集中供熱系統(tǒng)不同加壓方式的應(yīng)用分析

韓靜

太原學院 山西太原 030032

引言

當前集中供熱蓬勃發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，但同時由于運行管理、設(shè)備本身性能、用戶建筑維護結(jié)構(gòu)達不到節(jié)能標準或者設(shè)計等原因，集中供熱系統(tǒng)存在能耗大的問題。

因此，集中供熱設(shè)計過程中不能僅限于達到供熱效果，設(shè)計的合理性及滿足節(jié)能要求也很重要。

一、方案確定

集中供熱普遍采用的方式是在熱源處設(shè)置循環(huán)泵，認為這種方式便于調(diào)節(jié)，設(shè)備比較集中，但往往忽略是否節(jié)能這個問題。

對于為用戶提供循環(huán)動力，有幾種方式：

方案一：熱源內(nèi)設(shè)置循環(huán)泵，循環(huán)泵揚程選擇依據(jù)最不利用戶的全部阻力損失。

方案二：回水采用分布式加壓，用戶循環(huán)的動力由熱源循環(huán)泵和自身加壓泵共同提供。

方案三：供水采用分布式加壓，用戶循環(huán)的動力由熱源循環(huán)泵和自身加壓泵共同提供。

方案四：供水分布式加壓與回水分布式加壓混合布置。

通過計算可以得出不同方案下的各加壓泵或循環(huán)泵揚程及其功率，并由此最小功率對應(yīng)得出方案。因此，實際工程中可以通過得出的最小功率選擇符合實際狀況、滿足節(jié)能要求的一種方案。

二、工程舉例

1.工程概述

某工程包含有4個熱用戶，所處地勢相對平坦，熱負荷分布如下：Qa=1.28 MW，Qb=2.56 MW ，Qc=2.24 MW，Qd=1.92 MW。供水溫度、回水溫度分別為：130℃/70℃，熱源內(nèi)部阻力為ΔH=20m水柱，各用戶內(nèi)部阻力均為ΔHi=12m水柱，管線長度：LA=LB=LC=LD=400 m，La=Lb=Lc=Ld=200 m，

用戶與管網(wǎng)連接示意如圖1所示：

圖1 加壓系統(tǒng)示意圖

2.計算結(jié)果

通過不同控制條件，得出四種方案下計算結(jié)果見表2。其中流量計算及比摩阻的選取采用文獻[1]中公式。

表1 不同方案各泵揚程及總功率

方案一：熱源內(nèi)設(shè)置循環(huán)泵提供循環(huán)動力?？刂谱畈焕脩鬱剛好滿足要求，此時熱源循環(huán)泵最小揚程為40.3m，用戶a需要節(jié)流4.3m，用戶b需節(jié)流2.7m，用戶c需節(jié)流約1.5m，循環(huán)泵泵功率12.4kW。

方案二：用戶分布式回水加壓?？刂朴脩鬭剛好滿足要求，此時熱源內(nèi)循環(huán)泵最小揚程為36.2m，用戶b回水需要加壓1.5m，用戶c回水需加壓2.7m，用戶d回水需加壓4.2m，所有泵功率為11.8kW。

方案三：用戶分布式供水加壓。這種加壓有多種選擇，此處只列出當熱源循環(huán)泵只提供其內(nèi)部阻力損失時，其他用戶情況。當熱源內(nèi)循環(huán)泵揚程為20m時，a用戶供水需要加壓泵16.2m，b用戶供水加壓揚程為17.5m，c用戶供水加壓揚程為18.7m，d用戶供水加壓揚程為20.4m，泵功率達到最小值11.7kW。

方案四：用戶既有分布式供水加壓，又有分布式回水加壓。用戶a采用回水加壓的熱源循環(huán)泵最小揚程為33.5m，用戶b采用回水加壓熱源循環(huán)泵最小揚程為34.9m，用戶c采用回水加壓熱源循環(huán)泵最小揚程為35.6m，所用戶采用回水加壓熱源循環(huán)泵最小揚程為36.2m時。

3.結(jié)果分析

由結(jié)果可以得出，只有在幾乎所有用戶均有各自加壓設(shè)備時，泵總功率達到最小，因此分布加壓節(jié)能相對于在熱源處設(shè)置循環(huán)泵提供循環(huán)動力是節(jié)能的。

