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针对入住率低采用分布组合式可调喷射泵供热系统的技术研究 2020-12-28

     【摘要】本文阐述了换热站“分布组合式可调喷射泵供热系统”节能改造的经济性、可行性、安全性、系统抗扰动能力的稳定性。“分布组合式可调喷射泵供热系统”节能改造后,喷射泵供热系统热网主干管路采用“小流量大温差”运行模式,热用户楼内系统采用“大流量小温差”的运行模式。进入用户的供水流量将成倍数增加,供水温度近端和远端将更加均衡。同时也保证了热网供暖 系统的经济稳定运行。经过合理计算,结果表明系统改造后可达到预期的效果,经济性有很大的提高。

     【关键词】热网、喷射泵系统、供回水流量、供热经济性

1.传统供热系统现状

   1.1  “大流量小温差”运行模式

       热用户楼内系统因设计、施工、操作、调试及经济等方面的原因,造成水力不平衡,目前还无有效的技术手段予以解决,为了缓解热用户楼内冷热不均的现象,降低供热系统的热耗,传统供热系统不得不采用“大流量小温差”运行模式,实际供回水温差一般为10℃~15℃。另一方面,“大流量小温差”运行模式,系统水力稳定性差、抗干扰能力差,不利于楼间的水力平衡,且大大增加了循环泵的电耗。如减少流量增大温差,则浪费的热能将大于节省的电能;反之,浪费的电能将大于节省的热能。故在现有技术条件下,对传统供热系统而言,采用某种程度的“大流量小温差”运行模式是其必然的、无奈的选择。

   1.2分布组合式可调喷射泵供热系统的提出

       如何解决“水力不平衡”这个困扰本行业的老大难问题?如何改变现有供热系统能源浪费巨大的现象?基于目前传统供热系统的现状及传统水力平衡调节技术存在的缺陷,在热用户楼前入户井内(或地下室)加装喷射泵,为每个热用户创建独立的混水换热站,形成一种新型的供热系统——分布组合式可调喷射泵供热系统,是解决“水力不平衡”、能源浪费巨大行之有效的措施. 分布组合式可调喷射泵供热系统原理

2.分布组合式可调喷射泵供热系统的原理及构成

   2.1 喷射泵供热系统的原理

       分布组合式可调喷射泵供热系统的原理如图2-1所示,就是在热用户楼前入户井内(或地下室)加装喷射泵,使每个热用户均拥有独立的混水换热站,原一级热网(直供系统)变为二级热网,原二级热网(间供系统)变为三级热网,可为每个热用户提供所需的供水温度及流量。

       混水换热站之前的热网输配为“小流量大温差”,混水换热站之后的热网(热用户楼内系统)为“低温大流量小温差”。这样,既减少混水换热站之前的热网压降,又增大了热用户楼内系统压降,大大提高了供热系统的水力稳定性,调试简单,抗干扰能力强(供热工况变化时基本不受影响),同时有效缓解热用户楼内系统冷热不均的现象。该系统解决了现有供热系统存在的问题,并降低直供系统或间供二次系统循环泵的运行电耗,间接提高热源侧的运行效率,达到节电、节热(煤、气等)的目的。

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                           分布组合式可调喷射泵供热系统原理图

   2.2喷射泵供热系统的构成

     1.分布组合式可调喷射泵供热系统设备构成

       在入住率低的热用户楼前入户井内(或地下室)均安装喷射泵,一个喷射泵就是一个混水换热站,故每个热用户均拥有独立的混水换热站。

    (1)混水换热站:由喷射泵、喷射阀门、引射阀门、混合阀门等组成。

    (2)循环泵:与传统供热系统循环泵相比,流量减半、扬程基本不变、配用电机的功率减半。

    (3)其它设备:与传统供热系统相同,在此不再赘述。

     2.分布组合式可调喷射泵供热系统热网构成及形式

    (1)喷射泵供热系统二级热网的构成

       传统直供系统,热用户直接连接在热水热网上,热用户与热水热网的水力工况直接发生联系,二者热媒温度相同,故热用户系统和热水热网为同级,即均属一级热网。

       加装混水换热站后,热用户与传统热水热网的水力工况间接发生联系,二者热媒温度不同。传统一级热网变为二级热网,即混水换热站之前的热水热网为一级热网,混水换热站之后的热水热网(热用户楼内系统)为二级热网。

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                               图2-2  喷射泵供热系统二级热网

    (2)喷射泵供热系统三级热网的构成(见图2-3)

       传统间供系统,热交换站之前的热网为一级热网;热交换站之后的热网(包括热用户系统)为二级热网。

       加装混水换热站后,传统二级热网变为三级热网,即热交换站之前的热网为一级热网;热交换站之后、混水换热站之前的热网为二级热网;混水换热站之后的热水热网(热用户楼内系统)为三级热网。

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                              图2-3  喷射泵供热系统三级热网

