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        試論混水換熱技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行應(yīng)用

        2016-08-23 20:29:42孫婧偉
        中國科技博覽 2016年15期
        關(guān)鍵詞:供熱系統(tǒng)問題對策

        孫婧偉

        [摘 要]變頻控制、混水循環(huán)及流量平衡等新技術(shù)的應(yīng)用,從管網(wǎng)運(yùn)行的各個(gè)方面優(yōu)化系統(tǒng)配置,降低動力消耗,提高了循環(huán)系統(tǒng)的平衡能力。作為供熱節(jié)能運(yùn)行的發(fā)展方向,還要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,按照國家節(jié)能減排有關(guān)要求,配合熱計(jì)量改革,進(jìn)一步做好新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。本文就優(yōu)化供熱系統(tǒng)節(jié)能配置進(jìn)行分析和闡述。

        [關(guān)鍵詞]供熱系統(tǒng);混水換熱技術(shù);問題對策

        中圖分類號:TU831;TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)15-0021-01

        一、循環(huán)水管網(wǎng)與水泵設(shè)計(jì)選型的匹配

        (一)優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù),選擇合適的比摩阻

        1、主干線平均比摩阻RPj,可取30~70Pa/m;對于間接連接管網(wǎng)RPj值可高達(dá)100Pa/m,但要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析;

        2、計(jì)算支線,根據(jù)其資用壓力確定其管徑,當(dāng)DN≥400,V<3.5m/s;DN<400,RPj<300Pa/m;

        3、消除支線富裕壓力,在用戶引入口處安裝調(diào)壓裝置。

        (二)優(yōu)化水泵選擇與運(yùn)行,選擇合適的流量與揚(yáng)程

        1、泵的循環(huán)流量Q和揚(yáng)程H滿足要求,有10%~15%的富裕量,嚴(yán)禁富余量過大;

        2、宜與管網(wǎng)聯(lián)合計(jì)算,正確確定工作點(diǎn),使工作點(diǎn)處于較高效率值范圍內(nèi);

        3、水泵循環(huán)流量Q較大,宜并聯(lián),并聯(lián)臺數(shù)不宜多,盡量用同型號泵并聯(lián);

        4、注意多臺并聯(lián)時(shí)的調(diào)節(jié),能較為合理的實(shí)現(xiàn)分階段調(diào)節(jié);

        5、對變流量系統(tǒng),宜設(shè)一臺變頻泵,實(shí)現(xiàn)定速水泵與變速水泵并聯(lián)運(yùn)行;

        6、在首站的循環(huán)泵,宜采用蒸汽驅(qū)動水泵,不僅可能高能源利用效率,還可以方便調(diào)節(jié)。

        (三)優(yōu)化換熱站設(shè)計(jì)與運(yùn)行,推廣混水換熱技術(shù)

        1、混水循環(huán)供熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

        混水循環(huán)打破了傳統(tǒng)換熱方式只存在熱交換的模式,采用水—水質(zhì)交換,大大提高了供熱效率,使一次網(wǎng)能量差100%地轉(zhuǎn)化到二次網(wǎng)系統(tǒng),提高了一次網(wǎng)供回水溫差,增大了供熱能力。同時(shí)能夠充分利用一次網(wǎng)壓力流量,減小了混水泵(循環(huán)泵)的過流流量和揚(yáng)程,從而節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。由于混水換熱站沒有換熱器,只有簡單的混水裝置,且無定壓系統(tǒng),故減少了設(shè)備初投資。同時(shí),一次網(wǎng)、二次網(wǎng)通過混水泵、回水增壓泵聯(lián)動運(yùn)行,更有利于二次網(wǎng)的水力調(diào)節(jié)和溫度控制,達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的目的。

        2、混水循環(huán)系統(tǒng)的形式

        按照混水泵安裝位置的不同劃分:

        A、混水泵設(shè)在旁通管

        B、混水泵設(shè)在供水管

        C、混水泵設(shè)在回水管

        一般采用第一種形式,混水泵流量=二次網(wǎng)流量-一次網(wǎng)流量,能充分利用一次網(wǎng)壓力和流量,降低了混水泵的選型,減少了初投資和運(yùn)行費(fèi)用。

        按照是否安裝回水增壓泵及流量平衡閥的安裝位置劃分:

        A、供水減壓,回水減壓。

        B、供水減壓,回水增壓。

        C、供水增壓,回水減壓。

        針對一次網(wǎng)供回水壓力情況及二次網(wǎng)壓力的要求不同,對混水系統(tǒng)進(jìn)行壓力流量的控制。

        3、混水循環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)要求

        高溫水首站一般采用定流量質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng),對一次網(wǎng)回水進(jìn)行補(bǔ)水定壓,二次網(wǎng)不存在補(bǔ)水系統(tǒng)。所以要求對二次網(wǎng)混水泵及回水增壓泵進(jìn)行變頻控制,采集二次網(wǎng)供、回水壓力信號進(jìn)行流量控制。

        一次網(wǎng)到混水二次網(wǎng)的減壓通過自力式流量平衡閥和電動調(diào)節(jié)閥控制;通過設(shè)定的二次網(wǎng)供水溫度,變頻自動調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動閥,達(dá)到控制流量的目的。

