集中供熱熱網(wǎng)循環(huán)水泵節(jié)電70%技術(shù)方法

摘要：本文論述了集中供熱“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方式使循環(huán)水泵節(jié)電70%的節(jié)能效果以及實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方式的調(diào)節(jié)工具―――自力式阻力平衡閥，并介紹了自力式阻力平衡閥的原理和使用自力式阻力平衡閥進(jìn)行熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的基本過程。

  

關(guān)鍵詞：質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、質(zhì)量并調(diào)、平衡閥、自力式流量控制閥、自力式差壓控制閥、自力式阻力平衡閥、初調(diào)節(jié)、運(yùn)行調(diào)節(jié)。

   

眾所周知，由于供熱系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，在保證供熱質(zhì)量佳（室內(nèi)溫度不過高也不過低）的前提下，對于一個(gè)既定的供熱系統(tǒng)，在不同的室外溫度下情況下，都有一個(gè)與其對應(yīng)的佳的循環(huán)流量和佳溫度（溫差）。所以，佳的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式是“質(zhì)”和“量”的綜合調(diào)節(jié)，就是在供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)的過程中，根據(jù)室外溫度的變化，既改變循環(huán)流量又改變供水溫度。這種質(zhì)量的并調(diào)，一方面達(dá)到了佳的供熱效果，另一方面達(dá)到了大限度的降低供熱的熱耗和電耗。但是，由于 “質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式存在熱網(wǎng)平衡上的困難，所以雖然近幾年國內(nèi)不少供熱企業(yè)在一、二級熱網(wǎng)實(shí)施循環(huán)泵變頻調(diào)速變流量運(yùn)行，進(jìn)行“質(zhì)”和“量”并調(diào)的工程實(shí)踐項(xiàng)目也較多，但實(shí)際運(yùn)行效果不理想。具體表現(xiàn)是：流量的變化幅度不大，降不下來，運(yùn)行中的流量多數(shù)都是高于設(shè)計(jì)狀態(tài)下的計(jì)算流量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到佳調(diào)節(jié)工況的參數(shù)狀態(tài)，循環(huán)泵變頻調(diào)速僅成為解決設(shè)備大馬拉小車的手段，供熱系統(tǒng)節(jié)能潛力沒有真正挖掘出來。根本的原因是因?yàn)槿狈啽恪⒂行У恼{(diào)節(jié)熱網(wǎng)平衡的手段，阻礙了“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方法的推廣應(yīng)用。本文將對“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方式的節(jié)能效果進(jìn)行理論上的闡述，并對實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方式的管網(wǎng)調(diào)節(jié)利器―――自力式阻力平衡閥的原理和應(yīng)用進(jìn)行簡單的介紹。

 

   

以吉林省長春市為例，長春市供熱期是165天，總計(jì)3960小時(shí)，根據(jù)多家熱力公司的數(shù)據(jù)顯示，長春市在設(shè)計(jì)室外溫度下的實(shí)際耗熱量指標(biāo)大約是52大卡。參見表一。

   

1.1、整個(gè)供熱期采用不改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，循環(huán)水泵所消耗的流量是100％，循環(huán)水泵所消耗的電量是100％。

   

1.2、如果采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，可以將供熱期分成三個(gè)階段：初寒期50天，循環(huán)流量按80％運(yùn)行；末寒期50天，循環(huán)流量按80％運(yùn)行；嚴(yán)寒期65天，循環(huán)流量按100％運(yùn)行。

   

分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式實(shí)際所耗用的流量與單純的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式所耗用的流量比是：

    （80％*50＋100％*65＋80％*50）／165＝87.9％

   

由于循環(huán)泵的耗電量與循環(huán)泵的流量之間呈三次訪的關(guān)系，根據(jù)公式：

   

采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式與單純質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式循環(huán)泵耗電量的比例分別為：

    初寒期：N1＝51.2％

    嚴(yán)寒期：N1＝100％

    末寒期：N1＝51.2％

   

