研究生入學(xué)考試內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 - 世界大學(xué)城

關(guān)于城市熱水集中供熱系統(tǒng)中間加壓泵設(shè)置位置的研究摘要

本文針對(duì)新建、改擴(kuò)建大型城市集中供熱管網(wǎng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行過(guò)程中，為降低工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用而增設(shè)中間加壓水泵這一業(yè)內(nèi)普遍關(guān)心的問(wèn)題，在分析、比較工程實(shí)例的根底上，通過(guò)對(duì)管網(wǎng)水力工況和能耗狀況的分析，建立并求解影響變量與中間加壓泵位置之間的數(shù)學(xué)模型，得到了設(shè)置中間加壓水泵最正確位置的結(jié)論。本文的研究結(jié)論，通過(guò)工程實(shí)例對(duì)其正確性和準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)，說(shuō)明對(duì)指導(dǎo)城市集中供熱工程新建、改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)、運(yùn)行具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)中間加壓泵 水力工況能耗狀況最正確位置目錄第一章概述 1.1城市集中供熱的開展概況 1.2課題的由來(lái) 1.3研究的內(nèi)容與意義第二章中間加壓泵設(shè)置實(shí)例分析 2.1工程實(shí)例 2.2工程實(shí)例分析、研究 2.3工程實(shí)例分析、研究結(jié)論第三章中間加壓泵位置優(yōu)化研究 3.1水力工況對(duì)中間加壓泵位置的要求 3.2降低能耗對(duì)中間加壓泵位置的要求第四章結(jié)論 4.1研究結(jié)論 4.2應(yīng)用說(shuō)明 4.3工程實(shí)例檢驗(yàn)退出第一章概述城市集中供熱的開展概況

