集中供熱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)彈性分析

萬 山 田亞男 李雙燕 王 倩

(河北建筑工程學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075024)

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集中供熱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)彈性分析

萬 山 田亞男 李雙燕 王 倩

(河北建筑工程學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075024)

提出了集中供熱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)彈性概念，分析了在集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)中，壓力對系統(tǒng)調(diào)節(jié)的反應(yīng)敏感程度，建立了管網(wǎng)中壓力和流量兩者的數(shù)量關(guān)系，在實(shí)地調(diào)節(jié)中證明了此方法的有效性.

壓力調(diào)節(jié)彈性；運(yùn)行調(diào)節(jié)

0 引 言

集中供熱是一個(gè)十分復(fù)雜的，受多因素和多變量影響系統(tǒng)，各因素耦合及非線性，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)滯后時(shí)間較長.近年來，我國集中供熱調(diào)節(jié)技術(shù)不斷創(chuàng)新提高，新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用使得運(yùn)行管理與技術(shù)水平相應(yīng)提高.實(shí)現(xiàn)熱力平衡需對熱網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇對于迅速實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)平衡意義重大.

1 集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的發(fā)展?fàn)顩r及相關(guān)學(xué)者所做工作

近年來在集中供熱系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及其結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜的發(fā)展趨勢下，如何對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)來提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是供熱行業(yè)所面臨的問題.國內(nèi)外專業(yè)人士在供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù)和優(yōu)化控制方向不斷進(jìn)步和完善.

國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者都做了許多工作，法國的Bojic·M與Trifunovic[3]分析了由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶組成的供熱系統(tǒng)，采用連續(xù)線性編程的方法對系統(tǒng)的熱量分配進(jìn)行優(yōu)化，以提高熱用戶的舒適度.丹麥的Benonysson[4]等人指出熱媒在管網(wǎng)流動(dòng)中時(shí)間的延遲及土壤的蓄熱和熱損失對供熱系統(tǒng)運(yùn)行的影響，采用節(jié)點(diǎn)法建立了流量與供水溫度動(dòng)態(tài)控制模型并解出最優(yōu)的供水溫度，結(jié)果表明熱源處供水溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能夠降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用.華北電力大學(xué)的陳娟娟[5]建立了基于圖論的供熱管網(wǎng)水力工況計(jì)算模型并求解；針對傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)，研究了分階段質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)方式，采用可及性分析法確定其運(yùn)行最小流量；針對分戶計(jì)量系統(tǒng)，研究了與其供熱調(diào)節(jié)特性相適應(yīng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，建立一、二次網(wǎng)的供熱調(diào)節(jié)模型并對其求解；建立分戶計(jì)量系統(tǒng)的水力工況計(jì)算模型，分析同根立管上某些用戶調(diào)節(jié)時(shí)室內(nèi)系統(tǒng)的水力工況變化規(guī)律；分析了分戶計(jì)量系統(tǒng)循環(huán)水泵的控制方式.

但從前人所做的工作來看，分析了流量及熱量的變化對供熱系統(tǒng)的影響，以流量為主線來控制系統(tǒng)供需平衡，但對于供熱系統(tǒng)而言，在調(diào)節(jié)某處的流量時(shí)，與其相關(guān)的其他參數(shù)也在隨著流量的變化而反應(yīng)，其反應(yīng)的敏感程度會(huì)影響系統(tǒng)的進(jìn)一步平衡，而其他參數(shù)的反應(yīng)程度可用基于變量的彈性來表示.

2 供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)中壓力彈性概念的提出

由于相對于流量的測量，壓力更易實(shí)地測量，因此在調(diào)節(jié)時(shí)，通過壓力的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)流量的變化更容易操作，通過壓力的測量和調(diào)節(jié)間接反映到流量的變化上，更宜于實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié).本文在分析壓力與流量關(guān)系的基礎(chǔ)上提出了集中供熱系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)彈性概念，提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)過程中，調(diào)節(jié)的敏感度，即通過壓力調(diào)節(jié)使流量發(fā)生變化.