1.3、采用“質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式時(shí)，

   

根據(jù)室外溫度的不同采用不同的循環(huán)流量，實(shí)際所耗用的流量與單純的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式時(shí)耗用的流量比是：

    2606／（3960＊100％）＝65.81％

 

   

根據(jù)公式：

 

采用“質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式與單純質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式循環(huán)泵耗電量的比例為：N1＝（65.81％）3＝28.5％

   

從以上的分析可以看出：當(dāng)采用單純的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)泵的耗電量是100％；當(dāng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)泵的耗電量是 70.4％，節(jié)電量是29.6％；當(dāng)采用“質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式時(shí)，循環(huán)水泵的耗電量是28.5％，節(jié)電量是71.5％。參見表二。

 

雖然，理論計(jì)算上和實(shí)際工程中會有一些差異，但也足以說明節(jié)能效果是很可觀的。它的意義不僅在于為熱力公司節(jié)省了成本，增加了利潤，還為國家的節(jié)能減排，為地球環(huán)境的改善做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，為造福子孫后代做出了貢獻(xiàn)。

   

項(xiàng)目質(zhì)調(diào)節(jié)分階段改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)質(zhì)量并調(diào)

    耗電量100％70．4％28.5％

    節(jié)電量100％29.6％71.5％

 

   

目前，用于熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的具有可調(diào)性的水力元件主要有平衡閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥。其中，自力式流量控制閥具有恒流量的特性，調(diào)節(jié)的目標(biāo)是流量，適合于質(zhì)調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式，缺點(diǎn)是不能應(yīng)用于“質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式；自力式差壓控制閥是和溫控閥配套使用的，適用于熱計(jì)量系統(tǒng)，熱計(jì)量系統(tǒng)的特點(diǎn)是用戶主動變流量而熱力公司被動的變流量系統(tǒng)，目前由于種種原因不能廣泛的推廣；平衡閥調(diào)節(jié)的目標(biāo)是阻力平衡，表現(xiàn)形式是流量平衡，因此，理論上使用平衡閥進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)的熱網(wǎng)系統(tǒng)可以適用于“質(zhì)量并調(diào)”運(yùn)行方式。但是，由于平衡閥對于大型的管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力比較差，平衡效果欠佳，調(diào)解過程過于復(fù)雜，用戶很少使用。

   

為了能使“質(zhì)量并調(diào)”這種顯著節(jié)能的供熱運(yùn)行方式得到廣泛的推廣，非常需要一種投資不高、節(jié)能效果高、平衡效果好的水力調(diào)節(jié)產(chǎn)品。劉兆軍先生從事水力平衡工作多年，經(jīng)過反復(fù)研究，終于發(fā)明了一種自力式阻力平衡閥，自力式阻力平衡閥吸取了自力式流量控制閥和平衡閥各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，完全適合于“質(zhì)量并調(diào)”的運(yùn)行方式，適用于各種規(guī)模的一次網(wǎng)和二次網(wǎng)。

   

要了解自力式阻力平衡閥，先要明確熱網(wǎng)的水力特性。

 

   

2.１、熱網(wǎng)水力特性公式：

    供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)上各用戶之間總體上來講都是并聯(lián)的。由并聯(lián)網(wǎng)路的特性公式：

    △P=S•V2

    △P=S1•V12=S2•V22=S3•V32=…

    得并聯(lián)網(wǎng)路V1：V2：V3…=1／：１／：1／…

    式中V1、V2、V3分別表示并聯(lián)段管1、2、3的流量，m3/h；

    式中S1、S2、S3分別表示并聯(lián)段管1、2、3阻力系數(shù)，Pa/（m3/h）。

   

根據(jù)上面的基本公式得出以下結(jié)論：

   

1、對于一個(gè)水力元件、管段來講，只要它的具體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，其所通過的流量的平方和兩端的壓差呈正比關(guān)系。

   