        由于一次網(wǎng)供水壓力較高,一般采用供水減壓,回水增壓系統(tǒng),及一次網(wǎng)回水加增壓泵。

        二、變頻控制在換熱站系統(tǒng)的應(yīng)用

        變頻調(diào)速屬于無轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方法,功率因數(shù)能達(dá)到90%以上。變頻器不僅可以直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,而且在變頻的同時(shí),電源電壓也可以依據(jù)負(fù)載大小相應(yīng)調(diào)節(jié),利用變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對水泵流量、壓力的調(diào)節(jié),使供熱系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定,操作更為方便,從而達(dá)到節(jié)能效果。變頻控制減少了水壓變化對閥門、管件、換熱器、水泵等設(shè)備的沖擊,延長了設(shè)備使用年限,減少了檢修次數(shù),帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

        (一)變頻器在補(bǔ)水系統(tǒng)中的作用

        要保證供熱系統(tǒng)中近端和遠(yuǎn)端的用熱設(shè)備(用戶)都能達(dá)到設(shè)計(jì)的熱媒流量,就必須要求循環(huán)水泵供水達(dá)到一定的壓力,并且保持相對恒定,我們是這樣完成這一點(diǎn)的:

        在循環(huán)系統(tǒng)的回水干管安裝壓力監(jiān)測點(diǎn),壓力變送器即時(shí)將壓力信號傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器。當(dāng)系統(tǒng)由于失水而壓力低與設(shè)定的最低壓力時(shí),其差值模擬量送入控制補(bǔ)水泵的變頻器,來調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)了補(bǔ)水量,保證了系統(tǒng)壓力的相對恒定。

        補(bǔ)水定壓控制點(diǎn)的位置選擇通常有兩種方式。一是選在循環(huán)水泵入口處,在循環(huán)泵的入口處加裝壓力傳感器或遠(yuǎn)傳壓力表,通過壓力傳感器或遠(yuǎn)傳壓力表與變頗器的聯(lián)動調(diào)節(jié)來確定系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的確切位置,這種選擇方式便于系統(tǒng)控制調(diào)節(jié):另一種方式是選在最不利環(huán)路用戶的供水入口處,只要此用戶壓力能滿足要求,其他用戶就都能得到相應(yīng)負(fù)荷對應(yīng)的壓力,節(jié)能效果明顯。

        1、定壓控制點(diǎn)選在循環(huán)水泵入口處,其設(shè)定值Ho為:

        Ho=Hd+Hg+20~30(kpa)

        其中:Ho為系統(tǒng)靜壓(Kpa)

        Hd為最高供熱點(diǎn)換熱站的高程差(kpa)

        Hg為相應(yīng)水溫的汽化壓力(kpa)

        20~30為安全裕量(kpa)

        2、壓力控制點(diǎn)選在最不利環(huán)路用戶的供水入口處,設(shè)定值Pn為:

        Pn=Po+△Pr+△py

        Po為系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的壓力值

        △Pr為在設(shè)計(jì)工況下,從n用戶到熱源恒壓點(diǎn)的回水干管壓降

        △py為n用戶的資用壓頭

        (二)變頻器在循環(huán)系統(tǒng)中的作用

        循環(huán)水泵是機(jī)械循環(huán)熱水采曖系統(tǒng)的核心設(shè)備,同時(shí)又是耗電量較大的設(shè)備,合理的選型既能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,也降低能耗。但在換熱站循環(huán)泵的設(shè)計(jì)選型時(shí),往往選擇的功率較大,利用變頻器調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速的節(jié)電潛力應(yīng)比變頗補(bǔ)水定壓大得多,但初投資也比較大。

        在循環(huán)水系統(tǒng)中,水泵的作功通過水泵出水壓力P2和回水壓力P1的壓力差△P來表示,即△P=P2-P1

        流量Q、管阻R、與壓力差△P三者之間的關(guān)系為:

        Q=△P/R

        而水泵作功的功率為

        P=△PQ=Q2R

        因?yàn)镼∝n,所以水泵的功率P∝n2

        綜上理論分析和實(shí)際測定可以得出變頻器控制水泵運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)如下:

        1、在管網(wǎng)運(yùn)行方面—對循環(huán)泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)后,在滿足系統(tǒng)所需流量的情況下,電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速降低,低于工頻運(yùn)行根據(jù)水泵的功率P∝n2,系統(tǒng)往往能節(jié)電30%—50%,節(jié)能效果十分明顯。同時(shí),變頻系統(tǒng)根據(jù)水壓波動實(shí)現(xiàn)了對流量的自動調(diào)節(jié),系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定,供熱效果良好。

        2、對于電機(jī)、水泵本身——兩者實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速往往低于工頻轉(zhuǎn)速,因此減小了機(jī)械摩擦。電機(jī)直接啟動時(shí),啟動電流為額定電流的4~6倍,而變頻調(diào)速后啟動電流是額定電流的1/4,改善了電動機(jī)的啟動性能,減少了啟動電流對電氣設(shè)備的沖擊,延長了設(shè)備的使用壽命。

        綜上所述,供熱節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展不僅是一個(gè)地區(qū)或企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的決定因素,更是國家加強(qiáng)環(huán)保建設(shè),堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀,走可持續(xù)發(fā)展道路的重要體現(xiàn)。近年來,加強(qiáng)集中供熱新技術(shù)的應(yīng)用與普及,變頻控制、混水循環(huán)及流量平衡閥的應(yīng)用,有效地降低了供熱系統(tǒng)的電力消耗,促進(jìn)了供熱系統(tǒng)的低碳(低耗熱量)運(yùn)行。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 李景坤.試論城市供熱節(jié)能技術(shù)措施的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息.2015. (03).

        [2] 林錦輝.試論強(qiáng)化節(jié)能型集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行管理 [J].暖通空調(diào).2014. (02).

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