在不改變其它設(shè)計參數(shù)前提下，主管徑縮小最小功率數(shù)值變小，且總耗功率受主管變化的影響比較大。后面三種方案均能達到功率最小值，最小功率與方案一的功率差值隨著主管徑縮小或者主管網(wǎng)阻力的增大而增大。

三、幾點說明

1.熱源循環(huán)泵揚程與總功率的關(guān)系

熱源循環(huán)泵的揚程與總功率的關(guān)系可以用圖2表示：

圖2：循環(huán)泵揚程和泵總功率關(guān)系

熱源設(shè)置循環(huán)泵，且循環(huán)泵揚程值在某個范圍內(nèi)，輔助用戶分布式加壓的這種方式，可以使得泵總功率達到最小值，而在這個區(qū)域內(nèi)幾乎全部熱用戶均需要供水或者回水單獨設(shè)置加壓；而當熱源循環(huán)泵揚程在這個區(qū)域外時，系統(tǒng)總耗功率隨著熱源循環(huán)泵揚程的增加而增大，此時一些用戶不再需要單獨設(shè)置加壓；系統(tǒng)總耗功率增加的幅度隨著熱源循環(huán)泵揚程的增加而降低，當系統(tǒng)總耗功率達到最大，此時所有用戶循環(huán)動力均有熱源循環(huán)泵提供，用戶不單獨設(shè)置加壓設(shè)備。

2.實際最小功率

以上得出可以認為是理論狀況下?lián)P程或者功率，還應(yīng)結(jié)合實際情況選擇合適的熱源循環(huán)泵及用戶加壓泵。例如，計算得出泵的揚程選不到，應(yīng)該在滿足條件下選擇合適的泵，盡量滿足系統(tǒng)中各泵功率之和最小，即達到實際最小功率。此處實際最小功率通過考慮所選出的泵的性能曲線，加入了泵的效率的因素。泵性能曲線上的任一點符合以下關(guān)系：Hi=f(Gi)=C1Gi2+C2Gi+C3

建立誤差平方和函數(shù)E:

采用最小二乘法，得出誤差平方和函數(shù)E極小時對應(yīng)的

同時對泵性能曲線進行擬合。j=1，2，3。

流量可以式子Gi=f-1(Hi)來表示。同時，由功率和流量關(guān)系曲線得Ni=g(Gi)=aGi+b

所得數(shù)值通過泵的性能曲線校并且確定揚程后，帶入功率與揚程的關(guān)系式，得各泵功率并求和即為實際最小功率值。

3.分布式變頻加壓系統(tǒng)

前面介紹依據(jù)理論狀況下求得的最小功率，根據(jù)實際情況，選擇加壓泵，選出泵后再返回擬合各泵的性能曲線，最后將各泵功率相加得出系統(tǒng)加壓泵的實際最小功率。對于普通未做變頻處理的泵，即使選擇到合適也適應(yīng)不了后續(xù)用戶增加負荷的要求，也就不利于后續(xù)擴網(wǎng)；變頻泵則會隨著用戶負荷的變化，得到最小功率值也隨之變大，雖然變頻增加了初投資，但實際運行中用戶負荷往往不會固定不變。

分布式加壓是節(jié)能的，同時變頻也是一種節(jié)電措施，一般分布式變頻循環(huán)水泵的供熱系統(tǒng)，其水泵裝機容量與傳統(tǒng)設(shè)計方案相比，節(jié)電約 1/3[2]。

結(jié)論

分布加壓方式用于集中供熱系統(tǒng)運行中是節(jié)能的，特別在大型系統(tǒng)中效果更為明顯。雖然需要用戶單獨設(shè)置加壓裝置，但是同時減輕了熱源循環(huán)泵的負擔。用戶單獨設(shè)置加壓設(shè)備的分布式加壓較分散，考慮到不易于管理，如果供熱系統(tǒng)規(guī)模不大不建議采用。實際工程應(yīng)用過程中應(yīng)當結(jié)合初投資大小、地形現(xiàn)狀、運行管理等實際情況，最終確定一種相對節(jié)能的設(shè)計方案。

[1]賀平孫剛王飛，供熱工程，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]石兆玉，供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設(shè)計，暖通空調(diào)標準與質(zhì)檢，2006第3期.