集中供熱理論的提出可追溯到一百五十多年以前，早在1845年，偉大的導(dǎo)師恩格斯就預(yù)見(jiàn)到分散取暖形式必然被集中供熱取代。他說(shuō)：“就拿取暖來(lái)說(shuō)吧，不知浪費(fèi)了多少勞動(dòng)和物質(zhì)，每個(gè)房間必須有一個(gè)大火爐，每個(gè)火爐必須分別生火、添煤和照顧；必須把燃料送每一個(gè)房間，而爐灰還得加以去除，可是像目前的一些大的公共建筑物，如工廠、教堂等，裝置一個(gè)巨大的總的取暖設(shè)備，比方用一個(gè)發(fā)熱中心和一些蒸汽管子來(lái)代替這些單獨(dú)的火爐，那是多么簡(jiǎn)單和廉價(jià)。〞而我們現(xiàn)在就是采用這樣一種供暖形式，即通過(guò)管道把熱能輸送到每一個(gè)建筑物、每個(gè)用戶中，減少了室內(nèi)空氣的污染，降低了人力浪費(fèi)，提高了室內(nèi)的舒適程度，這是人類的一個(gè)巨大進(jìn)步。集中供熱系統(tǒng)最早是在18世紀(jì)的美國(guó)費(fèi)城開展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)由本杰明·富蘭克林〔BenjaminFranklin〕開發(fā)成功，這個(gè)系統(tǒng)從一個(gè)中心熱源向附近的一些居民進(jìn)行供熱。1877年，世界上第一個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的集中供熱系統(tǒng)在紐約的洛克港〔Lockport〕成功建成，該系統(tǒng)由博德希爾·霍利(BirdsillHolly)設(shè)計(jì)，從一個(gè)中央鍋爐房向臨近的一些居民和其他用戶供給蒸汽。這種供熱形式很快在西方興旺國(guó)家得到普及，但由于當(dāng)時(shí)科技水平和制造技術(shù)的限制，鍋爐容量小、效率低、污染物排放量大、供熱范圍及為有限。自上個(gè)世紀(jì)三十年代以來(lái)，一些西方興旺國(guó)家〔如比利時(shí)、美國(guó)、英國(guó)等〕先后發(fā)生的煙霧事件，使大規(guī)模的城市集中供熱系統(tǒng)被逐步推廣和普及，特別是1952年12月5日—8日發(fā)生在英國(guó)倫敦的“煤煙型〞煙霧事件造成4000多人死亡后，城市集中供熱開展很快，但由于受當(dāng)時(shí)設(shè)備、材料和技術(shù)條件的限制，供熱系統(tǒng)的規(guī)模較小、供熱距離較短、供熱參數(shù)較低，因此絕大多數(shù)熱源廠建在城市人口稠密區(qū)，盡管對(duì)緩解城市大氣環(huán)境污染起到了一定的作用，但仍未得到根本解決。隨著經(jīng)濟(jì)的快速開展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新型設(shè)備材料的創(chuàng)造，這些興旺國(guó)家以其雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力在較短的時(shí)間內(nèi)，將設(shè)在城市人口稠密區(qū)的小鍋爐房撤除，取而代之的是遠(yuǎn)離城市人口稠密區(qū)的大型、高效、環(huán)保的熱源廠，使城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長(zhǎng)距離、高參數(shù)方向開展。我國(guó)的城市集中供熱事業(yè)起步較晚，且曾一度停滯開展，使我國(guó)北方的絕大多數(shù)城市居民在“煙霧繚繞〞的空氣中度過(guò)漫長(zhǎng)的嚴(yán)冬。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快及保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源觀念的增強(qiáng)，在借鑒國(guó)內(nèi)外城市集中供熱系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)的根底上，城市集中供熱在“三北〞地區(qū)開展很快，尤其在國(guó)家實(shí)施西部開發(fā)戰(zhàn)略以來(lái)，西部的很多城市相繼新建、改建或擴(kuò)建了城市集中供熱系統(tǒng)，使我國(guó)的城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長(zhǎng)距離、高參數(shù)方向開展。目前，我國(guó)集中供熱熱水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫度已到達(dá)150℃，設(shè)計(jì)壓力為～，最大供熱半徑達(dá)，最大管徑到達(dá)1400mm；蒸汽管網(wǎng)最高溫度已達(dá)300℃，壓力一般為，最大供熱半徑為6～7km，最大管徑到達(dá)1000mm；截止到2001年底，全國(guó)663個(gè)城市中有294個(gè)城市建有集中供熱系統(tǒng)，供熱總面積已到達(dá)146328×104m2(其中：住宅為95799.33×104m2)；年供熱量為137847×104GJ〔其中：蒸汽37655×104GJ，熱水100192×104GJ〕；在年供熱量中，鍋爐房供熱量為74209×104GJ，約占74.2%，其余由熱電聯(lián)產(chǎn)工程承擔(dān)；供熱管道總長(zhǎng)度到達(dá)53109km〔其中：蒸汽管道9183km，熱水管道43926km〕，從業(yè)人數(shù)到達(dá)22.094×104人；嚴(yán)寒地區(qū)的熱化率一般為60～90%，對(duì)緩解日趨嚴(yán)重的城市大氣污染、改善城市居民的生活質(zhì)量和提高能源的綜合利用率起到了重要的作用。此外，對(duì)于投入運(yùn)行多年的城市集中供熱系統(tǒng)，由于城市化進(jìn)程的加快使城市的人口迅速增加和城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，在原有集中供熱系統(tǒng)供熱范圍內(nèi)其熱負(fù)荷增加很快，為了滿足熱負(fù)荷增加的需要，就必須對(duì)原有的城市集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐跐摵透脑?。但由于?guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)落后及城市集中供熱工程涉及面廣、投資較大、建設(shè)周期較長(zhǎng)等因素不可能大量地?cái)U(kuò)建、更新原有管道。這樣，只能依靠提高供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程加以解決，致使原有城市供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模和熱媒參數(shù)不斷提高，輸送距離不斷加長(zhǎng)。高效、環(huán)保的熱源廠，使城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長(zhǎng)距離、高參數(shù)方向開展。我國(guó)的城市集中供熱事業(yè)起步較晚，且曾一度停滯開展，使我國(guó)北方的絕大多數(shù)城市居民在“煙霧繚繞〞的空氣中度過(guò)漫長(zhǎng)的嚴(yán)冬。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快及保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源觀念的增強(qiáng)，在借鑒國(guó)內(nèi)外城市集中供熱系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)的根底上，城市集中供熱在“三北〞地區(qū)開展很快，尤其在國(guó)家實(shí)施西部開發(fā)戰(zhàn)略以來(lái)，西部的很多城市相繼新建、改建或擴(kuò)建了城市集中供熱系統(tǒng)，使我國(guó)的城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長(zhǎng)距離、高參數(shù)方向開展。目前，我國(guó)集中供熱熱水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫度已到達(dá)150℃，設(shè)計(jì)壓力為～，最大供熱半徑達(dá)，最大管徑到達(dá)1400mm；蒸汽管網(wǎng)最高溫度已達(dá)300℃，壓力一般為，最大供熱半徑為6～7km，最大管徑到達(dá)1000mm；截止到2001年底，全國(guó)663個(gè)城市中有294個(gè)城市建有集中供熱系統(tǒng)，供熱總面積已到達(dá)146328×104m2(其中：住宅為95799.33×104m2)；在年供熱量中，鍋爐房供熱量為74209×104GJ，約占74.2%，其余由熱電聯(lián)產(chǎn)工程承擔(dān)；供熱管道總長(zhǎng)度到達(dá)53109km〔其中：蒸汽管道9183km，熱水管道43926km〕，從業(yè)人數(shù)到達(dá)22.094×104人；嚴(yán)寒地區(qū)的熱化率一般為60～90%，對(duì)緩解日趨嚴(yán)重的城市大氣污染、改善城市居民的生活質(zhì)量和提高能源的綜合利用率起到了重要的作用。此外，對(duì)于投入運(yùn)行多年的城市集中供熱系統(tǒng)，由于城市化進(jìn)程的加快使城市的人口迅速增加和城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，在原有集中供熱系統(tǒng)供熱范圍內(nèi)其熱負(fù)荷增加很快，為了滿足熱負(fù)荷增加的需要，就必須對(duì)原有的城市集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐跐摵透脑?。但由于?guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)落后及城市集中供熱工程涉及面廣、投資較大、建設(shè)周期較長(zhǎng)等因素不可能大量地?cái)U(kuò)建、更新原有管道。這樣，只能依靠提高供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程加以解決，致使原有城市供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模和熱媒參數(shù)不斷提高，輸送距離不斷加長(zhǎng)。年供熱量為137847×104GJ〔其中：蒸汽37655×104GJ，熱水100192×104GJ〕；課題的由來(lái)