   2.3 喷射泵的结构及原理

     1.喷射泵结构及原理

       喷射泵是由吸入室、喷嘴、混合管和扩散器四部分组成,见图2-4。其运行原理如下:从管网供水管进入喷射泵的高温水在其压力作用下,由喷嘴高速喷射出来,进入吸入室,动能增加,压力下降,形成低压区,由于喷嘴出口处的压力低于吸入室入口的压力,可将热用户楼内系统的一部分回水吸入并一起进入混合管。在混合管内两者进行热能交换与动能交换,使混合后的两种流体的温度、速度趋于一致,再进入扩散器。在渐扩型的扩散器内,混合水的流速逐渐降低而压力逐渐升高,当压力升至足以克服热用户楼内系统阻力时被送入热用户楼内系统。其压力变化曲线和速度变化曲线见图。

图片5.png

                            喷射泵结构及压力、流速变化曲线图

     2.喷射泵的特点

     (1)无需电源,无漏电、触电隐患;

     (2)无振动、无噪音,不扰民;

     (3)结构简单、紧凑,安装方便;

     (4)全封闭、无泄漏;

     (5)无运动部件,工作可靠;

     (6)可提供不同的供水温度;

     (7)不需备件、免维修;

     (8)寿命可达10~20年。

     3.喷射泵的类型及规格

     (1)按喷射系数(或称混水比)分

              喷射泵现有一种类型,即A型喷射泵:引射流量GH与喷射流量GP之比,即喷射系数(或称混水比)为1:1。

     (2)按混合流量(即热用户楼内系统流量)分

              喷射泵有45种规格,即喷射泵的混合流量GC可从1m3/h、2m3/h……45m3/h。

   2.4 分布组合式可调喷射泵供热系统的功能及特点

     1. 水力稳定性高、抗干扰能力强

       喷射泵供热系统水力稳定性非常高,类似于“铜线”输电,热用户已无“远”、“近”之分。热网中各热用户在其他热用户流量改变时,保持本身流量不变的能力非常强,即受其他热用户流量改变影响很小,故抗干扰能力非常强。

     2. 自动调节功能

       在正常工作范围内,喷射流量基本与资用扬程(外网压差-热用户楼内阻力)成正比。如热用户楼内住户关小(或关闭)阀门,热用户楼内阻力增大,则喷射流量(供热量)会自动减少;反之会自动增加。故可兼容散热器温控阀,实现按需供热。

     3. 自动补偿功能

       在正常工作范围内,引射流量基本与有效扬程(热用户楼内阻力)的平方成反比。供热工况发生变化时,如楼内自然循环动力增加,热用户楼内阻力减少,则引射流量会自动增加(喷射流量微增),热用户楼内流量(即混合流量)也随之增加,热用户楼内阻力增加,从而自动弥补并降低了热用户楼内阻力的变化,反之亦然。故可有效适应系统的“动态”变化,提高了供热系统的抗干扰能力。

   2.5喷射泵供热系统模拟试验台

       喷射泵供热系统模拟试验台原理、实物如图。所选用的循环泵额定流量12m3/h、额定扬程25m、功率2.2kW;所采用的喷射泵型号为HLN-A14型、额定喷射流量为7m3/h、额定引射流量为7m3/h;阀1、阀2、阀3、阀6开度为90°(全开),阀4开度为0°(全关);通过超声波流量计对其流量进行测试;通过改变循环泵运行频率来改变系统流量、外网压差(P2-P4)及资用扬程(P2-P3);通过改变阀5的开度来改变热用户的阻力即有效扬程(P3-P4)。

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                                                          喷射泵实物

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                               喷射泵供热系统模拟试验台原理图

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                                                                                                  喷射泵供热系统模拟试验台实物图

结论及展望

       供热节能是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。对于入住率低,传统集中供热系统二网水力稳定性差,无效电耗大,“大流量小温差”运行模式难以改变的特点,提出分布组合式可调喷射泵供热系统。本文针对此新系统开展了理论和工程实践上的研究与探索,本文主要成果及结论如下:

       主要结论

       1.分布组合式喷射泵供热系统的水力稳定性非常高,调试简单,可基本上消除楼间不平衡问题。

       2.能有效地适应系统的“动态”变化,抗干扰能力强,可缓解楼内不平衡问题,且能兼容散热器温控阀,实现按需供热。

       3.能提供不同的供水温度,可满足多样化热用户的不同需求。

       4.最大限度地利用了现有的管道资源,消除了无效电耗的发生。

       5.可与循环泵变频技术有机结合,实现分阶段改变流量的质调节运行模式。

       6.节电率约为50%,节热率约为20%,运行管理成本节省约50%。投资回收期一般为2~3年。

       存在问题及建议

       本文针对部分小区入住率低,供热能耗大管网调节困难,所以采用分布组合式可调喷射泵供热系统做了一些理论性和工程实践上的探索工作。如要进一步推广与应用该技术,还有一些问题有待解决,并将对其建议如下:

       1.存在问题

       (1)由于喷射泵安装有一定的空间要求,故热用户楼前入户井部分需要扩建,增加了实施难度。

       (2)由于分布组合式供热系统热网干管输配为“小流量”,如仍采用原“大流量”循环泵变频运行,则其实际工作点不在高效区,降低了循环泵运行效率,故对节电率有一定影响。

       2.建议

       (1)新小区入住率低时候供热系统新建时,直接采用本技术,可降低投资成本及运行成本。

       (2)供热系统改造时,应更换循环泵,使之与分布组合式可调喷射泵供热系统相匹配。