基于調(diào)節(jié)型噴射泵的二級(jí)管網(wǎng)平衡調(diào)控系統(tǒng)

何子峰, 郝 磊, 閆靜蕾, 王振華, 魏學(xué)樂(lè), 唐 亮,喬建榮, 周海貝, 劉兆軍, 周 濤, 尹業(yè)彬

(1.東方綠色能源(河北)有限公司石家莊熱力分公司,河北石家莊005035;2.北京新寶同懷節(jié)能科技有限公司,北京100176)

1 概述

20世紀(jì)50年代我國(guó)從前蘇聯(lián)引進(jìn)了固定型噴射泵技術(shù),但并沒(méi)有得到廣泛推廣,主要原因是固定型噴射泵的噴嘴直徑固定不變,不能適應(yīng)供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)需要[1]。2005年,石兆玉等在固定型噴射泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)型噴射泵的研制,以解決二級(jí)管網(wǎng)水力平衡問(wèn)題,取得了一定效果[1]。2016年,余寶法[2]結(jié)合國(guó)內(nèi)噴射泵研究成果并在德國(guó)可調(diào)噴射泵技術(shù)基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出一款適合國(guó)內(nèi)供熱行業(yè)的調(diào)節(jié)型噴射泵,經(jīng)過(guò)推廣使用取得了消除水力失調(diào)和一定的節(jié)熱、節(jié)電效果。

根據(jù)近年來(lái)我們使用調(diào)節(jié)型噴射泵的經(jīng)驗(yàn),雖然調(diào)節(jié)型噴射泵在出廠前根據(jù)熱用戶(hù)供熱面積和熱負(fù)荷預(yù)設(shè)定了開(kāi)度,但由于每棟居民樓每年入住率不同、居住建筑與公共建筑熱負(fù)荷不同,實(shí)際運(yùn)行中仍然需要進(jìn)行二級(jí)管網(wǎng)水力平衡初調(diào)節(jié)。二級(jí)管網(wǎng)水力平衡初調(diào)節(jié)通常采用回水溫度一致法[3]。在二級(jí)管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)方法中,由于水溫測(cè)量比流量測(cè)量、熱量測(cè)量成本低,因此回水溫度一致法成為二級(jí)管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)應(yīng)用較多的方法?；厮疁囟纫恢路ㄊ侵笇⒕哂袦囟炔杉δ艿恼{(diào)節(jié)閥安裝在各熱力入口的回水管上,對(duì)回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集,結(jié)合二級(jí)管網(wǎng)總供回水溫度、室外溫度等參數(shù)計(jì)算出目標(biāo)回水溫度。根據(jù)目標(biāo)回水溫度,通過(guò)多次調(diào)節(jié)熱力入口閥門(mén),使各熱力入口回水溫度基本一致,以實(shí)現(xiàn)二級(jí)管網(wǎng)水力平衡。

若熱力入口沒(méi)有安裝具有溫度采集功能的調(diào)節(jié)閥,在實(shí)際平衡調(diào)節(jié)中,則需要采用遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫槍對(duì)各個(gè)熱力入口回水管道進(jìn)行測(cè)溫,經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,指導(dǎo)調(diào)節(jié)和評(píng)估平衡狀態(tài)。對(duì)于較大規(guī)模的二級(jí)管網(wǎng),熱力入口眾多,采用遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫槍測(cè)溫方法需要大量調(diào)節(jié)人員和較長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間,不僅無(wú)法保證測(cè)溫時(shí)間的一致,而且不能及時(shí)了解二級(jí)管網(wǎng)回水溫度分布狀態(tài)。

本文提出將熱力入口供回水無(wú)線測(cè)溫技術(shù)與熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)結(jié)合,建立二級(jí)管網(wǎng)水力平衡調(diào)控系統(tǒng),介紹調(diào)控系統(tǒng)主要組成及功能。結(jié)合工程實(shí)例,評(píng)價(jià)調(diào)控系統(tǒng)初調(diào)節(jié)效果。為方便闡述,未特殊指明固定型噴射泵的噴射泵,均指調(diào)節(jié)型噴射泵。

2 調(diào)控系統(tǒng)

