【摘要】本文闡述了換熱站“分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)”節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)性、可行性、安全性、系統(tǒng)抗擾動能力的穩(wěn)定性?!胺植冀M合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)”節(jié)能改造后,噴射泵供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)主干管路采用“小流量大溫差”運(yùn)行模式,熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)采用“大流量小溫差”的運(yùn)行模式。進(jìn)入用戶的供水流量將成倍數(shù)增加,供水溫度近端和遠(yuǎn)端將更加均衡。同時也保證了熱網(wǎng)供暖 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過合理計算,結(jié)果表明系統(tǒng)改造后可達(dá)到預(yù)期的效果,經(jīng)濟(jì)性有很大的提高。
【關(guān)鍵詞】熱網(wǎng)、噴射泵系統(tǒng)、供回水流量、供熱經(jīng)濟(jì)性
1.傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀
1.1 “大流量小溫差”運(yùn)行模式
熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)因設(shè)計、施工、操作、調(diào)試及經(jīng)濟(jì)等方面的原因,造成水力不平衡,目前還無有效的技術(shù)手段予以解決,為了緩解熱用戶樓內(nèi)冷熱不均的現(xiàn)象,降低供熱系統(tǒng)的熱耗,傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)不得不采用“大流量小溫差”運(yùn)行模式,實(shí)際供回水溫差一般為10℃~15℃。另一方面,“大流量小溫差”運(yùn)行模式,系統(tǒng)水力穩(wěn)定性差、抗干擾能力差,不利于樓間的水力平衡,且大大增加了循環(huán)泵的電耗。如減少流量增大溫差,則浪費(fèi)的熱能將大于節(jié)省的電能;反之,浪費(fèi)的電能將大于節(jié)省的熱能。故在現(xiàn)有技術(shù)條件下,對傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)而言,采用某種程度的“大流量小溫差”運(yùn)行模式是其必然的、無奈的選擇。
1.2分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)的提出
如何解決“水力不平衡”這個困擾本行業(yè)的老大難問題?如何改變現(xiàn)有供熱系統(tǒng)能源浪費(fèi)巨大的現(xiàn)象?基于目前傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀及傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)存在的缺陷,在熱用戶樓前入戶井內(nèi)(或地下室)加裝噴射泵,為每個熱用戶創(chuàng)建獨(dú)立的混水換熱站,形成一種新型的供熱系統(tǒng)——分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng),是解決“水力不平衡”、能源浪費(fèi)巨大行之有效的措施. 分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)原理
2.分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)的原理及構(gòu)成
2.1 噴射泵供熱系統(tǒng)的原理
分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)的原理如圖2-1所示,就是在熱用戶樓前入戶井內(nèi)(或地下室)加裝噴射泵,使每個熱用戶均擁有獨(dú)立的混水換熱站,原一級熱網(wǎng)(直供系統(tǒng))變?yōu)槎墴峋W(wǎng),原二級熱網(wǎng)(間供系統(tǒng))變?yōu)槿墴峋W(wǎng),可為每個熱用戶提供所需的供水溫度及流量。
混水換熱站之前的熱網(wǎng)輸配為“小流量大溫差”,混水換熱站之后的熱網(wǎng)(熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng))為“低溫大流量小溫差”。這樣,既減少混水換熱站之前的熱網(wǎng)壓降,又增大了熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)壓降,大大提高了供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性,調(diào)試簡單,抗干擾能力強(qiáng)(供熱工況變化時基本不受影響),同時有效緩解熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)冷熱不均的現(xiàn)象。該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有供熱系統(tǒng)存在的問題,并降低直供系統(tǒng)或間供二次系統(tǒng)循環(huán)泵的運(yùn)行電耗,間接提高熱源側(cè)的運(yùn)行效率,達(dá)到節(jié)電、節(jié)熱(煤、氣等)的目的。