壓力彈性系數(shù)有下列三種情況：

(1)壓力彈性系數(shù)的絕對值大于1，即|E|>1，稱為壓力富有彈性，表示壓力的變動(dòng)率大于流量的變動(dòng)率；E若趨向于無窮說明壓力有完全彈性，表示當(dāng)流量為定值時(shí)，壓力的變動(dòng)是任意的.

(2)壓力彈性系數(shù)的絕對值小于1，即|E|<1，稱為壓力缺乏彈性，表示壓力的變動(dòng)率小于流量的變動(dòng)率；若E=0說明壓力完全無彈性，表示無論流量怎么變化，壓力都不會(huì)隨著變化.

(3)壓力彈性系數(shù)的絕對值等于1，即|E|=1，稱為壓力單位彈性，表示壓力的變動(dòng)率與流量的變動(dòng)率相等.

從通量的角度考慮供熱系統(tǒng)中的管網(wǎng)流量，其質(zhì)量流量的表達(dá)式為：

V—管網(wǎng)熱媒流過的體積 m3

ρ—管網(wǎng)內(nèi)熱媒密度

其中Q—管網(wǎng)流量kg/h

d—管網(wǎng)內(nèi)徑m

ν—管網(wǎng)內(nèi)熱水流速m/s

由上面的公式可知，某一斷面處的動(dòng)壓與斷面處的流量Q和管段內(nèi)徑d和熱媒的密度ρ有關(guān)，則對于壓力彈性系數(shù)可表示為

結(jié)果壓力彈性系數(shù)大于1，表明管網(wǎng)截面處動(dòng)壓富有彈性，即在調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)管網(wǎng)流量時(shí)，動(dòng)壓頭的變動(dòng)率大于流量的變動(dòng)率.據(jù)此在調(diào)節(jié)時(shí)，不應(yīng)該只從單一流量的調(diào)節(jié)入手，需要同時(shí)考慮管網(wǎng)其它參數(shù)的變化，分析管網(wǎng)的承受能力，以使供熱系統(tǒng)更優(yōu)地運(yùn)行.

3 應(yīng)用實(shí)例

本文提出的思想在張家口宣化星寶小區(qū)供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)中應(yīng)用取得了很好的效果.項(xiàng)目所對應(yīng)的供熱系統(tǒng)供熱遠(yuǎn)端的用戶實(shí)際流量低于設(shè)計(jì)流量，室內(nèi)溫度偏低，為了滿足用戶的供熱需求，需對供熱管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié).按照上述原理，分析管網(wǎng)截面動(dòng)壓調(diào)節(jié)變化的彈性，根據(jù)計(jì)算的彈性參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié).

如圖1所示，換熱站給小區(qū)各棟樓供熱管路走向，1-4號樓處于供熱末端，經(jīng)用戶反映其中4、13、14號樓及其20和22號樓的個(gè)別單元溫度偏低，現(xiàn)場實(shí)測流量與設(shè)計(jì)流量差很多，其它如1、5、10及15號樓的實(shí)際流量明顯比設(shè)計(jì)流量高，對此制定調(diào)節(jié)方案如下：

對整個(gè)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行測量，按照壓力的不同調(diào)整進(jìn)戶口流量較大的壓力調(diào)節(jié)閥，使其壓力接近設(shè)計(jì)值，記錄壓力值；對于同號樓個(gè)別單元流量不足的，調(diào)節(jié)控制各單元的閥門，同時(shí)監(jiān)測溫度偏低單元的壓力，以使整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到熱力平衡，最終部分調(diào)整結(jié)果測量數(shù)據(jù)如表1所示：

