混水直连供热系统的节能分析

作者：河北热电有限责任公司 李志平 翁杰

欢迎访问e展厅 展厅 7 热水/蒸汽锅炉展厅 热水锅炉, 蒸汽锅炉, 消声器, 锅炉软化水设备, ... 摘要：介绍了直接式供热系统的2种形式，对单纯直连和混水直连2种连接方式进行了分析，提出大混合比混水直连方式是一种优化节能设计方案，并介绍了这一方式的运行调节方法。 关键词：热电厂；供热系统；混水直连；节能；大混合比 Abstract：After introducing some kinds of directly connecting heat supply systems, the authors mainly analyze the simple direct connecting system and the water mixing directly connecting heat supply systems and believe that high mixing ratio is better than watermixing directly connecting heat supply, so highly mixing directly connecting heat supply system is one kind of optimized energy saving system. The regulating method of this system is also introduced. Keywords：cogeneration power plant;heat supply system;water mixing directly connect；energy saving;high mixing ratio 河北热电有限责任公司担负着石家庄东市区集中供热的重任，现外供0.98 MPa蒸汽，额定能力为820 t/h。供热管线总长度达174 km，输送汽能力1 400t/h。截止到2003年底，各类热用户达到518个，供热面积突破1 400万m2，占全市集中供热面积的40%左右，常年工业热负荷600 t/h，占全市工业热负荷的70%以上。 随着集中供热事业的飞速发展，给供热企业提出了更高的要求。热力供应不但要保证量足，而且要保证品质，同时更要谋求供热的经济性。下面对单纯直连和混水直连2种连接方式进行分析，提出优化节能设计方案及运行调节方法。 1直接式供热系统的形式 1.1单纯直连 单纯直连是指一级网供水直接进入热用户而不进行混水的连接方式，该方式可分为3种形式。 a. 直接连接热网热水直接进入用户系统。一般要在热力入口处设置简单的计量仪表(压力表、温度计等)，安装关断阀门和调节阀门。热力入口通常设置于地下检查井中，每个用户设1处或多处入口，数目较多且维护调节不方便，因此适用于小规模的供热系统。 b. 热力站设分、集水器的直接连接在热网与热用户之间设置多个热力站，每一个热力站供应1个居民小区或几个热用户。热力站内设有分水器、集水器、除污器、测量仪表、分配阀门、监控装置等，相对于方式a而言，操作环境好，可集中地对几个用户进行调节，管理维护方便，适合于大型的直供式系统。 c. 热力站设加压泵的直接连接在热力站内的一级网供水管或回水管上安装水泵，用以提高该热力站的一级网供回水压差，满足用户系统的需用压差。此种形式适用于热网末端或个别阻力损失较大的用户系统。 1.2混水直连 混水直连是指一级网供水在进入用户系统之前进行混水的直接连接，该方式可分为2种形式。 1.2.1热力站设旁通混水泵的直接连接在热力站内一级网供回水管之间的旁通管上安装水泵，抽引回水压入供水管，混合后再进入二级网路。此种方式提高了一级网供回水温差，缩小了一级网的设计管径，降低了一级网的建设费用。混合比μ的计算公式如下： μ＝Gh/Gw G=Gh+Gw (2) 以上2式中，Gh为混水量，Gw为一级网循环水量，G为二级网循环水量。单位均为t/h。 1.2.2热力站设加压混水泵的直接连接 在热力站一级网供水管上设置水泵，同时将泵吸入口处的供水管与用户系统的回水管连通，使得该泵同时抽引一级网供水与用户系统的部分回水，具有加压与混水2种功能。此种形式主要用在以旁通混水泵形式为主的混水直连供热系统中的那些一级网供回水压差低于用户系统需用压差的热力站。 2单纯直连方式与混水直连方式的比较 2.1供回水温差的比较 单纯直连方式(后文所提单纯直连方式均指设分、集水器的直接连接)，热网供水直接进入热用户，不进行混水，因此要求一级网温差与用户系统设计温差相等或接近；混水直连方式(后文所提混水直连方式均指热力站设旁通混水泵的直接连接)，一级网供回水温差大于用户系统设计温差，通过热力站的混水泵进行混水，满足二级网的循环流量，并达到热网的设计温差，满足用户系统的需要。 2.2输配电耗的比较 单纯直连方式热介质循环动力完全来自热源循环泵；混水直连方式则不同，一部分热介质的循环动力来自热源循环泵，一部分热介质(混合水)的则来自混水泵。 2.2.1水泵功率的比较 假设现有2个供热系统，供热面积相同，用户系统设计温差相同，一级网阻力损失相等，分别采取单纯直连和混水直连2种形式。下面分析比较这2种形式的水泵功率。 水循环动力消耗P的计算公式为： 式中，P1为热源处动力消耗，P2为热网处动力消耗，P3为用户系统动力消耗。