分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)原理圖
2.2噴射泵供熱系統(tǒng)的構(gòu)成
1.分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成
在入住率低的熱用戶樓前入戶井內(nèi)(或地下室)均安裝噴射泵,一個噴射泵就是一個混水換熱站,故每個熱用戶均擁有獨(dú)立的混水換熱站。
(1)混水換熱站:由噴射泵、噴射閥門、引射閥門、混合閥門等組成。
(2)循環(huán)泵:與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)循環(huán)泵相比,流量減半、揚(yáng)程基本不變、配用電機(jī)的功率減半。
(3)其它設(shè)備:與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)相同,在此不再贅述。
2.分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)構(gòu)成及形式
(1)噴射泵供熱系統(tǒng)二級熱網(wǎng)的構(gòu)成
傳統(tǒng)直供系統(tǒng),熱用戶直接連接在熱水熱網(wǎng)上,熱用戶與熱水熱網(wǎng)的水力工況直接發(fā)生聯(lián)系,二者熱媒溫度相同,故熱用戶系統(tǒng)和熱水熱網(wǎng)為同級,即均屬一級熱網(wǎng)。
加裝混水換熱站后,熱用戶與傳統(tǒng)熱水熱網(wǎng)的水力工況間接發(fā)生聯(lián)系,二者熱媒溫度不同。傳統(tǒng)一級熱網(wǎng)變?yōu)槎墴峋W(wǎng),即混水換熱站之前的熱水熱網(wǎng)為一級熱網(wǎng),混水換熱站之后的熱水熱網(wǎng)(熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng))為二級熱網(wǎng)。
圖2-2 噴射泵供熱系統(tǒng)二級熱網(wǎng)
(2)噴射泵供熱系統(tǒng)三級熱網(wǎng)的構(gòu)成(見圖2-3)
傳統(tǒng)間供系統(tǒng),熱交換站之前的熱網(wǎng)為一級熱網(wǎng);熱交換站之后的熱網(wǎng)(包括熱用戶系統(tǒng))為二級熱網(wǎng)。
加裝混水換熱站后,傳統(tǒng)二級熱網(wǎng)變?yōu)槿墴峋W(wǎng),即熱交換站之前的熱網(wǎng)為一級熱網(wǎng);熱交換站之后、混水換熱站之前的熱網(wǎng)為二級熱網(wǎng);混水換熱站之后的熱水熱網(wǎng)(熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng))為三級熱網(wǎng)。
圖2-3 噴射泵供熱系統(tǒng)三級熱網(wǎng)
2.3 噴射泵的結(jié)構(gòu)及原理
1.噴射泵結(jié)構(gòu)及原理
噴射泵是由吸入室、噴嘴、混合管和擴(kuò)散器四部分組成,見圖2-4。其運(yùn)行原理如下:從管網(wǎng)供水管進(jìn)入噴射泵的高溫水在其壓力作用下,由噴嘴高速噴射出來,進(jìn)入吸入室,動能增加,壓力下降,形成低壓區(qū),由于噴嘴出口處的壓力低于吸入室入口的壓力,可將熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)的一部分回水吸入并一起進(jìn)入混合管。在混合管內(nèi)兩者進(jìn)行熱能交換與動能交換,使混合后的兩種流體的溫度、速度趨于一致,再進(jìn)入擴(kuò)散器。在漸擴(kuò)型的擴(kuò)散器內(nèi),混合水的流速逐漸降低而壓力逐漸升高,當(dāng)壓力升至足以克服熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)阻力時被送入熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)。其壓力變化曲線和速度變化曲線見圖。
噴射泵結(jié)構(gòu)及壓力、流速變化曲線圖
2.噴射泵的特點(diǎn)
(1)無需電源,無漏電、觸電隱患;
(2)無振動、無噪音,不擾民;
(3)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,安裝方便;
(4)全封閉、無泄漏;
(5)無運(yùn)動部件,工作可靠;
(6)可提供不同的供水溫度;
(7)不需備件、免維修;
(8)壽命可達(dá)10~20年。
3.噴射泵的類型及規(guī)格
(1)按噴射系數(shù)(或稱混水比)分
噴射泵現(xiàn)有一種類型,即A型噴射泵:引射流量GH與噴射流量GP之比,即噴射系數(shù)(或稱混水比)為1:1。
(2)按混合流量(即熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)流量)分
噴射泵有45種規(guī)格,即噴射泵的混合流量GC可從1m3/h、2m3/h……45m3/h。
2.4 分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)
1. 水力穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)
