何子峰, 郝 磊, 閆靜蕾, 王振華, 魏學(xué)樂, 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50年代我國從前蘇聯(lián)引進了固定型噴射泵技術(shù),但并沒有得到廣泛推廣,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)上進行調(diào)節(jié)型噴射泵的研制,以解決二級管網(wǎng)水力平衡問題,取得了一定效果[1]。2016年,余寶法[2]結(jié)合國內(nèi)噴射泵研究成果并在德國可調(diào)噴射泵技術(shù)基礎(chǔ)上,開發(fā)出一款適合國內(nèi)供熱行業(yè)的調(diào)節(jié)型噴射泵,經(jīng)過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)近年來我們使用調(diào)節(jié)型噴射泵的經(jīng)驗,雖然調(diào)節(jié)型噴射泵在出廠前根據(jù)熱用戶供熱面積和熱負荷預(yù)設(shè)定了開度,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荷不同,實際運行中仍然需要進行二級管網(wǎng)水力平衡初調(diào)節(jié)。二級管網(wǎng)水力平衡初調(diào)節(jié)通常采用回水溫度一致法[3]。在二級管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)方法中,由于水溫測量比流量測量、熱量測量成本低,因此回水溫度一致法成為二級管網(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,對回水溫度進行監(jiān)測、采集,結(jié)合二級管網(wǎng)總供回水溫度、室外溫度等參數(shù)計算出目標回水溫度。根據(jù)目標回水溫度,通過多次調(diào)節(jié)熱力入口閥門,使各熱力入口回水溫度基本一致,以實現(xiàn)二級管網(wǎng)水力平衡。

若熱力入口沒有安裝具有溫度采集功能的調(diào)節(jié)閥,在實際平衡調(diào)節(jié)中,則需要采用遠紅外線測溫槍對各個熱力入口回水管道進行測溫,經(jīng)過對測溫結(jié)果進行統(tǒng)計和分析,指導(dǎo)調(diào)節(jié)和評估平衡狀態(tài)。對于較大規(guī)模的二級管網(wǎng),熱力入口眾多,采用遠紅外線測溫槍測溫方法需要大量調(diào)節(jié)人員和較長調(diào)節(jié)時間,不僅無法保證測溫時間的一致,而且不能及時了解二級管網(wǎng)回水溫度分布狀態(tài)。

本文提出將熱力入口供回水無線測溫技術(shù)與熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)結(jié)合,建立二級管網(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)合工程實例,評價調(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)測軟件?，F(xiàn)場通過手機App登錄調(diào)控系統(tǒng),可以查看每個熱力入口同一時間供回水溫度,掌握各熱力入口回水溫度分布狀態(tài),便于進行水力工況的分析。監(jiān)測軟件內(nèi)置噴射泵調(diào)節(jié)特性曲線和算法,根據(jù)熱力入口實際回水溫度與目標回水溫度的偏差計算噴射泵調(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)見圖1。噴射泵通過引射部分樓棟回水與熱力站供水混合,通過調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)混合比,改變供水溫度,從而實現(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,供水溫度傳感器安裝在供水管上,測量樓棟供水溫度?；厮疁囟葌鞲衅靼惭b在回水管道上,測量樓棟回水溫度。噴射泵安裝結(jié)束后,閥1保持常閉,閥2、3保持常開。

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(簡稱溫度傳感器)、單片機、無線通信模塊、電池組成,每個熱力入口安裝1套溫度采集終端。

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

無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)場數(shù)據(jù)遠程傳輸至云服務(wù)器。NB-IoT通信方式功耗低、信號強度低,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、無線即時通信、兼容性高的特點,不僅具備無線遠程數(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,但信號強、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個供暖期。

2.3 監(jiān)測軟件

監(jiān)測軟件部署在云服務(wù)器,計算機、手機可通過互聯(lián)網(wǎng)登錄。使用時,先在監(jiān)測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賬,臺賬中錄入樓棟名稱、建筑類型、供熱面積等參數(shù)。

監(jiān)測軟件針對熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)進行了專門開發(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)測軟件將二級管網(wǎng)平均回水溫度作為目標回水溫度,自動計算每個熱力入口噴射泵需要調(diào)整的相對開度。二級管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)完成后,可通過軟件監(jiān)測熱用戶供回水溫度,及時發(fā)現(xiàn)二級管網(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,回水溫度偏差(指實際回水溫度減目標回水溫度)0.2 ℃對應(yīng)噴射泵的相對開度變化量為-1%,回水溫度偏差-0.2 ℃對應(yīng)噴射泵的相對開度變化量為1%。噴射泵調(diào)節(jié)機構(gòu)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)1周,對應(yīng)相對開度變化量-5%。逆時針旋轉(zhuǎn)1周,對應(yīng)相對開度變化量5%。

3 應(yīng)用案例

3.1 項目概況

趙二街熱力站位于石家莊市中華北大街,供熱面積約22×104m2。趙二街熱力站二級管網(wǎng)水力失調(diào)明顯,近端和遠端住戶室內(nèi)溫度差異比較大。因此,采取基于調(diào)節(jié)型噴射泵的二級管網(wǎng)平衡改造,建立調(diào)控系統(tǒng)。改造項目共安裝噴射泵、溫度采集終端114臺(套)。為確保通信質(zhì)量,無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,若對114臺噴射泵進行調(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

項目于2022年10月28日前完成改造工作,10月28日對二級管網(wǎng)進行注水和排氣。11月1日開始升溫運行,先使用原直供系統(tǒng)運行7 d,將管道中殘留的空氣和污物通過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)試人員通過手機App登錄調(diào)控系統(tǒng),根據(jù)監(jiān)測軟件給出的調(diào)節(jié)量,對回水溫度偏差超過±0.5 ℃的熱力入口噴射泵進行第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日下午進行了第2次調(diào)試,仍對回水溫度偏差超過±0.5 ℃的熱力入口噴射泵進行調(diào)試。11月9日上午,調(diào)控系統(tǒng)界面顯示二級管網(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)實際數(shù)據(jù),改造前,二級管網(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,不僅二級管網(wǎng)水力失調(diào)得到了改善,而且實現(xiàn)了大溫差小流量運行。

4 結(jié)束語

熱力入口噴射泵混水系統(tǒng)在國內(nèi)多個地區(qū)使用多年,是一項較為成熟的二級管網(wǎng)水力平衡技術(shù)。將熱力入口供回水無線測溫技術(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)。不僅便于查看每個熱力入口同一時間供回水溫度,還便于進行水力工況的分析和判斷。監(jiān)測軟件內(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)熱力入口實際回水溫度與目標回水溫度的偏差計算噴射泵調(diào)節(jié)量,方便調(diào)節(jié)工作。