2、并聯(lián)管段中各分支管的阻力狀況（即阻力系數(shù)S值）不變時(shí)，即供熱系統(tǒng)中各熱用戶的阻力系數(shù)不變時(shí)，網(wǎng)路總流量增加多少倍或減少多少倍，并聯(lián)管段中各分支管段即供熱系統(tǒng)中各熱用戶的流量也相應(yīng)增加多少倍或減少多少倍。

   

3、當(dāng)并聯(lián)管段中任一分支管段的阻力狀況（即阻力系數(shù)S值）發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)路總阻力系數(shù)必然隨著變化，而且網(wǎng)路總流量在各分支管段中的分配比例也相應(yīng)地發(fā)生變化。

 

根據(jù)上面的公式和結(jié)論，可以推導(dǎo)出以下結(jié)論：

   

當(dāng)熱網(wǎng)中某一點(diǎn)的阻力系數(shù)發(fā)生變化之后，這一點(diǎn)前面的管段（即熱用戶），流量將呈不等比例的變化；這一點(diǎn)后面的管段（即熱用戶），流量將呈等比例的變化。

   

根據(jù)供熱管網(wǎng)的這些水力特性，當(dāng)一個(gè)供熱系統(tǒng)采用質(zhì)量并調(diào)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式時(shí)，循環(huán)水泵的變速運(yùn)行相當(dāng)于熱網(wǎng)總出口的阻力狀況（即阻力系數(shù)S值）發(fā)生了變化，循環(huán)泵出口后面的熱用戶即全部的熱用戶，其循環(huán)流量將等比例的變化。

   

熱網(wǎng)經(jīng)初調(diào)節(jié)達(dá)到阻力平衡之后，管網(wǎng)上各支線、各用戶閥門不再操作，其開度固定不變（各個(gè)熱用戶環(huán)路阻力系數(shù)不變），熱網(wǎng)總流量再增減變化多少，網(wǎng)上各用戶流量也按相同的比例增減變化多少，而不會改變原來的平衡狀態(tài)。

 

2.２、自力式阻力平衡閥的工作原理：

   

該產(chǎn)在保留了自力式流量控制閥的自動調(diào)節(jié)孔板、壓差自動平衡機(jī)構(gòu)、手動調(diào)節(jié)孔板、壓力控制反饋管路、設(shè)定流量的刻度標(biāo)尺等結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了鎖定裝置和壓力檢測孔。不使用鎖定裝置時(shí)本閥與自力式流量控制閥功能完全相同——具有恒定流量的功能。在熱網(wǎng)初調(diào)節(jié)階段，鎖定裝置完全打開，該閥按自力式流量控制閥的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，熱用戶的流量很快達(dá)到平衡狀態(tài)，發(fā)揮了自力式流量控制閥在熱網(wǎng)平衡控制上的優(yōu)勢。然后啟動鎖定裝置，該閥變成了一個(gè)具有變流量性能的平衡閥。由于各個(gè)熱用戶平衡了，循環(huán)泵再進(jìn)行變速時(shí)，各用戶流量將成等比例的變化，依然保持平衡狀態(tài)。自力式流量控制閥的定流量和平衡法的變流量，兩種功能可以根據(jù)具體需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。測壓檢測孔用來測量閥的進(jìn)出口壓力，并根據(jù)定流量狀態(tài)下的實(shí)際流量，計(jì)算出相應(yīng)狀態(tài)下的阻力和阻力系數(shù)，這個(gè)性能對于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行水力平衡工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員分析運(yùn)行中的壓力、流量、阻力情況提供了簡便準(zhǔn)確的工具。

   

