熱水網(wǎng)低負(fù)荷時該如何正確選擇循環(huán)水泵的揚程
1 問題的提出
熱水網(wǎng)供熱系統(tǒng)中,循環(huán)水泵的正確選擇,不僅涉及熱網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性,而且影響供熱質(zhì)量。目前,在熱水網(wǎng)供熱系統(tǒng)還沒有普及調(diào)速水泵的情況下,對大、中型熱水網(wǎng),為適應(yīng)采暖期室外大氣溫度變化對采暖建筑物設(shè)計室溫的影響,多采用中央質(zhì)調(diào)節(jié)和分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)在運行節(jié)能方面優(yōu)于中央質(zhì)調(diào)節(jié)而被廣泛采用。此外,當(dāng)供熱鍋爐房終期建設(shè)規(guī)模確定后,常因近期熱負(fù)荷循環(huán)水泵不足、建設(shè)資金不足等原因,按終期負(fù)荷確定外網(wǎng)管徑,而熱源則分期建設(shè)。在采暖初、末期或熱源分期建設(shè)時,熱網(wǎng)實際循環(huán)流量均小于設(shè)計循環(huán)流量的低負(fù)荷情況下,相應(yīng)的循環(huán)水泵揚程如何選擇,應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)分析,合理確定。
2 低負(fù)荷時水力工況分析
一般情況下,在終期設(shè)計負(fù)荷時,熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟(jì)比摩阻按60-80 Pa/m選用。當(dāng)采用分階段改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)或熱源分期建設(shè),而外網(wǎng)按終期確定管徑時,若采用分階段改變流量的調(diào)節(jié),宜選用揚程和流量不等的泵組。如果采用60~80 Pa/m的經(jīng)濟(jì)比摩阻去選擇低負(fù)荷時小流量泵的揚程。結(jié)果造成循環(huán)水泵選用功率過大,運行電耗高,系統(tǒng)運行工況不合理等弊病。
由流體力學(xué)基本原理可知,閉路循環(huán)系統(tǒng)的水流量G與其計算管段的壓力損失ΔP有如下關(guān)系式:
ΔP=kG2 (1)
(2)
式中:ΔPp為計算管段始、末端的壓力差,Pa; G為介質(zhì)循環(huán)流量,m3/s; k為管路綜合阻力特性數(shù),kg/m7; λ為沿程阻力系數(shù);Σζ為局部阻力系數(shù)之和; L 為管道長度,m; d 為管內(nèi)徑,m ; ρ為流體密度,kg/m3。
從式(1)可見,當(dāng)管網(wǎng)按終期管徑敷設(shè)完成后,只要不改變閥門開度,即ζ不變,對輸送一定密度、溫度的流體(對液體,當(dāng)溫度和壓力變化不大時,可以認(rèn)為其密度為常量)其管路綜合阻力特性為常數(shù)。管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力損失ΔP僅決定于通過管路的循環(huán)水流量G,且壓降變化隨流量變化成平方關(guān)系增減。因此,若設(shè)管路終期設(shè)計流量為G1,設(shè)計工況下的壓力損失為ΔP1,在采暖初、末期或熱源分期建設(shè)中的實際流量為G2,相應(yīng)壓力損失為ΔP2,則有:
(3)
例1.某市集中供熱鍋爐房熱水網(wǎng)終期設(shè)計流量為1 200 m3/h,熱網(wǎng)最遠(yuǎn)環(huán)路單長(計算長度)4 300 m,熱源近期供熱負(fù)荷為終期設(shè)計負(fù)荷的1/3,投運兩臺20 t/h蒸汽爐換熱,供熱水網(wǎng)相應(yīng)循環(huán)水量為400 m3/h。外管網(wǎng)按終期熱負(fù)荷一次建成供熱。原設(shè)計終期選用2臺(1備)流量1 200 m3/h,揚程80 m,電機功率355 kW水泵;近期低負(fù)荷時選用2臺流量400 m3/h,揚程50 m,電機功率75 kW水泵。
分析:熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟(jì)比摩阻取70 Pa/m,則最不利環(huán)路壓降ΔPmax=4 300×2×70=0.6 MPa=60 m揚程
該系統(tǒng)為兩級換熱,取換熱器單級阻損0.05 MPa。換熱器(兩級)總阻損:2×0.05 MPa=0.1 MPa=10 m揚程,則終期循環(huán)水泵揚程為:
ΔP終=1.15×(60+10)=80 m揚程
而近期實際總循環(huán)水量為400 m3/h,按式(2)求出其壓降ΔP2 =(400/1 200)2×800=88.9 kPa
分析可見,由于近期循環(huán)水量僅為終期的1/3,相應(yīng)總壓降只是終期的1/9,管路內(nèi)流速很低,管路阻損很小。顯然,原設(shè)計在低負(fù)荷時所選揚程50 m明顯較大。若考慮留夠裕量等因素,按低負(fù)荷時運行兩臺蒸汽爐,選兩臺流量200 m3/h,揚程20 m泵,則相應(yīng)電機功率為18.5 kW,其節(jié)電是明顯的。
例2.若按分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié),采用大、小泵配合配置組合方案,在嚴(yán)寒期運行大流量水泵,初、末寒期運行小流量水泵,一般取小流量水泵循環(huán)泵循環(huán)水量為大流量水泵的60 %~70 %,取65 %,仍以上例嚴(yán)寒期循環(huán)水量1 200 m3/h 初、末寒期循環(huán)水量= 0.65×1200=780 m3/h則:
ΔP2 =(780/1 200)2×800=338 kPa
低負(fù)荷時可選用2臺流量400 m3/h,揚程50 m,電機功率75 kW水泵。低負(fù)荷時可節(jié)電:(335-75×2)/335=57.7 %。
3 結(jié) 論
對低負(fù)荷工況,不可簡單地仍按熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟(jì)比摩阻60-80 Pa/m選擇低負(fù)荷用的循環(huán)水泵揚程,而應(yīng)對具體工況進(jìn)行具體分析,合理確定循環(huán)泵熱網(wǎng)低負(fù)荷時循環(huán)水泵的揚程、流量,不僅有利于節(jié)電,亦可避免大流量、低溫差不合理運行工況,保證供熱質(zhì)量。
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