噴射泵供熱系統(tǒng)水力穩(wěn)定性非常高,類似于“銅線”輸電,熱用戶已無“遠(yuǎn)”、“近”之分。熱網(wǎng)中各熱用戶在其他熱用戶流量改變時,保持本身流量不變的能力非常強(qiáng),即受其他熱用戶流量改變影響很小,故抗干擾能力非常強(qiáng)。
2. 自動調(diào)節(jié)功能
在正常工作范圍內(nèi),噴射流量基本與資用揚(yáng)程(外網(wǎng)壓差-熱用戶樓內(nèi)阻力)成正比。如熱用戶樓內(nèi)住戶關(guān)?。ɑ蜿P(guān)閉)閥門,熱用戶樓內(nèi)阻力增大,則噴射流量(供熱量)會自動減少;反之會自動增加。故可兼容散熱器溫控閥,實(shí)現(xiàn)按需供熱。
3. 自動補(bǔ)償功能
在正常工作范圍內(nèi),引射流量基本與有效揚(yáng)程(熱用戶樓內(nèi)阻力)的平方成反比。供熱工況發(fā)生變化時,如樓內(nèi)自然循環(huán)動力增加,熱用戶樓內(nèi)阻力減少,則引射流量會自動增加(噴射流量微增),熱用戶樓內(nèi)流量(即混合流量)也隨之增加,熱用戶樓內(nèi)阻力增加,從而自動彌補(bǔ)并降低了熱用戶樓內(nèi)阻力的變化,反之亦然。故可有效適應(yīng)系統(tǒng)的“動態(tài)”變化,提高了供熱系統(tǒng)的抗干擾能力。
2.5噴射泵供熱系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺
噴射泵供熱系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺原理、實(shí)物如圖。所選用的循環(huán)泵額定流量12m3/h、額定揚(yáng)程25m、功率2.2kW;所采用的噴射泵型號為HLN-A14型、額定噴射流量為7m3/h、額定引射流量為7m3/h;閥1、閥2、閥3、閥6開度為90°(全開),閥4開度為0°(全關(guān));通過超聲波流量計對其流量進(jìn)行測試;通過改變循環(huán)泵運(yùn)行頻率來改變系統(tǒng)流量、外網(wǎng)壓差(P2-P4)及資用揚(yáng)程(P2-P3);通過改變閥5的開度來改變熱用戶的阻力即有效揚(yáng)程(P3-P4)。
噴射泵實(shí)物
噴射泵供熱系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺原理圖
噴射泵供熱系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺實(shí)物圖
結(jié)論及展望
供熱節(jié)能是緩解能源緊張、解決社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對矛盾的最有效措施之一。對于入住率低,傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)二網(wǎng)水力穩(wěn)定性差,無效電耗大,“大流量小溫差”運(yùn)行模式難以改變的特點(diǎn),提出分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)。本文針對此新系統(tǒng)開展了理論和工程實(shí)踐上的研究與探索,本文主要成果及結(jié)論如下:
主要結(jié)論
1.分布組合式噴射泵供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性非常高,調(diào)試簡單,可基本上消除樓間不平衡問題。
2.能有效地適應(yīng)系統(tǒng)的“動態(tài)”變化,抗干擾能力強(qiáng),可緩解樓內(nèi)不平衡問題,且能兼容散熱器溫控閥,實(shí)現(xiàn)按需供熱。
3.能提供不同的供水溫度,可滿足多樣化熱用戶的不同需求。
4.最大限度地利用了現(xiàn)有的管道資源,消除了無效電耗的發(fā)生。
5.可與循環(huán)泵變頻技術(shù)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式。
6.節(jié)電率約為50%,節(jié)熱率約為20%,運(yùn)行管理成本節(jié)省約50%。投資回收期一般為2~3年。
存在問題及建議
本文針對部分小區(qū)入住率低,供熱能耗大管網(wǎng)調(diào)節(jié)困難,所以采用分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)做了一些理論性和工程實(shí)踐上的探索工作。如要進(jìn)一步推廣與應(yīng)用該技術(shù),還有一些問題有待解決,并將對其建議如下:
1.存在問題
(1)由于噴射泵安裝有一定的空間要求,故熱用戶樓前入戶井部分需要擴(kuò)建,增加了實(shí)施難度。
(2)由于分布組合式供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)干管輸配為“小流量”,如仍采用原“大流量”循環(huán)泵變頻運(yùn)行,則其實(shí)際工作點(diǎn)不在高效區(qū),降低了循環(huán)泵運(yùn)行效率,故對節(jié)電率有一定影響。
2.建議
(1)新小區(qū)入住率低時候供熱系統(tǒng)新建時,直接采用本技術(shù),可降低投資成本及運(yùn)行成本。
(2)供熱系統(tǒng)改造時,應(yīng)更換循環(huán)泵,使之與分布組合式可調(diào)噴射泵供熱系統(tǒng)相匹配。