单位均为kW。 式中Hd1、Hd2、Hd3——单纯直连方式热源、热网和热用户的阻力损失； Gd1、Gd2、Gd3——单纯直连方式热源、热网和热用户的循环流量； Hh1、Hh2、Hh3——混水直连方式热源、热网和热用户的阻力损失； Gh1、Gh2、Gh3——混水直连方式热源、热网和热用户的循环流量。 由水泵功率P与G和H的乘积成正比（见公式(6)）可以判断出：Pd1>Ph1、Pd2>Ph2、Pd3=Ph3，因此推出Pd>Ph，即单纯直连方式下的循环泵总功率大于混水直连方式的水泵总功率(循环泵与混水泵功率之和)。 2.2.22种连接方式的定量分析 热源循环泵扬程计算公式为： 式中，H 为循环泵扬程，H1为热源内部阻力损失，H2为热网阻力损失，H3为用户系统阻力损失。单位均为Pa。 混水泵扬程计算公式为： 式中，P为水泵轴功率，kW；ρ为流体的密度，kg／m3；G为水泵流量，t／h；η为水泵效率，％。 单纯直连方式循环泵轴功率为： 以上2式中ρ、η可看作相等，则：Pd/Ph=GHd/(GwHh+GhH3)。 由公式(1)、(2)与公式(8)推出：Pd/Ph=(1+μ)Hd/(Hh+μH3)，μ为混合比。 a. 假设2种连接方式热网H2相等，设定单位沿程损失R=4Pa/m，H1=20 Pa，H2=Rm(1+α) (α为局部阻力当量长度百分数，%)，H3=5 Pa，计算Pd/Ph，结果见表1。 b. 假设单纯直连供热系统热网管径不变，热负荷不变，而将其改为混水直连方式，则H1=20Pa，计算Pd/Ph，结果见表1。 由表1可知，混水直连方式比单纯直连方式的电耗大大减少，所需循环泵功率小。 2.3投资费用的比较 式中K——管道当量绝对粗糙度； R——单位沿程损失，Pa／m，设为定值； G——管段的流量，t／h； ρ——水的密度，kg／m3； D——管子的内径，mm。 计算Dd/Dh，结果见表2。 单纯直连方式与混水直连方式相比，在输送相同的热量，热网选取同一经济比摩阻的情况下，前者的管径要大于后者，因此单纯直连方式供热系统的热网建设投资费用较大。 2.4供热能力的比较 单纯直连方式与混水直连方式相比，在管径相同，经济比摩阻相同的情况下，后者输送的热量大于前者，因此混水直连方式供热系统在同样的热网管径下可带较大供热面积，比单纯直连方式供热系统具有更大的供热能力。输送热量比(若用户热指标相同，热量比等于供热面积比)Qh／Qd=1+μ，对比见表2。 2.5建议 从以上对比分析可以总结出以下3个具有实用价值的建议。 a. 新建直接式供热系统应采取混水直连供热方式。例如：一新建直接式供热系统，面积一定，热网主干线Lm=3 km，经济比摩阻R=40 Pa／m，用户系统设计温差已定，连接形式有2种方案：方案1为混水直连方式，μ=1.0；方案2为单纯直连方式。两者相比，方案1相对于方案2可节约水泵运行电耗45.7％；而方案2的热网管径却比方案1的要大1.3倍，方案1相对于方案2可节省管网建设费用约20％(估算)。 b. 规模较大的原有单纯直连方式的供热系统宜改造为混水直连方式的供热系统。例如：一原有单纯直连方式的供热系统，供热面积一定，热网主干线Lm=3 km，热网管径一定，用户系统设计温差不变，将其改为混水直连方式，μ=1.0。改造后水泵运行电耗相对于改造前降低66.3％；改造后热网具有增加1倍供热面积的潜力。 c. 混水直连供热系统宜采用较大的混合比。由表1、表2可以看出混水直连供热系统的水泵电耗、管网投资费用将随混合比的增大而减少；供热能力则随混合比的增大而增大。 3直接式供热系统的运行调节 直接式供热系统的运行调节问题，在设计方案合理的情况下也很方便。经过多年的探索和改进，认为下列方法比较实用。 3.1应用自力式流量控制器 自力式流量控制器具有自动消除剩余压差、进行动态调节的功能。通过在一级网水管上安装自力式流量控制器可以有效地解决热网水力失调问题。将自力式流量控制器安装于一级网供水管上，既可以起到热网平衡作用，又能使近端用户不发生超压问题。 3.2利用便携式超声波流量计进行热网细调节 运行期开始后，利用便携式超声波流量计对每1个热力站的实际循环流量进行细调节，保证各个热力站在设计工况下运行。在调节的同时，可利用便携式超声波流量计对每一个热力站的失水情况进行调查，先测查整个热力站是否失水，若有失水现象，再逐一地对每一个环路进行搜索，利用这种方法，新华供热公司有效地控制住了热网的失水率，收到了显著的经济效益。 3.3混水泵的选择 采用混水直连方式的供热系统，首先要根据热网的整体运行方案确定混水直连方式的混合比。然后利用混合比与各个用户系统的设计循环流量计算出每个热力站的混水量，混水量Gh=μG/(1+μ)；混水泵扬程理论上等于用户系统阻力损失。混水泵可单台设置，因为即使混水泵发生故障，停止运行，一级网循环水量仍可维持用户系统的供热运行。混水泵出口要安装逆止阀，防止突然停泵时发生倒流现象。 4结束语 直连式供热系统投资省、运行费用低、系统简单、维护方便，在一定规模的供热系统中还会长期存在，然而不同的直连设计方案，却存在着巨大的能耗差别。以上论述证明：混水直连方式相对于单纯直连方式而言是一种优化节能设计方案，在某些方面甚至优于间连式供热系统。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/3/2005)