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，對于一個既定的供熱系統(tǒng)，在不同的室外溫度下情況下，都有一個與其對應(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)計狀態(tài)下的計算流量，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?、有效的調(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3960小時，根據(jù)多家熱力公司的數(shù)據(jù)顯示，長春市在設(shè)計室外溫度下的實(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，

   

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，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，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，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，適用于熱計量系統(tǒng)，熱計量系統(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，即供熱系統(tǒng)中各熱用戶的阻力系數(shù)不變時，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，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)一個供熱系統(tǒng)采用質(zhì)量并調(diào)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式時，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，該閥變成了一個具有變流量性能的平衡閥。由于各個熱用戶平衡了，循環(huán)泵再進(jìn)行變速時，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，計算出相應(yīng)狀態(tài)下的阻力和阻力系數(shù)，這個性能對于設(shè)計人員進(jìn)行水力平衡工程設(shè)計和運(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個熱用戶的流量按設(shè)計流量調(diào)節(jié)好，此時，５個熱用戶的流量是平衡的，在此流量狀態(tài)下的５個熱用戶環(huán)路的阻力（阻力系數(shù)）也是平衡的。此時，使用自力式阻力平衡閥的鎖定裝置，也就是鎖定了的５個熱用戶在此流量平衡狀態(tài)下的阻力平衡狀態(tài)（即５個熱用戶環(huán)路的阻力和阻力系數(shù)），由于各個熱用戶的阻力系數(shù)處于一個比較精確的平衡狀態(tài)，那末，當(dāng)我們改變熱網(wǎng)循環(huán)泵流量的時候，５個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量系統(tǒng)中的應(yīng)用：在熱計量系統(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，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。

   

很多熱計量工程的實(shí)例表明，在熱計量系統(tǒng)中，管網(wǎng)的初調(diào)節(jié)和非熱計量系統(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，在熱計量系統(tǒng)中，往往采用以超生必流量計測定每個管路的流量的同時用自力式差壓控制閥進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，與非熱計量系統(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)時費(fèi)力。因此，如前面所講，熱計量系統(tǒng)是一個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)，無論在非熱計量供熱系統(tǒng)還是在熱計量供熱系統(tǒng)必將得到廣泛的應(yīng)用。