由于供熱規(guī)模的擴(kuò)大、熱媒參數(shù)的提高、輸送距離加長(zhǎng)，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和管道及其附件的材質(zhì)提出了更高的要求，而熱網(wǎng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程和管道及其附件的材質(zhì)直接關(guān)系到工程的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。如何在滿足供熱要求的前提下盡量降低熱網(wǎng)造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用就成為目前供熱行業(yè)科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)，有關(guān)這一問(wèn)題盡管有些論文進(jìn)行了定性的探討，但始終未對(duì)其進(jìn)行定量的分析、比較和論證。

研究的內(nèi)容與意義

研究?jī)?nèi)容通過(guò)工程實(shí)例的比照、分析，篩選出設(shè)置中間加壓泵站的主要影響因素，將這些影響因素間的內(nèi)在關(guān)系通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表達(dá)，求解這些數(shù)學(xué)表達(dá)式中間加壓泵站設(shè)置的最正確方案。研究意義近年來(lái)，我國(guó)城市集中供熱事業(yè)開展十分迅猛，集中供熱的規(guī)模越來(lái)越大、熱媒參數(shù)越來(lái)越高、輸送距離越來(lái)越長(zhǎng)。為了降低新建、改擴(kuò)建熱網(wǎng)工程造價(jià)及減少熱網(wǎng)主循環(huán)水泵容量、降低運(yùn)行費(fèi)用，國(guó)內(nèi)外的通行做法是在熱網(wǎng)的適當(dāng)位置增設(shè)中間加壓泵站可得到較為圓滿的解決，而適當(dāng)位置究竟設(shè)在何處最為適當(dāng)，成為本課題所要解決的問(wèn)題，這一問(wèn)題的解決對(duì)于指導(dǎo)城市集中供熱工程新建、改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)、運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。第二章中間加壓泵位置實(shí)例分析工程實(shí)例我國(guó)北方某城市大型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的管道平面布置圖及管道水力計(jì)算圖詳見(jiàn)附圖1和附圖2。該供熱系統(tǒng)的供熱面積為861×104m2，供熱面積熱指標(biāo)為65W/m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2021GJ/h，年供熱時(shí)間為4320小時(shí)，年供熱量為4559940GJ，供回水溫度為130/70℃，循環(huán)流量8021t/h；定壓點(diǎn)設(shè)在熱電廠中央換熱站主循環(huán)水泵入口處，定壓值為370kPa；該工程設(shè)置熱力站49座〔其中：新建熱力站17座，利用舊鍋爐房進(jìn)行改造32座〕，各熱力站的供熱面積及一次網(wǎng)流量見(jiàn)表，一、二次管網(wǎng)全部采用間接連接。表2.1熱力站匯總表(1)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期101J10J1012.2619.0028.6944.46114.24177.04102H12H1214.0817.9632.9542.03131.20167.35103G12G1218.3219.3242.8745.21170.70180.02104G11G1112.8313.9730.0232.69119.55130.17105H11H11、J813.7817.1332.2540.08128.40159.62106G10G1013.6114.0031.8532.76126.82130.45107G10G9、G1017.3717.9240.6541.93161.85166.98108H10H9、H11、J814.3119.7633.4946.24133.34184.12109G9G918.2119.0042.6144.46169.68177.04110H9H9、J717.5221.4041.0050.08163.25199.40111G9G917.7318.5041.4943.29165.21172.38112G8G7、G815.7519.3236.8645.21146.76180.02113H7H7、H8、J69.8918.5223.1443.3492.15172.57114G6G5、G67.4417.4717.4140.8869.33162.78115H5H5、H6、J4、J510.2819.9524.0646.6895.79185.89表2.1熱力站匯總表(2)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）16.5744.7265.97178.06所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期118D1D19.4719.5022.1645.6388.24181.70119C0C0、C19.2219.0021.5744.4685.91177.04120J10J9、J1013.6218.6831.8743.71126.91174.06121J9J916.9319.0039.6244.46157.75177.04122K8K810.5416.3124.6638.1798.21151.97123K8K810.5316.3024.6438.1498.12151.88124K7K6、K711.4719.2126.8444.95106.88179.00125D5D517.8018.8541.6544.11165.86175.64126D4D48.0512.5718.8429.4175.01117.13127E7E7、E814.3321.1133.5349.40133.53196.70128F6F5、F6、G75.6814.0813.2932.9552.93131.20129E6D3、E66.1811.7814.4627.5757.58109.76130E5D2、E57.4116.7717.3439.2469.05156.26131F3F3、F45.7717.1713.5040