熱力管網(wǎng)水力失調(diào)的解決方案

1、解決熱力管網(wǎng)水力失調(diào)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效一、 概況望京新城是北京市現(xiàn)有規(guī)劃中最大的生活社區(qū)，北京城市開(kāi)發(fā)集團(tuán)在此建設(shè)了多處住宅小區(qū)?；业毓釓S隸屬于城市開(kāi)發(fā)集團(tuán)的子公司望京實(shí)業(yè)總公司，擔(dān)負(fù)著望京實(shí)業(yè)總公司所接物業(yè)的供暖工作，是北京市大型集中供熱鍋爐房之一?；业毓釓S設(shè)計(jì)供熱面積220萬(wàn)平方米，目前供熱面積188萬(wàn)平方米，現(xiàn)有換熱站16個(gè)，最大供熱半徑2.5公里，屬于間供式集中供熱，采用定流量、質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式。近幾年，由于供熱面積的迅速增加，供熱廠的鍋爐和一次熱力管線都進(jìn)行了增容改造。一次管線不斷延長(zhǎng)，與早期設(shè)計(jì)的管網(wǎng)分布出入較大，使得現(xiàn)有一次管網(wǎng)水力失調(diào)比較嚴(yán)重，造成了能源的大量浪費(fèi)。供熱廠是耗

2、能大戶，每年消耗煤5萬(wàn)噸左右，電500多萬(wàn)度，水10萬(wàn)噸左右。因此，節(jié)能降耗成為我廠一個(gè)常抓不懈的主題。一次管網(wǎng)的平衡問(wèn)題是節(jié)能降耗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它能間接影響煤、水、電的消耗，應(yīng)引起供熱單位的足夠重視。我廠于2001年對(duì)一次管網(wǎng)進(jìn)行了改造，基本解決了水力失調(diào)的問(wèn)題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。二、 設(shè)備和管網(wǎng)現(xiàn)狀1、 熱源：6臺(tái)29MW燃煤熱水鍋爐，額定供、回水溫度150/90，額定壓力1.6Mpa。2、 循環(huán)水泵4臺(tái)：參數(shù)見(jiàn)表1-1 表1-1循 環(huán) 水 泵 參 數(shù)臺(tái) 數(shù)G=1000 m3/h，H=72m，N=315kw2G=600 m3/h， H=72m，N=185kw2 3、 一次管

3、網(wǎng)分布情況：見(jiàn)附圖1-1三、 一次管網(wǎng)平衡問(wèn)題的現(xiàn)狀和分析每年的供熱初期對(duì)熱力管網(wǎng)水平衡的調(diào)節(jié)是一項(xiàng)很重要的工作。通過(guò)對(duì)我廠管網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)工作中的幾個(gè)難點(diǎn)：各熱力站沒(méi)有裝流量計(jì)，無(wú)法確定各熱力站的流量，只能依據(jù)供、回水溫度差做大約的估計(jì)。各熱力站一次水進(jìn)、出口閥門(mén)為閘閥或蝶閥，這兩種閥門(mén)主要是起關(guān)斷作用，用來(lái)調(diào)節(jié)流量很困難，也沒(méi)有其它調(diào)節(jié)流量的設(shè)備。管網(wǎng)的調(diào)節(jié)是觸一點(diǎn)而動(dòng)全身，當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)的流量被改變時(shí)，其它站點(diǎn)均會(huì)有所變化，這使調(diào)節(jié)工作難上加難。供暖初期，由于所需熱量較少，管網(wǎng)失調(diào)還不明顯，但到了嚴(yán)寒期，管網(wǎng)失調(diào)已顯得十分突出，遠(yuǎn)端的熱力站明顯供熱能力不足，甚至遠(yuǎn)端熱力站的一次供

4、水溫度已接近近端的一次回水溫度，造成遠(yuǎn)端用戶裹棉被近端用戶開(kāi)窗戶。經(jīng)過(guò)我們多次調(diào)節(jié)，在近端熱力站一次水閥門(mén)將要關(guān)死的情況下，遠(yuǎn)端的閥門(mén)全開(kāi)仍然不見(jiàn)效果。為了保證居民的采暖，我們只好多開(kāi)一臺(tái)泵，甚至多運(yùn)行一臺(tái)鍋爐，才能勉強(qiáng)維持遠(yuǎn)端用戶的采暖需求。這樣做，一方面以巨大的能源浪費(fèi)為代價(jià)換取微小的供熱成果，另一方面加劇了管網(wǎng)的水力失調(diào)。下面是對(duì)這種情況的簡(jiǎn)單分析：對(duì)于變動(dòng)水力工況分析，一般有三種方法：解方程的計(jì)算法，作圖法，定性分析法。因?yàn)檫@個(gè)管網(wǎng)比較復(fù)雜，計(jì)算法和作圖法都有一定難度，所以這里采用定性分析法來(lái)進(jìn)行分析。我廠管網(wǎng)采用變頻補(bǔ)水定壓，定壓點(diǎn)為0.35MPa，運(yùn)行時(shí)以兩臺(tái)大泵為主，兩臺(tái)小泵作為

