热力管网水力失调的解决方案

解决热力管网水力失调，实现节能增效概况望京新城是北京市现有规划中最大生活社区，北京城市开发集团在此建立了多处住宅小区。花家地供热厂隶属于城市开发集团子公司——望京实业总公司，担负着望京实业总公司所接物业供暖工作，是北京市大型集中供热锅炉房之一。花家地供热厂设计供热面积220万平方米，目前供热面积188万平方米，现有换热站16个，最大供热半径2.5公里，属于间供式集中供热，接受定流量、质调整运行方式。近几年，由于供热面积快速增加，供热厂锅炉和一次热力管线都进展了增容改造。一次管线不断延长，与早期设计管网分布出入较大，使得现有一次管网水力失调比拟紧要，造成了能源大量奢侈。供热厂是耗能大户，每年消耗煤5万吨左右，电500多万度，水10万吨左右。因此，节能降耗成为我厂一个常抓不懈主题。一次管网平衡问题是节能降耗一个重要环节，它能间接影响煤、水、电消耗，应引起供热单位足够重视。我厂于2001年对一次管网进展了改造，根本解决了水力失调问题，取得了良好经济效益和社会效益。设备和管网现状热源：6台29MW燃煤热水锅炉，额定供、回水温度150/90℃，额定压力1.6Mpa。循环水泵4台：参数见表1-1表1-1循环水泵参数台数G=1000m3/h，H=72m，N=315kw2G=600m3/h，H=72m，N=185kw2一次管网分布状况：见附图1-1一次管网平衡问题现状和分析每年供热初期对热力管网水平衡调整是一项很重要工作。通过对我厂管网平衡调整，我发觉了调整工作中几个难点：①各热力站没有装流量计，无法确定各热力站流量，只能依据供、回水温度差做大约估计。②各热力站一次水进、出口阀门为闸阀或蝶阀，这两种阀门主要是起关断作用，用来调整流量很困难，也没有其它调整流量设备。③管网调整是触一点而动全身，当一个站点流量被变更时，其它站点均会有所变更，这使调整工作难上加难。供暖初期，由于所需热量较少，管网失调还不明显，但到了寒冷期，管网失调已显得特别突出，远端热力站明显供热实力缺乏，甚至远端热力站一次供水温度已接近近端一次回水温度，造成远端用户裹棉被近端用户开窗户。经过我们屡次调整，在近端热力站一次水阀门将要关死状况下，远端阀门全开照旧不见效果。为了保证居民采暖，我们只好多开一台泵，甚至多运行一台锅炉，才能强求维持远端用户采暖需求。这样做，一方面以巨大能源奢侈为代价换取微小供热成果，另一方面加剧了管网水力失调。下面是对这种状况简洁分析：对于变动水力工况分析，一般有三种方法：解方程计算法，作图法，定性分析法。因为这个管网比拟困难，计算法和作图法都有必需难度，所以这里接受定性分析法来进展分析。我厂管网接受变频补水定压，定压点为0.35MPa，运行时以两台大泵为主，两台小泵作为备用和调峰。为了分析便利，我们先将热力站个数削减为5个以简化管网，由于是定性分析，这并不影响分析结果。当管网远端流量缺乏时，接受增加一台600m3/h水泵来弥补远端流量缺乏方法。在管网阻力特性不变状况下，水泵由2台增加为3台，其水泵综合特性曲线如图1-2所示。由图可知，并联水泵增加一台，水泵综合特性曲线由2变为3，工作点由A变为B，总流量由GA增加到GB，扬程由HA上升到HB，即管网资用压头增大，总流量G增大。此时管网水压变更如图1-3所示，虚线为变更前图形，实线为变更后图形。因为流量G增大，管网压力损失也增大，所以动水压线斜率较原水压线陡。以下为分析两点结论：〔1〕由图1-3可以看出，增加一台水泵后，各热力站资用压头都有所增加，并且有以下关系：->->->->-〔1-1〕依据上式可以看出，各热力站资用压头变更，依热力站从近到远依次逐级递减，反映到末端热力站时已特别微弱，而近端那么增加较为明显。〔2〕依据流体在管道中压力损失根本计算公式：H=SG2(mH2O)〔1-2〕其中：单位管段压降S——管段阻力特性系数，单位为Pa/(m3,h-1)2G——管段体积流量，单位为m3/h可知：=S1G12=S2G22=S3G32=S4G42=S5G52当阻力特性系数S1、S2、S3、S4、S5均未变更时，各热力站流量G与进出口压力差平方根成正比。综合以上两点结论可以看出，增加水泵后，各热力站一次水流量均增加，增量由近端向远端依次削减。结果是增加水量绝大局部到了不需增加水量地方，只有小局部水量到了须要补足地方。