集中供熱熱網(wǎng)循環(huán)水泵節電70%技術(shù)方法
發(fā)布時(shí)間：2021/12/27 新聞來(lái)源：明珠泵業(yè) 瀏覽次數：
摘要（網(wǎng)絡(luò )）：本文論述了集中供熱“質(zhì)量并調”運行方式使循環(huán)水泵節電70%的節能效果以及實(shí)現“質(zhì)量并調”運行方式的調節工具―――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)調節的基本過(guò)程。
關(guān)鍵詞：質(zhì)調節、分階段改變流量的質(zhì)調節、質(zhì)量并調、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、初調節、運行調節。
眾所周知，由于供熱系統自身的特點(diǎn)，在保證供熱質(zhì)量**（室內溫度不過(guò)高也不過(guò)低）的前提下，對于一個(gè)既定的供熱系統，在不同的室外溫度下情況下，都有一個(gè)與其對應的**的循環(huán)流量和**溫度（溫差）。所以，**的運行調節方式是“質(zhì)”和“量”的綜合調節，就是在供熱運行調節的過(guò)程中，根據室外溫度的變化，既改變循環(huán)流量又改變供水溫度。這種質(zhì)量的并調，一方面達到了**的供熱效果，另一方面達到了**限度的降低供熱的熱耗和電耗。但是，由于 “質(zhì)量并調”的運行方式存在熱網(wǎng)平衡上的困難，所以雖然近幾年國內不少供熱企業(yè)在一、二級熱網(wǎng)實(shí)施循環(huán)泵變頻調速變流量運行，進(jìn)行“質(zhì)”和“量”并調的工程實(shí)踐項目也較多，但實(shí)際運行效果不理想。具體表現是：流量的變化幅度不大，降不下來(lái)，運行中的流量多數都是高于設計狀態(tài)下的計算流量，遠遠沒(méi)有達到**調節工況的參數狀態(tài)，循環(huán)泵變頻調速僅成為解決設備大馬拉小車(chē)的手段，供熱系統節能潛力沒(méi)有真正挖掘出來(lái)。**根本的原因是因為缺乏簡(jiǎn)便、有效的調節熱網(wǎng)平衡的手段，阻礙了“質(zhì)量并調”運行方法的推廣應用。本文將對“質(zhì)量并調”運行方式的節能效果進(jìn)行理論上的闡述，并對實(shí)現“質(zhì)量并調”運行方式的管網(wǎng)調節利器―――自力式阻力平衡閥的原理和應用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
1、“質(zhì)量并調”運行方式的節能效果：
以吉林省長(cháng)春市為例，長(cháng)春市供熱期是165天，總計3960小時(shí)，根據多家熱力公司的數據顯示，長(cháng)春市在設計室外溫度下的實(shí)際耗熱量指標大約是52大卡。參見(jiàn)表一。
1.1、整個(gè)供熱期采用不改變流量的質(zhì)調節方式運行，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)調節運行方式，可以將供熱期分成三個(gè)階段：初寒期50天，循環(huán)流量按80％運行；末寒期50天，循環(huán)流量按80％運行；嚴寒期65天，循環(huán)流量按100％運行。
分階段改變流量的質(zhì)調節運行方式實(shí)際所耗用的流量與單純的質(zhì)調節運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(fǎng)的關(guān)系，根據公式：
采用分階段改變流量的質(zhì)調節運行方式與單純質(zhì)調節運行方式循環(huán)泵耗電量的比例分別為：
初寒期：N1＝51.2％
嚴寒期：N1＝100％
末寒期：N1＝51.2％
1.3、采用“質(zhì)量并調”的運行方式時(shí)，
根據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)調節運行方式時(shí)耗用的流量比是：
2606／（3960＊100％）＝65.81％
根據公式：
采用“質(zhì)量并調”的運行方式與單純質(zhì)調節運行方式循環(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：當采用單純的質(zhì)調節運行時(shí)，循環(huán)泵的耗電量是100％；當采用分階段改變流量的質(zhì)調節運行時(shí)，循環(huán)泵的耗電量是 70.4％，節電量是29.6％；當采用“質(zhì)量并調”的運行方式時(shí)，循環(huán)水泵的耗電量是28.5％，節電量是71.5％。參見(jiàn)表二。