5、備用和調(diào)峰。為了分析方便，我們先將熱力站個(gè)數(shù)減少為5個(gè)以簡(jiǎn)化管網(wǎng)，由于是定性分析，這并不影響分析結(jié)果。當(dāng)管網(wǎng)遠(yuǎn)端流量不足時(shí)，采取增加一臺(tái)600m3/h水泵來(lái)彌補(bǔ)遠(yuǎn)端流量不足的方法。在管網(wǎng)阻力特性不變的情況下，水泵由2臺(tái)增加為3臺(tái)，其水泵綜合特性曲線如圖1-2所示。由圖可知，并聯(lián)水泵增加一臺(tái)，水泵綜合特性曲線由2變?yōu)?，工作點(diǎn)由A變?yōu)锽，總流量由GA增加到GB，揚(yáng)程由HA上升到HB，即管網(wǎng)的資用壓頭H增大，總流量G增大。此時(shí)管網(wǎng)水壓變化如圖1-3所示，虛線為變化前的圖形，實(shí)線為變化后的圖形。因?yàn)榱髁縂增大，管網(wǎng)壓力損失也增大，所以動(dòng)水壓線斜率較原水壓線陡。以下為分析的兩點(diǎn)結(jié)論：（1）由圖1-3可

6、以看出，增加一臺(tái)水泵后，各熱力站的資用壓頭都有所增加，并且有以下的關(guān)系：H1-H1'>H2-H2'>H3-H3'>H4-H4'>H5-H5' （1-1）根據(jù)上式可以看出，各熱力站資用壓頭的變化，依熱力站從近到遠(yuǎn)的順序逐級(jí)遞減，反映到末端熱力站時(shí)已十分微弱，而近端則增加的較為明顯。（2）根據(jù)流體在管道中壓力損失的基本計(jì)算公式：H = S G2 (mH2O) （1-2）其中： H單位的管段壓降 S管段的阻力特性系數(shù)，單位為 Pa/(m3,h-1)2 G管段的體積流量，單位為 m3/h可知：H1 = S1 G12 H2 = S2 G22

7、 H3 = S3 G32 H4 = S4 G42 H5 = S5 G52 當(dāng)阻力特性系數(shù)S1、S2、S3、S4、S5均未改變時(shí)，各熱力站流量G與進(jìn)出口壓力差H的平方根成正比。綜合以上兩點(diǎn)結(jié)論可以看出，增加水泵后，各熱力站的一次水流量均增加，增量由近端向遠(yuǎn)端依次減少。結(jié)果是增加的水量絕大部分到了不需增加水量的地方，只有小部分水量到了需要補(bǔ)足的地方。這樣就造成了水力失調(diào)的進(jìn)一步惡化，同時(shí)也大大增加了能源損失。經(jīng)過(guò)以上分析，我們可以看出，對(duì)于一個(gè)較大的熱力管網(wǎng)，在阻力特性調(diào)節(jié)無(wú)效的情況下，增加水泵來(lái)彌補(bǔ)流量不足，將會(huì)事倍功半。往往這樣還達(dá)不到要求，同時(shí)還要提高介質(zhì)溫度，在鍋爐滿負(fù)荷時(shí)，就必須增加鍋爐

8、運(yùn)行臺(tái)數(shù)，這樣就加重了鍋爐系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。能源和設(shè)備對(duì)于我們都是寶貴的，這種現(xiàn)狀必須改變。四、 管網(wǎng)改造熱力管網(wǎng)的改造勢(shì)在必行，根據(jù)公式1-2可知，改變流量G可通過(guò)改變H和S來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種方法是在S不變的情況下改變H，即管網(wǎng)不改動(dòng)只改造水泵。這個(gè)方案是不經(jīng)濟(jì)的，也不能從根本上改變管網(wǎng)水力失調(diào)。另一種方法，H不變只改變S。對(duì)于一定的管網(wǎng)，阻力特性系數(shù)S與管網(wǎng)的管徑、長(zhǎng)度、布置形式及閥門(mén)開(kāi)度有關(guān)。通過(guò)改變管網(wǎng)管徑、長(zhǎng)度和布置形式來(lái)改變S，在施工和經(jīng)濟(jì)兩方面都是很困難的事，只有通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)是一個(gè)比較可行的方案?，F(xiàn)有各熱力站的一次水閥門(mén)肯定不能滿足調(diào)節(jié)流量的要求，必須加裝定流量控制裝置。定流量控制

