐn)?shù)通過(guò)下式計(jì)算：

19、（1-5）。

20、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，有效粘度通過(guò)下式計(jì)算：

21、（1-3）

22、式中：

23、——是液相在混合物中的體積分?jǐn)?shù)，%；

24、——是氣相在混合物中的體積分?jǐn)?shù)，%；

25、——是液相的動(dòng)態(tài)粘度，pa·s；

26、——是氣相的動(dòng)態(tài)粘度，pa·s。

27、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，若雷諾數(shù)re≥2000，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實(shí)時(shí)流量，使氣相熱源、液相熱源處于層流狀態(tài)，其中，若re＜2000，則氣相熱源與液相熱源處于層流狀態(tài)。

28、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，雷諾數(shù)通過(guò)下式計(jì)算：

29、（1-1）

30、式中：

31、ρ——流體的密度，kg/m3；

32、v——管道內(nèi)的平均流速，m/s；

33、d——管道的特征長(zhǎng)度，m；

34、μ——流體的動(dòng)態(tài)粘度，pa·s；

35、re——雷諾數(shù)。

36、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括以下步驟：當(dāng)加熱器出水溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)保持正常運(yùn)行，當(dāng)加熱器出水溫度超出設(shè)定范圍，則進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，并調(diào)整蒸汽或熱水的流量，將溫度恢復(fù)到正常范圍；如果調(diào)整蒸汽或熱水的流量溫度未恢復(fù)到正常范圍，或溫度超出設(shè)定的安全極限，則報(bào)警。

37、適用于氣、液熱源的多相流加熱控制系統(tǒng)，多相流加熱系統(tǒng)包括與加熱器相連的熱水進(jìn)水管路，蒸汽進(jìn)氣管路與回水管路，控制系統(tǒng)包括：

38、依次設(shè)置在熱水進(jìn)水管路上的第一在線(xiàn)溫度計(jì)、第一在線(xiàn)體積流量計(jì)、第一在線(xiàn)質(zhì)量流量計(jì)與第一在線(xiàn)粘度計(jì)；以及

39、依次設(shè)置在蒸汽進(jìn)氣管路上的第二在線(xiàn)粘度計(jì)、第二在線(xiàn)質(zhì)量流量計(jì)與第二在線(xiàn)體積流量計(jì)。

40、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱水進(jìn)水管路上還設(shè)置有第一截止閥，第一手動(dòng)蝶閥、第一電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與第二手動(dòng)蝶閥。

41、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，蒸汽進(jìn)氣管路上還設(shè)置有第二在線(xiàn)溫度計(jì)、第二截止閥、第二電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、第三截止閥與撓性接頭，蒸汽進(jìn)氣管路與加熱器通過(guò)撓性接頭連接；

42、回水管路上設(shè)有手動(dòng)蝶閥，加熱器出水管路上設(shè)有第三在線(xiàn)溫度計(jì)。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果如下：

44、本發(fā)明通過(guò)回收發(fā)電廠(chǎng)軸封溢流、低溫省煤器與供熱疏水中廢棄氣、液兩相余熱熱源，將原本排放余熱進(jìn)行二次利用，極大提高發(fā)電廠(chǎng)能源利用效率，同時(shí)針對(duì)氣、液相余熱資源利用過(guò)程中出現(xiàn)的溫度、流量不穩(wěn)定現(xiàn)象，通過(guò)獲取質(zhì)量、體積流量、粘度、溫度的數(shù)據(jù)，加熱器內(nèi)多相流雷諾數(shù)，并判斷加熱器內(nèi)氣相熱源、液相熱源混合狀態(tài)；若不是層流狀態(tài)，則調(diào)節(jié)氣相熱源與液相熱源的實(shí)時(shí)流量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)加熱裝置內(nèi)氣相熱源、液相熱源分布，有效避免了由于混合效果差，從而引起的熱效率下降問(wèn)題，顯著提升了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，為操作人員提供了更為堅(jiān)實(shí)的安全保障。

45、進(jìn)一步的，通過(guò)設(shè)置第一在線(xiàn)溫度計(jì)、第一在線(xiàn)體積流量計(jì)、第一在線(xiàn)質(zhì)量流量計(jì)與第一在線(xiàn)粘度計(jì)；以及第二在線(xiàn)粘度計(jì)、第二在線(xiàn)質(zhì)量流量計(jì)與第二在線(xiàn)體積流量計(jì)，能夠?qū)囟?、流量與粘度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)這些參數(shù)判斷最終的雷諾數(shù)，使得方法更直接，簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。