雖然，理論計算上和實(shí)際工程中會(huì )有一些差異，但也足以說(shuō)明節能效果是很可觀(guān)的。它的意義不僅在于為熱力公司節省了成本，增加了利潤，還為國家的節能減排，為地球環(huán)境的改善做出了應有的貢獻，為造福子孫后代做出了貢獻。
項目質(zhì)調節分階段改變流量質(zhì)調節質(zhì)量并調
耗電量100％70．4％28.5％
節電量100％29.6％71.5％
2、自力式阻力平衡閥
目前，用于熱網(wǎng)調節的具有可調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，調節的目標是流量，**適合于質(zhì)調節的運行方式，缺點(diǎn)是不能應用于“質(zhì)量并調”的運行方式；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，熱計量系統的特點(diǎn)是用戶(hù)主動(dòng)變流量而熱力公司被動(dòng)的變流量系統，目前由于種種原因不能廣泛的推廣；平衡閥調節的目標是阻力平衡，表現形式是流量平衡，因此，理論上使用平衡閥進(jìn)行平衡調節的熱網(wǎng)系統可以適用于“質(zhì)量并調”運行方式。但是，由于平衡閥對于大型的管網(wǎng)系統調節能力比較差，平衡效果欠佳，調解過(guò)程過(guò)于復雜，用戶(hù)很少使用。
為了能使“質(zhì)量并調”這種顯著(zhù)節能的供熱運行方式得到廣泛的推廣，非常需要一種投資不高、節能效果高、平衡效果好的水力調節產(chǎn)品。劉兆軍先生從事水力平衡工作多年，經(jīng)過(guò)反復研究，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)，彌補了各自的缺點(diǎn)，完全適合于“質(zhì)量并調”的運行方式，適用于各種規模的一次網(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：
供熱系統中熱網(wǎng)上各用戶(hù)之間總體上來(lái)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，Pa/（m3/h）。
根據上面的基本公式得出以下結論：
1、對于一個(gè)水力元件、管段來(lái)講，只要它的具體結構不發(fā)生變化，其所通過(guò)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S值）不變時(shí)，即供熱系統中各熱用戶(hù)的阻力系數不變時(shí)，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中各熱用戶(hù)的流量也相應增加多少倍或減少多少倍。
3、當并聯(lián)管段中任一分支管段的阻力狀況（即阻力系數S值）發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)路總阻力系數必然隨著(zhù)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地發(fā)生變化。
根據上面的公式和結論，可以推導出以下結論：
當熱網(wǎng)中某一點(diǎn)的阻力系數發(fā)生變化之后，這一點(diǎn)前面的管段（即熱用戶(hù)），流量將呈不等比例的變化；這一點(diǎn)后面的管段（即熱用戶(hù)），流量將呈等比例的變化。
根據供熱管網(wǎng)的這些水力特性，當一個(gè)供熱系統采用質(zhì)量并調的運行調節方式時(shí)，循環(huán)水泵的變速運行相當于熱網(wǎng)總出口的阻力狀況（即阻力系數S值）發(fā)生了變化，循環(huán)泵出口后面的熱用戶(hù)即全部的熱用戶(hù)，其循環(huán)流量將等比例的變化。