.1853.76159.99132G3G3、H36.7617.1315.8240.0862.99159.62133F2F23.0711.117.1826.0028.61103.52表2.1熱力站匯總表(3)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）15.0249.4759.82196.98所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期136E3E3、E45.3015.9412.4037.3049.38148.53137E2E26.5819.3815.4045.3561.31180.58138C8C83.8912.549.1029.3436.25116.85139C7C78.2918.4319.4043.1377.25171.73140A4A46.6918.0415.6542.2162.34168.09141C6C611.4217.6226.7241.23106.41164.18142C5C4、C517.2618.6040.3943.52160.83173.31143A3A35.8115.2213.6035.6154.14141.82144B4B4、C413.8019.9632.2946.71128.59185.98145A2A26.0818.6214.2343.5756.65173.50146B3B3、C312.2920.0128.7646.82114.52186.45147A1A13.6810.618.6124.8334.2998.86148C2B2、C26.9421.2616.2449.7564.67198.10149B1B1、B2、C18.7418.0020.4542.1281.44167.72合計(jì)511.99860.841198.052014.374770.678021.21該供熱系統(tǒng)的熱源為距離市區(qū)中心處的東郊熱電廠，廠內(nèi)裝設(shè)2臺(tái)300MW抽汽凝汽機(jī)組，其機(jī)爐配置情況見(jiàn)表~表。廠區(qū)的中央換熱站出口管管徑為DN1200mm，主干線總長(zhǎng)度為13630m，其中：從熱電廠出口至A1節(jié)點(diǎn)段為架空敷設(shè)，其余管道均采用有補(bǔ)償直埋敷設(shè)。為降低熱電廠主循環(huán)水泵的揚(yáng)程和管道及其附件的壓力等級(jí)，該工程在節(jié)點(diǎn)A1前設(shè)置了回水加壓泵站。表2.2鍋爐技術(shù)條件表項(xiàng)目鍋爐型號(hào)DG-1025/17.6-540/540-YM型式亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐、固態(tài)排渣最大蒸發(fā)量1025t/h額定過(guò)熱蒸汽出口壓力17.5Mpa(g)（表壓）額定過(guò)熱蒸汽出口溫度540℃再熱蒸汽進(jìn)口流量840.256t/h再熱蒸汽進(jìn)出口壓力3.899/3.510Mpa再熱蒸汽進(jìn)出口溫度327.3/540℃給水溫度280.5℃排煙溫度131℃效率92.8%結(jié)構(gòu)全鋼結(jié)構(gòu)表2.3汽輪機(jī)技術(shù)條件表項(xiàng)目汽輪機(jī)型號(hào)C300/220-16.67/537/537型式亞臨界、中間再熱、單抽汽、冷凝式轉(zhuǎn)速3000r/min主汽門前蒸汽壓力16.67Mpa主汽門前蒸汽溫度537℃再熱冷/熱段蒸汽壓力3.899/3.510Mpa再熱冷/熱段蒸汽溫度327.3/537℃進(jìn)汽量（純凝/額定抽汽/最大抽汽）944.5/894.8/1025t/h發(fā)電功率（純凝/抽汽）300/232.197MW低壓缸排汽壓力（純凝/抽汽）4.9/3.43Kpa采暖抽汽壓力0.35Mpa采暖抽汽量（額定/最大）430/620t/h抽汽焓（額定/最大）2959/2934.7KJ/Kg采暖供熱量（額定/最大）1019.53/1454.95GJ/h2.2工程實(shí)例分析、研究為了全面分析、比較循環(huán)水泵的設(shè)置對(duì)熱網(wǎng)建設(shè)及其運(yùn)行的影響，本課題針對(duì)中間加壓泵可能出現(xiàn)的四種情況〔即：不設(shè)置中間加壓泵、在供水管上設(shè)置中間加壓泵、在回水管上設(shè)置中間加壓泵、在供回水管上均設(shè)置中間加壓泵〕并按靠近〔在節(jié)點(diǎn)A1前距熱電廠4360米處——位置一〕和遠(yuǎn)離〔在節(jié)點(diǎn)A16~A17之間距熱電廠8990米處——位置二〕熱電廠分別設(shè)置中間加壓泵共七個(gè)方案進(jìn)行分析、研究。根據(jù)實(shí)例工程管網(wǎng)各管段的設(shè)計(jì)流量、管徑、長(zhǎng)度按下式[1]對(duì)管道沿程阻力、局部阻力和總阻力進(jìn)行計(jì)算。ΔP=ΔPy+ΔPj=ΔPy+αΔPy=ΔPy(1+α)=R·L×(1+α)×103(2-1)式中ΔP——管道阻力〔KPa〕ΔPy——管道沿程阻力〔KPa〕，ΔPy=R·L×103(2-2)ΔPj——管道局部阻力〔KPa〕，ΔPj=αΔPy(2-3)α——局部阻力與沿程阻力的比值，DN≤400mm的管道取，DN>400mm的管道取[1]。R——管道實(shí)際比摩阻〔Pa/m〕L——計(jì)算管段長(zhǎng)度〔m〕按式〔2-1〕~〔2-3〕對(duì)管網(wǎng)主干線進(jìn)行水力計(jì)算，各個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)附表1~4，其主要結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表。水力計(jì)算方案說(shuō)明中間泵位置始端壓力與壓差（KPa）末端壓力與壓差（KPa）供水回水壓差供水回水壓差一不設(shè)中間泵——1924.0370.01554.01197.01097.0100.0二在供水管上設(shè)中間泵X=4360888.6370.0518.61197.01097.0100.0X=89901448.8370.01078.81197.01097.0100.0三在回水管上設(shè)中間泵X=43601394.7370.01024.7667.7567.7100.0X=89901448.8370.01078.8721.8621.8100.0四在供回水管上均設(shè)中間泵X=4360888.6370.0518.6667.7567.7100.0X=89901448.8370.01078.8959.4859.4100.0注：X表示距熱電廠中換熱站的管線長(zhǎng)度〔m〕

