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

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(dòng)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(guó)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(duì)策

中圖分類號(hào)：TU831；TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)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(tái)數(shù)不宜多，盡量用同型號(hào)泵并聯(lián)；

4、注意多臺(tái)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(duì)變流量系統(tǒng)，宜設(shè)一臺(tái)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(duì)一次網(wǎng)供回水壓力情況及二次網(wǎng)壓力的要求不同，對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動(dòng)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(duì)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(duì)閥門、管件、換熱器、水泵等設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)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(huì)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(duì)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(cè)點(diǎn)，壓力變送器即時(shí)將壓力信號(hào)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(duì)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(dòng)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(duì)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(cè)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(duì)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(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定，供熱效果良好。

2、對(duì)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(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的4～6倍，而變頻調(diào)速后啟動(dòng)電流是額定電流的1/4，改善了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電氣設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)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(guó)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)

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