2.3、自力式阻力平衡閥的一般應(yīng)用：如圖一，在進(jìn)行阻力平衡的初調(diào)節(jié)過程中，先關(guān)閉鎖定機(jī)構(gòu)，使用自力式阻力平衡閥中恒流量功能，將５個(gè)熱用戶的流量按設(shè)計(jì)流量調(diào)節(jié)好，此時(shí)，５個(gè)熱用戶的流量是平衡的，在此流量狀態(tài)下的５個(gè)熱用戶環(huán)路的阻力（阻力系數(shù)）也是平衡的。此時(shí)，使用自力式阻力平衡閥的鎖定裝置，也就是鎖定了的５個(gè)熱用戶在此流量平衡狀態(tài)下的阻力平衡狀態(tài)（即５個(gè)熱用戶環(huán)路的阻力和阻力系數(shù)），由于各個(gè)熱用戶的阻力系數(shù)處于一個(gè)比較精確的平衡狀態(tài)，那末，當(dāng)我們改變熱網(wǎng)循環(huán)泵流量的時(shí)候，５個(gè)熱用戶的流量將呈等比例的變化，依然保持平衡狀態(tài)。

   

2.4、自力式阻力平衡閥在熱計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用：在熱計(jì)量系統(tǒng)中，人們往往在單體建筑的入口安裝自力式差壓控制閥，其目的是：第一，保證溫控閥的正常工作壓差不大于0.1Mpa。第二，穩(wěn)定各單體建筑的壓差不被其他建筑的流量變化所影響。

   

而在實(shí)際工程中，熱力站的進(jìn)出口壓差很少達(dá)到0.2Mpa，除去沿程阻力的消耗，再除去支線、熱量表、過濾器等等的阻力消耗，真正作用在溫控閥上的壓差都小于0.1Mpa。同時(shí)，由于溫控閥的功能就是自動根據(jù)室內(nèi)溫度的變化改變流量，因此，即使單體建筑的流量受其他建筑影響發(fā)生改變，而影響了室內(nèi)溫度變化，溫控閥也會自動調(diào)節(jié)，所以，安裝自力式差壓控制閥的意義已經(jīng)不大。

   

很多熱計(jì)量工程的實(shí)例表明，在熱計(jì)量系統(tǒng)中，管網(wǎng)的初調(diào)節(jié)和非熱計(jì)量系統(tǒng)一樣，如果調(diào)節(jié)不好會造成嚴(yán)重的水力失調(diào)。為此，在熱計(jì)量系統(tǒng)中，往往采用以超生必流量計(jì)測定每個(gè)管路的流量的同時(shí)用自力式差壓控制閥進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，與非熱計(jì)量系統(tǒng)中采用自力式流量控制閥（現(xiàn)在應(yīng)該升級換代為自力式阻力平衡閥）進(jìn)行流量調(diào)節(jié)相比，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，如前面所講，熱計(jì)量系統(tǒng)是一個(gè)用戶主動變流量熱源被動變流量系統(tǒng)，安裝自力式差壓控制閥的意義已經(jīng)不大，建議是否可以用自力式阻力平衡閥取代自力式差壓控制閥，這樣一來，不管是溫控閥對流量的自動調(diào)節(jié)還是熱源對流量的自動調(diào)節(jié)，都可以輕松的實(shí)現(xiàn)并維持熱網(wǎng)的平衡，更能方便供熱的運(yùn)行和調(diào)節(jié)。當(dāng)然，目前這只是一種推測，還需要實(shí)際工程的檢驗(yàn)。

 

   

綜上所述，自力式阻力平衡閥既克服了平衡閥在初調(diào)節(jié)中大型熱網(wǎng)難于平衡這一劣勢，又克服了自力式流量控制閥調(diào)節(jié)的熱網(wǎng)只能按定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，熱網(wǎng)循環(huán)泵不能充分節(jié)能的缺點(diǎn)，因此我們認(rèn)為，這種以自力式阻力平衡閥為調(diào)節(jié)工具，以熱網(wǎng)的阻力平衡為目標(biāo)，以節(jié)能效果顯著的“質(zhì)量并調(diào)”為運(yùn)行方式的供熱系統(tǒng)，無論在非熱計(jì)量供熱系統(tǒng)還是在熱計(jì)量供熱系統(tǒng)必將得到廣泛的應(yīng)用。