表2.4各方案水力計(jì)算主要結(jié)果數(shù)據(jù)水壓圖

根據(jù)定壓點(diǎn)壓力〔370KPa〕、供回水管末端壓差〔100KPa〕以及水力計(jì)算成果繪制的各方案主干線的水壓圖見(jiàn)圖、圖、圖、圖、圖、圖、圖。

通過(guò)對(duì)以上各圖的分析，當(dāng)管網(wǎng)規(guī)模和定壓點(diǎn)一定時(shí)，在滿足整個(gè)管網(wǎng)以及各熱用戶水力工況的前提下，可以得到如下結(jié)論：1.在供熱管網(wǎng)上增設(shè)中間加壓水泵可有效地降低管網(wǎng)的運(yùn)行壓力，使管道及其附件的選擇更加容易、造價(jià)更為低廉。如圖不設(shè)中間水泵的情況下，管道及其附件必須采用壓力等級(jí)的產(chǎn)品；增設(shè)中間加壓泵后，除圖反映的情況外，其余均可采用壓力等級(jí)的管道及其附件，使管網(wǎng)的建設(shè)投資得以有效降低。2.當(dāng)位置一定的情況下，在供水管和回水管上同時(shí)設(shè)置中間加壓水泵對(duì)降低管網(wǎng)運(yùn)行壓力最為有效。但在供水管上設(shè)置中間加壓水泵需采用耐高溫產(chǎn)品，對(duì)水泵生產(chǎn)企業(yè)的要求較高，目前在工程實(shí)踐中沒(méi)有應(yīng)用的先例，可采取在回水管上設(shè)置中間加壓泵站。1、水泵的流量G與揚(yáng)程H：按照下面公式[16]進(jìn)行計(jì)算。G=1.1Q0

m3/s(2-4)Δt?c?ρ式中G——循環(huán)水泵的流量〔m3/s〕；Q0——水泵負(fù)擔(dān)的總供熱量〔W〕；Δt——供回水溫度差〔℃〕；C——水的比熱〔J/kg?℃〕；ρ——水的密度〔kg/m3〕；水泵軸功率1.1——平安裕量。