熱網(wǎng)經(jīng)初調節達到阻力平衡之后，管網(wǎng)上各支線(xiàn)、各用戶(hù)閥門(mén)不再操作，其開(kāi)度固定不變（各個(gè)熱用戶(hù)環(huán)路阻力系數不變），熱網(wǎng)總流量再增減變化多少，網(wǎng)上各用戶(hù)流量也按相同的比例增減變化多少，而不會(huì )改變原來(lái)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(dòng)調節孔板、壓差自動(dòng)平衡機構、手動(dòng)調節孔板、壓力控制反饋管路、設定流量的刻度標尺等結構基礎上，增加了鎖定裝置和壓力檢測孔。不使用鎖定裝置時(shí)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)初調節階段，鎖定裝置完全打開(kāi)，該閥按自力式流量控制閥的調節方法進(jìn)行調節，熱用戶(hù)的流量很快達到平衡狀態(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(dòng)鎖定裝置，該閥變成了一個(gè)具有變流量性能的平衡閥。由于各個(gè)熱用戶(hù)平衡了，循環(huán)泵再進(jìn)行變速時(shí)，各用戶(hù)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，兩種功能可以根據具體需要進(jìn)行轉換。測壓檢測孔用來(lái)測量閥的進(jìn)出口壓力，并根據定流量狀態(tài)下的實(shí)際流量，計算出相應狀態(tài)下的阻力和阻力系數，這個(gè)性能對于設計人員進(jìn)行水力平衡工程設計和運行人員分析運行中的壓力、流量、阻力情況提供了簡(jiǎn)便準確的工具。
2.3、自力式阻力平衡閥的一般應用：如圖一，在進(jìn)行阻力平衡的初調節過(guò)程中，先關(guān)閉鎖定機構，使用自力式阻力平衡閥中恒流量功能，將５個(gè)熱用戶(hù)的流量按設計流量調節好，此時(shí)，５個(gè)熱用戶(hù)的流量是平衡的，在此流量狀態(tài)下的５個(gè)熱用戶(hù)環(huán)路的阻力（阻力系數）也是平衡的。此時(shí)，使用自力式阻力平衡閥的鎖定裝置，也就是鎖定了的５個(gè)熱用戶(hù)在此流量平衡狀態(tài)下的阻力平衡狀態(tài)（即５個(gè)熱用戶(hù)環(huán)路的阻力和阻力系數），由于各個(gè)熱用戶(hù)的阻力系數處于一個(gè)比較精確的平衡狀態(tài)，那末，當我們改變熱網(wǎng)循環(huán)泵流量的時(shí)候，５個(gè)熱用戶(hù)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中的應用：在熱計量系統中，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：**，保證溫控閥的正常工作壓差不大于0.1Mpa。第二，穩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)出口壓差很少達到0.2Mpa，除去沿程阻力的消耗，再除去支線(xiàn)、熱量表、過(guò)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(shí)，由于溫控閥的功能就是自動(dòng)根據室內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，而影響了室內溫度變化，溫控閥也會(huì )自動(dòng)調節，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，在熱計量系統中，管網(wǎng)的初調節和非熱計量系統一樣，如果調節不好會(huì )造成嚴重的水力失調。為此，在熱計量系統中，往往采用以超生必流量計測定每個(gè)管路的流量的同時(shí)用自力式差壓控制閥進(jìn)行流量的調節，與非熱計量系統中采用自力式流量控制閥（現在應該升級換代為自力式阻力平衡閥）進(jìn)行流量調節相比，費時(shí)費力。因此，如前面所講，熱計量系統是一個(gè)用戶(hù)主動(dòng)變流量熱源被動(dòng)變流量系統，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(lái)，不管是溫控閥對流量的自動(dòng)調節還是熱源對流量的自動(dòng)調節，都可以輕松的實(shí)現并維持熱網(wǎng)的平衡，更能方便供熱的運行和調節。當然，目前這只是一種推測，還需要實(shí)際工程的檢驗。
3、結論：
綜上所述，自力式阻力平衡閥既克服了平衡閥在初調節中大型熱網(wǎng)難于平衡這一劣勢，又克服了自力式流量控制閥調節的熱網(wǎng)只能按定流量的質(zhì)調節方式運行，熱網(wǎng)循環(huán)泵不能充分節能的缺點(diǎn)，因此我們認為，這種以自力式阻力平衡閥為調節工具，以熱網(wǎng)的阻力平衡為目標，以節能效果顯著(zhù)的“質(zhì)量并調”為運行方式的供熱系統，無(wú)論在非熱計量供熱系統還是在熱計量供熱系統必將得到廣泛的應用。