調(diào)控系統(tǒng)主要組成為熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)、溫度采集終端、監(jiān)測(cè)軟件?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手機(jī)App登錄調(diào)控系統(tǒng),可以查看每個(gè)熱力入口同一時(shí)間供回水溫度,掌握各熱力入口回水溫度分布狀態(tài),便于進(jìn)行水力工況的分析。監(jiān)測(cè)軟件內(nèi)置噴射泵調(diào)節(jié)特性曲線和算法,根據(jù)熱力入口實(shí)際回水溫度與目標(biāo)回水溫度的偏差計(jì)算噴射泵調(diào)節(jié)量,指導(dǎo)調(diào)節(jié)工作。

2.1 熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)

熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)見(jiàn)圖1。噴射泵通過(guò)引射部分樓棟回水與熱力站供水混合,通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)混合比,改變供水溫度,從而實(shí)現(xiàn)回水溫度調(diào)節(jié)。在噴射泵安裝中,保留了原回水管道及閥門(mén),供水溫度傳感器安裝在供水管上,測(cè)量樓棟供水溫度?；厮疁囟葌鞲衅靼惭b在回水管道上,測(cè)量樓棟回水溫度。噴射泵安裝結(jié)束后,閥1保持常閉,閥2、3保持常開(kāi)。

圖1 熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)

2.2 溫度采集終端

溫度采集終端由低功耗溫度傳感器(簡(jiǎn)稱(chēng)溫度傳感器)、單片機(jī)、無(wú)線通信模塊、電池組成,每個(gè)熱力入口安裝1套溫度采集終端。

單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,采用TTL串行通信方式向無(wú)線通信模塊發(fā)出連接主站和數(shù)據(jù)發(fā)送指令,無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)軟件(部署在租用的云服務(wù)器)。

無(wú)線通信模塊與云服務(wù)器的通信方式可選擇NB-IoT、Cat.1,以適應(yīng)不同場(chǎng)景的使用需求。NB-IoT帶寬消耗小,可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò),將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至云服務(wù)器。NB-IoT通信方式功耗低、信號(hào)強(qiáng)度低,適用于通信良好的環(huán)境。Cat.1具有高數(shù)據(jù)速率、寬帶傳輸、無(wú)線即時(shí)通信、兼容性高的特點(diǎn),不僅具備無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)傳功能,而且能傳輸圖片、音頻、視頻等。與NB-IoT相比,Cat.1功耗略高,但信號(hào)強(qiáng)、覆蓋面廣,適用于通信環(huán)境較差的環(huán)境。

溫度采集終端采用電池供電方式,根據(jù)供熱系統(tǒng)的需求,溫度采集終端配置的電池使用壽命不低于5個(gè)供暖期。

2.3 監(jiān)測(cè)軟件

監(jiān)測(cè)軟件部署在云服務(wù)器,計(jì)算機(jī)、手機(jī)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄。使用時(shí),先在監(jiān)測(cè)軟件中按不同熱力公司和熱力站建立安裝噴射泵的樓棟臺(tái)賬,臺(tái)賬中錄入樓棟名稱(chēng)、建筑類(lèi)型、供熱面積等參數(shù)。

監(jiān)測(cè)軟件針對(duì)熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā),內(nèi)置調(diào)節(jié)型噴射泵特性曲線。初調(diào)節(jié)階段,監(jiān)測(cè)軟件將二級(jí)管網(wǎng)平均回水溫度作為目標(biāo)回水溫度,自動(dòng)計(jì)算每個(gè)熱力入口噴射泵需要調(diào)整的相對(duì)開(kāi)度。二級(jí)管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)完成后,可通過(guò)軟件監(jiān)測(cè)熱用戶(hù)供回水溫度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)二級(jí)管網(wǎng)熱力入口溫度異常情況。

2.4 調(diào)控系統(tǒng)界面

調(diào)控系統(tǒng)界面見(jiàn)圖2。由圖2可知,調(diào)控系統(tǒng)界面可反映熱力入口位置、建筑類(lèi)型、供熱面積、熱力入口供水溫度、熱力入口回水溫度、回水溫度偏差、噴射泵調(diào)節(jié)量等。

圖2 調(diào)控系統(tǒng)界面(軟件截圖)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),回水溫度偏差(指實(shí)際回水溫度減目標(biāo)回水溫度)0.2 ℃對(duì)應(yīng)噴射泵的相對(duì)開(kāi)度變化量為-1%,回水溫度偏差-0.2 ℃對(duì)應(yīng)噴射泵的相對(duì)開(kāi)度變化量為1%。噴射泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1周,對(duì)應(yīng)相對(duì)開(kāi)度變化量-5%。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1周,對(duì)應(yīng)相對(duì)開(kāi)度變化量5%。