H=1.1~1.2ΔPmH2O(2-5)ρg式中H——水泵的揚(yáng)程〔mH2O〕ΔP——管道阻力〔KPa〕；g——重力加速度〔m/s2〕；1.1~1.2——平安裕量，本課題取。根據(jù)公式〔2-4〕和〔2-5〕以及水力計(jì)算成果計(jì)算得到各個(gè)方案的中央主循環(huán)泵和中間加壓循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程數(shù)據(jù)見(jiàn)表。2、水泵的軸功率：按照下面公式[16]進(jìn)行計(jì)算。N=KA?ρ?G?HKW(2-6)102η式中N——水泵的軸功率〔KW〕；KA——電機(jī)容量平安系數(shù)，N>100KW時(shí)，KA，本課題??；η——水泵總效率，為研究方便，本課題不考慮水泵構(gòu)造產(chǎn)生的影響，故將其值取為；其它符號(hào)意義同前。根據(jù)公式〔2-6〕以及各個(gè)方案的中央主循環(huán)泵和中間加壓循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程數(shù)據(jù)計(jì)算得到的各方案中央主循環(huán)泵和中間加壓循環(huán)泵的軸功率見(jiàn)表。方案位置揚(yáng)程（mHO2）流量（t/h）軸功率（KW）工作溫度（℃）主泵中間泵主泵中間泵主泵中間泵合計(jì)主泵中間泵一——193.9——8822——4938.0——4938.070——二X=436072.5121.4882277101846.82701.64548.470130X=8990138.255.7882230683519.3493.44012.770130三X=4360131.862.0882277103357.81381.14738.97070X=8990138.255.7882230683519.3493.44012.77070四X=436072.559.3882277101846.81320.54548.47013062.177101381.170X=8990138.227.9882230683519.3246.74012.77013027.93068246.770注：表中水泵揚(yáng)程已考慮的平安系數(shù)。表2.5水泵流量、揚(yáng)程、計(jì)算軸功率比照表通過(guò)對(duì)各個(gè)方案水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率的分析、計(jì)算和比照，可以得出以下結(jié)論：1、在滿足水力工況要求的前提下，不設(shè)中間加壓水泵時(shí)，即只在熱源廠中央換熱站設(shè)置主循環(huán)水泵時(shí)，供熱管網(wǎng)水循環(huán)所需總軸功率最大，到達(dá)4938KW，中央換熱站主循環(huán)水泵的揚(yáng)程最高，達(dá)194mHO2。這樣高揚(yáng)程、大容量的熱水循環(huán)水泵，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的成功先例。2、在滿足水力工況要求的前提下，在供回水管上增設(shè)中間加壓水泵可以有效地降低供熱管網(wǎng)水循環(huán)所需的總軸功率〔主循環(huán)泵與中間加壓泵軸功率之和〕，且中間加壓泵離熱源廠越遠(yuǎn)，管網(wǎng)水循環(huán)所需的總軸功率越小。3、在其它條件不變的情況下，管網(wǎng)水循環(huán)所需的總軸功率與中間加壓水泵的設(shè)置位置有關(guān)，而與設(shè)在供水管還是回水管上關(guān)系不大。通過(guò)對(duì)以上四種方案七種情況下管網(wǎng)的水力工況、水泵能耗的分析、比較和研究后可以定性結(jié)論如下：1.在供水管和回水管上增設(shè)中間加壓泵均可以有效地降低管網(wǎng)的壓力水平，但其工作條件和水力工況差異較大。在供水管上設(shè)置中間加壓泵，管網(wǎng)的壓力水平盡管有所降低，但仍高于在回水管上設(shè)置中間加壓泵的壓力水平，而且其熱媒的工作溫度高達(dá)130℃，遠(yuǎn)高于回水溫度70℃，這種大容量的耐高溫水泵不僅難以選擇，而且難以保證平安、可靠、經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行，目前還沒(méi)有成功的設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)例。因此，在大型高溫水城市集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為使水泵平安、可靠、經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行，同時(shí)在滿足供熱要求的前提下盡可能降低管網(wǎng)的壓力水平，將中間加壓泵設(shè)在回水管上是經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。2.在滿足水力工況和供熱要求的前提下，盡可能使中間加壓泵遠(yuǎn)離熱源廠，使管網(wǎng)水循環(huán)所需總軸功率盡可能減小。工程實(shí)例分析、研究結(jié)論通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的分析和比較可以看出，對(duì)于大型高溫水城市集中供熱系統(tǒng)而言，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及平安可靠性考慮，在供水管上設(shè)置中間加壓泵是不科學(xué)和不可行的，且實(shí)用意義和價(jià)值不大。因此本課題只對(duì)回水管上設(shè)置中間加壓泵進(jìn)行優(yōu)化研究和探討。水力工況對(duì)中間加壓泵位置的要求水力工況要求對(duì)于一、二次管網(wǎng)全部采用間接連接且地勢(shì)相對(duì)平坦的城市供熱管網(wǎng)，其回水加壓泵站的設(shè)置需滿足的主要條件為：1、在回水加壓泵站進(jìn)口處，應(yīng)保證其回水管動(dòng)水壓不低于50kPa，以防該處回水管吸入空氣。2、在回水加壓泵站出口處，應(yīng)保證其回水管動(dòng)水壓與該處供水管動(dòng)水壓之差不低于該處熱力站的資用壓頭。第三章中間加壓泵位置優(yōu)化研究中間加壓泵的位置