圖1 某小區(qū)樓號分布與供熱管網(wǎng)走向示意圖

樓號單元面積設(shè)計(jì)流量(Kg/h)實(shí)測流量(Kg/h)前后管網(wǎng)壓差(mm)調(diào)整前動(dòng)壓頭(mm)調(diào)整后動(dòng)壓頭(mm)調(diào)整前流量(Kg/h)調(diào)整后流量(Kg/h)1#1972.002.095.40150.8123.067.674.752.742972.002.094.74122.0520.708.244.502.843810.001.743.4479.5114.766.653.802.554810.001.743.6063.6612.245.743.462.375810.001.743.2942.4510.476.143.202.452#11104.002.613.6533.8212.178.723.452.9221020.002.414.0467.6915.158.243.852.8431020.002.415.25171.2125.668.195.012.8341020.002.415.1576.0316.358.604.002.904#21020.002.411.01(33.96)1.044.511.012.105#1942.902.032.2742.0613.258.963.602.963968.202.083.0530.039.206.143.002.4510#1936.552.015.4062.1416.3510.014.003.1315#3970.902.093.6099.5718.468.304.252.85

根據(jù)所計(jì)算的動(dòng)壓力和測得的流量，得出調(diào)整時(shí)流量與壓力變動(dòng)比率結(jié)果如下：

圖2 壓力和流量的變動(dòng)比率與彈性系數(shù)比較圖

最后的調(diào)整結(jié)果顯示壓力變動(dòng)率大于流量變動(dòng)率，通過對壓力的調(diào)節(jié)，實(shí)地測量的流量數(shù)據(jù)有相應(yīng)的變化：用戶流量大的單元流量降低，末端流量不足的單元流量增加，并都接近設(shè)計(jì)流量，滿足用戶供熱需求，解決了熱力失衡問題，驗(yàn)證了前面理論推導(dǎo)的壓力彈性系數(shù)，其大于1富有彈性，表現(xiàn)出壓力調(diào)節(jié)的靈敏度較高，同時(shí)調(diào)節(jié)后壓力在管網(wǎng)的承壓范圍之內(nèi)，對管網(wǎng)的運(yùn)行沒有危害，供熱系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行.

4 結(jié) 語

本文提出了供熱系統(tǒng)壓力彈性系數(shù)的概念，通過壓力彈性分析推導(dǎo)了新的調(diào)節(jié)公式，將其應(yīng)用于某小區(qū)的供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)項(xiàng)目，取得了很好的效果；對于壓力和流量兩者之間的關(guān)聯(lián)性分析，表明對系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，流量會(huì)相應(yīng)隨著壓力的變化趨于熱網(wǎng)的熱力平衡狀態(tài)，能夠提高調(diào)節(jié)敏感度，綜合考慮壓力、流量等參數(shù)對供熱系統(tǒng)運(yùn)行的影響，有利于供熱系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定地運(yùn)行.

[1]賀平，孫剛．供熱工程[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000

[2]石兆玉．供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994

[3]BojicM,TrifunovicN.Linearprogrammingoptimizationofheatdistributioninadistrict-heatingsystembyvalveadjustmentsandsubstationretrofit[J].BuildingandEnvironment,2000,35(2):151～159

[4]BenonyssonA,B?hmB,RavnHF.Operationaloptimizationinadistrictheatingsystem[J].Energyconversionandmanagement,1995,36(5):297～314

[5]陳娟娟，供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式節(jié)能性研究[D]碩士，2014

The Pressure Regulating Elastic Analysis of Central Heating System

WANShan，TIANYa-nan，LIShuang-yan，WANGQian

(Hebei University of Actecture,Zhangjiakou,Hebei Province,075024)

In this article the concept of central heating system pressure regulating elasticity is put forward,the sensitivity of stress reacting to adjustment in the central heating system is analyzed,the quantitative relation of pressure and flow rate in the pipe network is established,which is proved to be valid in field adjustment.

pressure regulation elasticity;adjustment

2016-03-27

河北建工學(xué)院創(chuàng)新基金項(xiàng)(YCXA2015002)集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行彈性調(diào)節(jié)分析研究

萬山(1992-)，男，畢業(yè)于北華航天工業(yè)學(xué)院，河北建筑工程學(xué)院研究生在讀，主要研究方向：集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化.

TU 85

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