【专家学术】关于集中供热系统中换热站运行调节方式的探讨

发布时间:2019-02-05 21:56          

摘要:集中供热的目的在于维持室内温度适宜,使建筑物失热与得热始终处于平衡,因此,供热期间随着室外气候因素的改变需适时进行调节,最大限度的节约能源。本文通过比较几种常用的集中供热运行调节方式,力争找到适合换热站运行调节的模式。 关键词:集中供热 运行调节 量调节 换热站

一、质调节

进行质调节时,只改变供暖系统的供水温度,而系统循环水量保持不变。这种调节方式,网路水力工况稳定,运行管理简便,采用这种调节方法,通常可达到预期效果。集中质调节是目前最为广泛采用的供热调节方式 ,但由于在整个供暖系统中,网路循环水量总保持不变,消耗电能较多。

二、量调节

在供热设计及运行中,根据室外温度对循环水泵进行工况调节从而满足实际热负荷的需求是一个比较重要的问题。通过比较2种循环水泵工况调节方式,介绍水泵变频控制的节能情况和效用分析。循环水泵运行时工况点的参数是由水泵性能曲线与管网性能曲线共同决定的。但是用户需要的流量在采暖期中可能经常会产生变化。为了满足这种流量变化的要求,必须进行一定的工况调节。所用的方法从原理上讲就是设法改变管网性能曲线或者水泵性能曲线。为了进行全网均匀调节,在二次网系统中利用水泵变频调速,达到较好的控制效果。 1循环水泵工况调节方法比较

1.1改变管网性能曲线

改变管网性能曲线的方法是出口节流调节,即在水泵出口安装调节阀,通过改变调节阀的开度来改变管网性能曲线,使之变陡或变缓,从而改变管路的阻力特性,改变水泵的工况点,进行流量的调节。出口节流的调节方法是增加出口阻力来调节流量,是不经济的方法。尤其当水泵性能曲线较陡而且调节的流量(或者压力)又较大时,这种调节方法的缺点更为突出,目前很少采用这种调节方法。对于液体管网,水泵的调节阀只能安装在出口管上,这是因为吸口管上设置调节阀,增加吸人口的真空值,可能引起水泵的气蚀。

1.2改变水泵性能曲线

改变水泵性能曲线最常用的方法是转数调节。当水泵电机转速改变时,其性能曲线也随之改变,所以可以用这个方法来改变工况点,以满足流量上的调节要求。因为水泵电机的功率近似正比于转数的三次方,所以用转速调节方法可以得到相当大的调节范围。改变转速调节并不引起其他附加损失,只是调节后的新工况点不一定是最高效率点,导致效率有些降低。所以从节能角度考虑,这是一种经济的调节方法。最常用的方法是变频调速,即通过改变电

机输入电流频率来改变电机的转数。这种方法不仅调速范围宽、效率高,而且变频装置体积小,便于施工安装。

1.3水泵工况调节方法的对比分析

改变管网性能曲线、改变水泵性能曲线、调节水泵工况点的压力一流量图如图1所示。图1中曲线 I为转数n时水泵的性能曲线。曲线Ⅱ为管网性能曲线。曲线Ⅲ为转数n′时泵的性能曲线。曲线Ⅳ为出口节流调节后的管网性能曲线。A点为设计工况点,转速为n,流量为Qa。现需把流量改变为Q′,当采用出口节流调节,关小管网中阀门,阻力增大,管网特性曲线变陡为曲线Ⅳ,工况点移到C点;此时阀门关小额外增加的压力损失为△H =Hc-Ha ,可见,由于增加阀门的阻力,额外增加了压力损失,相应的多消耗了额外功率,是不经济的。 当采用转数调节,水泵特性曲线下移为曲线Ⅲ,流量调节为Q′,由于管网性能曲线Ⅱ不变,压头则随着下降,工况点调节为B点。有相似率可知,改变水泵的转数,可以改变水泵性能曲线,从而使工况点移动,流量随之改变。对于这种转数调节方式,随着所需流量的改变,转速应与流量同比例改变,压头与转速的平方同比例改变,功率则与转速的立方成比例改变。

分别从工况 B点和工况C点向横轴、竖轴作垂线,垂线与横轴、竖轴围成的矩形面积即可直观地反映出各工况点功率的大小。图1中阴影矩形面积更是直观地反应出改变水泵性能曲线比改变管网性能曲线多节省电机功率的情况。在节能效果方面,改变水泵性能曲线的方法比改变管网性能曲线要显著得多。因此,改变水泵性能曲线成为工况调节及水泵节能的主要方式。变频调速在改变水泵性能曲线和 自动控制方面优势更为明显,因而应用广泛。

2、进行流量调节的几个前提条件:

2.1、在供热前期或供热期间必须进行系统初调节,减少水力失调度,尽量避免由于系统流量分配不均而引起的近热远冷现象。由系统的水压图可以看出近端用户的资用压力很大,这种现象在设计阶段是不可避免的。所以必须通过有效途径加大近端并联用户的阻力如调节控制阀门的开启度,把多余的资用压力消耗掉才能保证系统流量按需分配,合理控制水力失调。

2.2、尽量减小系统运行阻力使管网性能曲线变缓,保证循环水泵出力,提高运行效率。单位长度的沿程阻力称为比摩阻。一般情况下,主干线采取30~70Pa/m,支线应根据允许压降选取,一般取60~120Pa/m,不应大于300 Pa/m。一般地用户系统阻力2~4m,换热站管路系统阻力8~15m水柱。减小系统最不利环路的运行阻力的途径:

2.2.1使用软化水。由于系统循环水结垢会使管壁的粗糙度增大,从而会引起系统的沿程阻力的增加。由板式换热器的结构特点可以看出,它是由带有人字形波纹的板片相互叠加而成,在板换里面形成蜂窝状的水流通道。通道面积本来就不大,如果再出现水结垢现象不仅会影响换热效果还会减小通道面积严重时甚至完全堵死,大大增加板换的运行阻力。使用软化水可以使系统循环水呈弱碱性即 PH值大于等于10,避免系统中管道及附件和散热器由于受酸性腐蚀而增加运行阻力。

       2.2.2定期排污。当除污器前后压差超过2m水柱时考虑排污。

2.2.3最不利环路、主干线和站内主阀门应全开,尽量不用阀门去调节系统的循环流量,应通过调节变频器的频率改变系统的循环流量,从而减小由于阀门节流引起运行阻力的增加。

三、分阶段变流量的质调节

把整个供暖期按室外温度的高低分成几个阶段:在室外温度较低的阶段,管网保持较大的流量;而在室外温度较高的阶段,管网保持较小的流量。在每一个阶段内,网路均采用一种流量并保持不变,同时采用不断改变网路供水温度的质调节,这种调节方法叫分阶段变流量的质调节。由于水泵扬程与流量的平方成正比,水泵的电功率与流量的立方成正比,在大型供暖系统中,整个采暖期可分为 3个或 3 个以上的阶段。如果采用 3个阶段,各个阶段中循环 水泵的流量可分别为计算值的 1 0 0 %、 8 0 %和 6 0 %,扬程可分别 为 1 0 0 %、 6 4 %和 3 6 %,而循环水泵的耗电量相应为 1 0 0 %、 5 1 %和 2 2 %。这种调节方法综合了质调节和量调节的优点,既较好地避免了水力失调,又显著地节省了电能。所以,它是一种公认的、比较经济合理的调节方法,在热水供暖系统中得到了较多的应用。

换热站设备以及庭院管网一般都是根据发展负荷一次性投资建设的,在实际运行过程中换热站的实际供热面积和建站负荷存在着不一致现象,有的差距较大,还有一部分可能已经超过发展面积;另一方面是换热站设备如换热器、水泵等都是按设计参数计算订购的。所以在实际运行时应该根据各换热站的实际供热面积并结合室外温度对循环泵的流量进行调节,调节依据如下:

1、普暖用户

设计供回水温度为85—60℃,供回水温差为25℃,循环流量为2—2.5kg/h。

2、地暖用户

设计供回水温度为50—40℃,供回水温差为10℃,循环流量为5—6kg/h。

公司调度下达的指令是宏观调节,我们每个换热站应根据实际情况进行微观调节。对老建筑、九十年代末建筑、节能建筑在实际供热参数上区别对待,各供热区域应在调度指令宏观调控下适当微调,尽量按需供热、挖掘节能潜力。

判断庭院管网循环流量是否合理,由于大部分换热站未安装流量表可参考供回水温差,普暖用户供回水温差宜控制在10—15℃,地暖用户供回水温差宜控制在5—10℃。 进行流量调节还应注意以下事项:

1、对水力工况差、供热半径大、供热负荷分布差异较大的庭院管网流量调节幅度不宜太大。

2、庭院管网必须进行水力平衡调节,在各热力站注水试压或试运行期间对二次网系统进行水力平衡初调节;供热运行稳定后,结合生产性测温对二次网系统进行水力平衡精细调节。

3、在水力工况较稳定的情况下调节循环流量,各用户的流量不是成比例变化的,因此循环流量每调整一次,相应的庭院管网都要进行细微的水力平衡调节。

4、水力平衡调节是一个繁琐的过程,不可能一次调节成功,需要我们反复摸索、调整,即使调节好了随着用户负荷变化、循环流量的变化也会对其有所影响,所以我们应转变观念,定期调整,使有限的热量合理分配。

四、质量-流量调节

同时改变热水网路供水温度和流量的供热调节方法称为质量-流量调节。在供热调节过程中不仅热网的供水温度随热负荷的减小而降低,同时热网的循环流量也随热负荷的减小而减小,这样可以大大节省热网循环水泵的电能消耗。但是它对热网的稳定行要求比较高,为了防止发生水力失调,进入热网的流量不能太少,通常应不小于设计流量的60%。

五、结论

由以上分析可以看出:质调节方式虽然系统水力工况较稳定,但流量不变使水泵消耗的电能较多:量调节方式节约了水泵的电耗,但在室外温度较高时流量很小,容易引起严重的热力工况水力失调;质量-流量调节方式即最大程度的节约了水泵电耗,又起到了调节的目的,但它对系统的自动化程度及热网稳定性要求比较高,目前还不宜采用;分阶段改变流量的质调节方式结合了以上几种调节方式的优点,结合我们现状是可以实现的,应予以推广。 参考文献

1.陆耀庆主编,供热通风设计手册。中国建筑工业出版社。

2.李善化、康慧等编著《实用集中供热手册》,中国电力出版社,2006年。

3.石兆玉编著《供热系统运行调节与控制》,清华大学出版社,1994年。