按照上述第一條要求，是中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最近位置，此時(shí)由圖可以得到：HZB=△Hmin+Hj-50(3-1)式中HZB——中間加壓泵的揚(yáng)程〔kPa〕；△Hmin——中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最小水平距離Xmin對(duì)應(yīng)的加壓泵站至熱源廠供水管或回水管阻力損失〔kPa〕，△Hmin=XminR(1+α)；Hj——管網(wǎng)的靜壓值〔kPa〕；Xmin——滿足水力工況要求的情況下，中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最小距離〔km〕；其它符號(hào)意義同前。Xmin=HZB-Hj+50

km(3-2)R(1+α)將△Hmin=XminR(1+α)代入式(3-1)經(jīng)整理后得到：按照上述第二條要求，是中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最遠(yuǎn)位置，此時(shí)由圖可以得到在最大距離Xmax時(shí)：

△Hy=Hgmax-△Hmax-Hj〔3-3〕而Hgmax=Hg-△Hmax〔3-4〕且Hg-Hj=2△Hw+△Hy-HZB〔3-5〕式中:△Hy——主干線末端熱力站資用壓頭〔kPa〕Hgmax——中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最大距離Xmax對(duì)應(yīng)的加壓泵站處供水管的壓力〔kPa〕；△Hmax——中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的最大距離Xmax對(duì)應(yīng)的加壓泵站至熱源廠供水管或回水管阻力損失〔kPa〕；Hj——管網(wǎng)的靜壓值〔kPa〕；Hg——熱源廠出口供水管壓力〔kPa〕；△Hw——外網(wǎng)主干線供水或回水管總阻力〔kPa〕；HZB——中間加壓泵的揚(yáng)程〔kPa〕。將式〔3-3〕、〔3-4〕和〔3-5〕經(jīng)整理后得到：Xmax=2△Hw-HZBkm(3-6)2R(1+α)

式中R——主干線平均比摩阻〔Pa/m〕；α——局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度百分比，一般為；其它符號(hào)意義同前。由公式〔3-2〕和〔3-6〕可以得出中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的距離X〔中間加壓泵站的位置〕應(yīng)滿足下式：Xmin≤X≤Xmax〔3-7〕中間加壓泵的揚(yáng)程由公式〔3-2〕和〔3-6〕可以看出，中間加壓泵的揚(yáng)程HZB越大，那么Xmin越大而Xmax越小，因而一定存在一個(gè)臨界值HL，使得Xmin=Xmax，即：HL-Hj+50=2△Hw-HL

R(1+α)2R(1+α)也就是說(shuō)，只要中間加壓水泵的揚(yáng)程不大于臨界值HL，即可滿足水力工況對(duì)其位置的要求。由此可以得到按水力工況要求，中間加壓泵的揚(yáng)程為：HL=2△Hw+Hj-100（kPa）