这样就造成了水力失调进一步恶化，同时也大大增加了能源损失。经过以上分析，我们可以看出，对于一个较大热力管网，在阻力特性调整无效状况下，增加水泵来弥补流量缺乏，将会事倍功半。往往这样还达不到要求，同时还要提高介质温度，在锅炉满负荷时，就必需增加锅炉运行台数，这样就加重了锅炉系统和管网系统负担。能源和设备对于我们都是宝贵，这种现状必需变更。管网改造热力管网改造势在必行，依据公式1-2可知，变更流量G可通过变更和S来实现。一种方法是在S不变状况下变更，即管网不改动只改造水泵。这个方案是不经济，也不能从根本上变更管网水力失调。另一种方法，不变只变更S。对于必需管网，阻力特性系数S与管网管径、长度、布置形式及阀门开度有关。通过变更管网管径、长度和布置形式来变更S，在施工和经济两方面都是很困难事，只有通过阀门调整是一个比拟可行方案。现有各热力站一次水阀门确定不能满意调整流量要求，必需加装定流量限制装置。定流量限制装置分为两大类。一类是平衡阀〔静态〕，平衡阀是阻力系数可以手动变更元件，只进展初次调整，运行中不能自动调整，因此也叫静态平衡阀。静态平衡阀在应用中存在着一些弊端，如：系统增加新用户时，须要重新调整；管网系统工况发生变更时，流量也随之发生变更；有些平衡阀线性不好，造成流量限制不准。因此，静态平衡阀应用在较大管网中不是很志向。另一类是流量限制阀〔或称动态平衡阀，自力式平衡阀〕，这种阀能够依据系统压力变更自动调整阀门开度，保证流量恒定。阀门安装后，只需按所需流量手动设定即可，不受系统工况和用户增减影响。依据我厂管网较大现状，我们探究确定接受流量限制阀。2001年夏季进展了改造，在冬季运行中收到了满意效果。改造成效1、一次管网供热效果我厂2000-2001年供暖季供暖面积162万平方米，初、末寒期运行4台29MW热水锅炉，寒冷期运行5台，整个供暖季运行2台315kw和1台185kw循环水泵,管网远端强求到达供暖要求。改造后2001-2002年供暖季，供暖面积增至188万平方米，初、末寒期运行3台29MW热水锅炉，寒冷期运行4台，整个供暖季运行2台315kw循环水泵，供暖质量有了明显改善。为了更好比拟改造效果，我选了七个热力站，把改造前后两个供暖季一次水温度数据进展了整理，并且通过图表进展了比照。结果如表1-2，表1-3，图1-4，图1-5所示。表1-2中整点温差值为2001年1月1日至10日每天在该点一次水温差值总平均值，总平均温差为整点温差值平均值。表1-5中数据也是如此，只是时间不同。图1-4为改造前各热力站一次水温差图，由图可以看出，各热力站一次水温差相差表1-2平均温差热力站名称2001年1月1日至10日一次水整点平均温差〔℃〕1日至10日总平8点12点14点18点20点24点2点6点均温差〔℃〕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19.020.020.020.120.720.620.821.120.3K4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东站34.432.532.932.633.033.934.134.933.5表1-3平均温差热力站名称2002年1月1日至10日一次水整点平均温差〔℃〕1日至10日总平8点12点14点18点20点24点2点6点均温差〔℃〕花家地南站26.023.924.325.925.525.124.924.925.1花家地北站29.427.527.829.028.728.428.529.028.5K4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东站29.127.727.729.429.028.829.127.928.6很大，最高相差17.6度，说明管网水力失调比拟紧要。图1-5为改造后温差图，图中各热力站一次水温差相差较小，最高相差7.3度，说明管网水力失调已根本消退，较好解决了一次管网平衡问题。2、节能增效节电我厂2001-2002年供暖季，只运行2台315kw循环水泵就到达了满意效果，削减了1台185kw水泵。按一个供暖季130天，每度电0.52元计算，可节约电费30万元，仅这一项节约，就根本将改造费用收回，同时还缓解了我厂用电惊惶局面。节煤我