3 應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

趙二街熱力站位于石家莊市中華北大街,供熱面積約22×104m2。趙二街熱力站二級(jí)管網(wǎng)水力失調(diào)明顯,近端和遠(yuǎn)端住戶(hù)室內(nèi)溫度差異比較大。因此,采取基于調(diào)節(jié)型噴射泵的二級(jí)管網(wǎng)平衡改造,建立調(diào)控系統(tǒng)。改造項(xiàng)目共安裝噴射泵、溫度采集終端114臺(tái)(套)。為確保通信質(zhì)量,無(wú)線通信模塊與云服務(wù)器的通信方式選擇Cat.1。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),若對(duì)114臺(tái)噴射泵進(jìn)行調(diào)試,需要6組調(diào)試人員每日調(diào)節(jié)2次,至少2 d才能完成。由于該項(xiàng)目建立了調(diào)控系統(tǒng),調(diào)試效率大幅提高,因此僅安排3組調(diào)試人員。

3.2 調(diào)試工作及效果

項(xiàng)目于2022年10月28日前完成改造工作,10月28日對(duì)二級(jí)管網(wǎng)進(jìn)行注水和排氣。11月1日開(kāi)始升溫運(yùn)行,先使用原直供系統(tǒng)運(yùn)行7 d,將管道中殘留的空氣和污物通過(guò)排氣閥和除污器排凈,避免影響噴射泵工作。

11月8日上午進(jìn)行原直供系統(tǒng)切換噴射泵混水系統(tǒng),調(diào)控系統(tǒng)界面顯示,系統(tǒng)切換前二級(jí)管網(wǎng)最高回水溫度37.4 ℃,最低回水溫度32.8 ℃,平均回水溫度35.1 ℃,最高、最低回水溫度與平均回水溫度偏差比較大。調(diào)試中,3組調(diào)試人員通過(guò)手機(jī)App登錄調(diào)控系統(tǒng),根據(jù)監(jiān)測(cè)軟件給出的調(diào)節(jié)量,對(duì)回水溫度偏差超過(guò)±0.5 ℃的熱力入口噴射泵進(jìn)行第1次調(diào)試。第1次調(diào)試后,調(diào)控系統(tǒng)界面顯示二級(jí)管網(wǎng)最高回水溫度36.4 ℃,最低回水溫度33.8 ℃,平均回水溫度34.7 ℃,最高、最低回水溫度與平均回水溫度偏差仍較大。11月8日下午進(jìn)行了第2次調(diào)試,仍對(duì)回水溫度偏差超過(guò)±0.5 ℃的熱力入口噴射泵進(jìn)行調(diào)試。11月9日上午,調(diào)控系統(tǒng)界面顯示二級(jí)管網(wǎng)最高回水溫度35.0 ℃,最低回水溫度33.6 ℃,平均回水溫度34.2 ℃,最高、最低回水溫度均接近平均回水溫度。

根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù),改造前,二級(jí)管網(wǎng)流量為654 m3/h,平均供回水溫差為5.5 ℃。改造及噴射泵調(diào)節(jié)完成后,二級(jí)管網(wǎng)流量為407 m3/h,供回水溫差為8.6 ℃。改造及噴射泵調(diào)試完成后,不僅二級(jí)管網(wǎng)水力失調(diào)得到了改善,而且實(shí)現(xiàn)了大溫差小流量運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)使用多年,是一項(xiàng)較為成熟的二級(jí)管網(wǎng)水力平衡技術(shù)。將熱力入口供回水無(wú)線測(cè)溫技術(shù)與熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)結(jié)合,建立調(diào)控系統(tǒng)。不僅便于查看每個(gè)熱力入口同一時(shí)間供回水溫度,還便于進(jìn)行水力工況的分析和判斷。監(jiān)測(cè)軟件內(nèi)置調(diào)節(jié)型噴射泵調(diào)節(jié)特性曲線和算法,可根據(jù)熱力入口實(shí)際回水溫度與目標(biāo)回水溫度的偏差計(jì)算噴射泵調(diào)節(jié)量,方便調(diào)節(jié)工作。