(3-8)3HZB≤2△Hw+Hj-100（kPa）

(3-9)3降低能耗對(duì)中間加壓泵位置的要求設(shè)置中間加壓泵站目的，不僅是為了降低管道及其附件的工作壓力等級(jí)，使管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用降低，而且在滿足供熱要求的前提下盡可能使管網(wǎng)動(dòng)力消耗最少。為此，必須建立熱網(wǎng)主循環(huán)泵、中間加壓泵的計(jì)算軸功率與中間加壓泵站位置之間的函數(shù)關(guān)系式。主干線流量分布的簡(jiǎn)化為了建立熱網(wǎng)主循環(huán)泵、中間加壓泵的計(jì)算軸功率與中間加壓泵站位置之間的函數(shù)關(guān)系式，現(xiàn)將主干線流量分布進(jìn)行如下簡(jiǎn)化處理：如圖，在實(shí)際工程中，管網(wǎng)主干線輸送的熱水流量從熱源廠出口〔節(jié)點(diǎn)A〕開始沿主干線至末端并非均勻減少，而是在節(jié)點(diǎn)B、C、D處經(jīng)過(guò)三次變化后將剩余熱水送往最后一個(gè)熱力站。在本課題研究中，為建立數(shù)學(xué)模型，假設(shè)主干線輸送的熱水流量從熱源廠出口開始沿主干線至末端是連續(xù)均勻減少的，即主干線上接出的所有支干線和支線〔B——熱力站1，C——熱力站2等〕均可以認(rèn)為是由主干線上連續(xù)均勻地接出無(wú)數(shù)等流量的細(xì)小管線聚集而成，如圖中細(xì)線表示的無(wú)數(shù)管線。

GZB=Gm+（Gw-Gm）（L-X）(3-10)L根據(jù)上述假設(shè)，中間加壓泵站的流量GZB可以表達(dá)為：

式中Gm——主干線末端的流量；Gw——主干線始端的流量，即設(shè)計(jì)總流量；L——主干線的長(zhǎng)度〔km〕；X——中間加壓泵站沿管道敷設(shè)中心線至熱源廠的距離〔km〕；其它符號(hào)意義同前。3最小能耗對(duì)中間加壓泵位置的要求NZB=K[Gm+（Gw-Gm）（L-X）][2△Hw-2R(1+α)X](3-11)L由公式〔3-6〕可以得到：HZB=2△Hw-2R(1+α)X，那么中間加壓泵的計(jì)算軸功率NZB=KGZBHZB為：將上式整理后得：NZB=2K△HwGw-2KGwR(1+α)X-2K△Hw（Gw-Gm）X+2KR(1+α)（Gw-Gm）X2LL熱源廠熱網(wǎng)主循環(huán)泵的計(jì)算軸功率為：Nw=KGwHw=KGw〔△Hr+2△Hw+△Hy-HZB〕〔3-12〕式中Hw——熱源廠熱網(wǎng)主循環(huán)泵的揚(yáng)程；△Hr——熱源廠管線的總阻力；其它符號(hào)意義同前。將HZB=2△Hw-2R(1+α)X代入式〔3-12〕經(jīng)整理后得：Nw=KGw[△Hr+△Hy+2R(1+α)X]〔3-13〕這樣，熱網(wǎng)水循環(huán)所需水泵的總計(jì)算軸功率為：N=NZB+Nw〔3-14〕將公式〔3-11〕、〔3-13〕代入〔3-14〕經(jīng)整理后得到：N=KGw(2△Hw+△Hr+△Hy)-2K△Hw（Gw-Gm）X+2KR（Gw-Gm）(1+α)X2LL令dX=0，則：dN將上式對(duì)X求導(dǎo)數(shù)，并令其等于零即得到熱網(wǎng)主循環(huán)泵、中間加壓泵計(jì)算軸功率之和的最小值對(duì)應(yīng)的中間加壓泵站至熱源廠的距離，即：-2K△Hw（Gw-Gm）+4KR（Gw-Gm）(1+α)X=0LL整理后得X=△Hw

（3-15）2R(1+α)X=△Hw=LR(1+α)=1L（3-16）2R(1+α)2R(1+α)2將△Hw=LR(1+α)代入〔3-15〕式后得到：熱網(wǎng)主循環(huán)泵、中間加壓泵計(jì)算軸功率之和的最小值對(duì)應(yīng)的中間加壓泵站至熱源廠的距離為：工程實(shí)例檢驗(yàn)

由第二章分析、研究結(jié)果可以查到上述工程實(shí)例主干線水力計(jì)算〔詳見(jiàn)附表1〕的有關(guān)資料為：△Hw=727kPa，L=13630m，Hj=370kPa，那么：R=△Hw=727000=53.34

Pa/mL(1+α)13630(1+α)(1+α)將有關(guān)資料代入公式〔3-18〕得到：HZB≤2△Hw+Hj-100=2×727+370-100=574.66

kPa33

Xmin=HZB-Hj+50=（575-370+50）/53.34=4.78

kmR(1+α)

Xmax=2△Hw-HZB=（2×727-575）/（2×53.34）=8.24

km2R(1+α)1L=6.82km2通過(guò)前面對(duì)設(shè)置中間加壓水泵所涉及的水力工況以及能耗情況的全面比較、分析和研究，將分析、研究結(jié)果進(jìn)行綜合，即可得到中間