9、裝置分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是平衡閥（靜態(tài)），平衡閥是阻力系數(shù)可以手動(dòng)改變的元件，只進(jìn)行初次調(diào)節(jié)，運(yùn)行中不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此也叫靜態(tài)平衡閥。靜態(tài)平衡閥在應(yīng)用中存在著一些弊端，如：系統(tǒng)增加新用戶時(shí)，需要重新調(diào)整；管網(wǎng)系統(tǒng)工況發(fā)生變化時(shí)，流量也隨之發(fā)生變化；有些平衡閥的線性不好，造成流量控制不準(zhǔn)。因此，靜態(tài)平衡閥應(yīng)用在較大管網(wǎng)中不是很理想。另一類(lèi)是流量控制閥（或稱(chēng)動(dòng)態(tài)平衡閥，自力式平衡閥），這種閥能夠根據(jù)系統(tǒng)壓力變化自動(dòng)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度，保證流量恒定。閥門(mén)安裝后，只需按所需流量手動(dòng)設(shè)定即可，不受系統(tǒng)工況和用戶增減的影響。根據(jù)我廠管網(wǎng)較大的現(xiàn)狀，我們研究決定采用流量控制閥。2001年夏季進(jìn)行了改造，在冬季運(yùn)行中收

10、到了滿意的效果。五、 改造的成效1、一次管網(wǎng)供熱效果我廠2000-2001年供暖季供暖面積162萬(wàn)平方米，初、末寒期運(yùn)行4臺(tái)29MW熱水鍋爐，嚴(yán)寒期運(yùn)行5臺(tái)，整個(gè)供暖季運(yùn)行2臺(tái)315kw和1臺(tái)185kw循環(huán)水泵,管網(wǎng)遠(yuǎn)端勉強(qiáng)達(dá)到供暖要求。改造后的2001-2002年供暖季，供暖面積增至188萬(wàn)平方米，初、末寒期運(yùn)行3臺(tái)29MW熱水鍋爐，嚴(yán)寒期運(yùn)行4臺(tái)，整個(gè)供暖季運(yùn)行2臺(tái)315kw循環(huán)水泵，供暖質(zhì)量有了明顯改善。為了更好的比較改造效果，我選了七個(gè)熱力站，把改造前后兩個(gè)供暖季的一次水溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，并且通過(guò)圖表進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果如表1-2，表1-3，圖1-4，圖1-5 所示。表1-2 中的整點(diǎn)溫

11、差值為2001年1月1日至10日每天在該點(diǎn)一次水溫差值的總平均值，總平均溫差為整點(diǎn)溫差值的平均值。表 1- 5中數(shù)據(jù)也是如此，只是時(shí)間不同。圖 1- 4為改造前各熱力站一次水溫差圖，由圖可以看出，各熱力站一次水溫差相差的 表1-2 平均溫差 熱力站名稱(chēng)2001年1月1日至10日一次水整點(diǎn)平均溫差（）1日至10日總平8點(diǎn)12點(diǎn)14點(diǎn)18點(diǎn)20點(diǎn)24點(diǎn)2點(diǎn)6點(diǎn)均溫差（）花家地南站31.633.933.333.133.834.532.832.933.2花家地北站22.622.021.822.022.022.623.223.222.4K4南站19.020.020.020.120.720.620.821

12、.120.3K4北站32.633.132.232.531.930.132.932.332.2A5甲站30.430.430.930.630.531.031.431.230.8A5丙站15.515.615.815.916.115.915.816.415.9K3東站34.432.532.932.633.033.934.134.933.5表1-3 平均溫差 熱力站名稱(chēng)2002年1月1日至10日一次水整點(diǎn)平均溫差（）1日至10日總平8點(diǎn)12點(diǎn)14點(diǎn)18點(diǎn)20點(diǎn)24點(diǎn)2點(diǎn)6點(diǎn)均溫差（）花家地南站26.023.924.325.925.525.124.924.925.1花家地北站29.427.527.829.

13、028.728.428.529.028.5K4南站23.121.721.823.322.823.322.823.322.8K4北站28.427.027.526.928.628.528.327.327.8A5甲站28.426.026.228.927.727.428.428.427.7A5丙站31.328.829.129.930.030.430.331.130.1K3東站29.127.727.729.429.028.829.127.928.6 很大，最高相差17.6度，說(shuō)明管網(wǎng)的水力失調(diào)比較嚴(yán)重。圖1-5為改造后的溫差圖，圖中各熱力站一次水溫差相差的較小，最高相差7.3度，說(shuō)明管網(wǎng)的水力失調(diào)已基本消除，較好的解決了一次管網(wǎng)的平衡問(wèn)題。2、節(jié)能增效（1） 節(jié)電我廠2001-2002年供暖季，只運(yùn)行2臺(tái)315kw循環(huán)水泵就達(dá)到了滿意的效果，減少了1臺(tái)185kw的水泵。按一個(gè)供暖季130天，每度電0.52元計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)30萬(wàn)元，僅這一項(xiàng)節(jié)約，就基本將改造費(fèi)用收回，同時(shí)還緩解了我廠用電緊張的局面。（2） 節(jié)煤我廠2001-2002年供暖季，在供