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噴射泵技術在供熱系統(tǒng)的應用范文

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噴射泵技術在供熱系統(tǒng)的應用

摘要:針對集中供熱系統(tǒng)的現(xiàn)存問題,提出了噴射泵的混水技術,解決了供熱系統(tǒng)水力失調(diào)等問題,實現(xiàn)了節(jié)電和節(jié)熱。詳細介紹了噴射泵的結(jié)構(gòu)及原理,分析了節(jié)電和節(jié)熱的原理及潛力,并總結(jié)了噴射泵在多種場合的應用

關鍵詞:噴射泵,混水技術,供熱系統(tǒng)

我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展推動著北方城鎮(zhèn)建筑面積的不斷增長,北方城鎮(zhèn)集中供熱的面積也隨之增長,對傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)的挑戰(zhàn)也越來越大[1]。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的一二次網(wǎng)換熱存在流量不足和換熱效率低等問題,樓棟之間和用戶之間存在嚴重的水力失調(diào)等問題,換熱站后存在多種形式的末端采暖方式和高層建筑高低區(qū)供熱系統(tǒng)存在回水壓力差懸殊等問題,帶來的額外能耗也越來越多。傳統(tǒng)的一二次網(wǎng)換熱采用換熱機組換熱,存在換熱效果差,效率低,造成近端用戶過熱,遠端用戶不熱等問題。解決該問題通常采用增大流量或提高供水溫度的做法,能緩解末端不熱的狀況,但不能從根本上解決水力失調(diào)的問題;這樣做既降低了水力穩(wěn)定性,還會帶來額外的熱耗和電耗。對于末端熱用戶采用不同的供暖方式,所需的供水溫度不一致,也給傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)。對于高層建筑的高低區(qū)供熱系統(tǒng)并聯(lián),也給傳統(tǒng)供熱帶來了很大的額外水泵電耗。基于此,本文提出采用噴射泵混水技術,可以靈活應用在供熱系統(tǒng)中,解決供熱系統(tǒng)存在的問題,提高用戶舒適性的同時,節(jié)能效果也很明顯。

1噴射泵介紹

1.1噴射泵的結(jié)構(gòu)及原理

噴射泵主要由吸入室、噴嘴、混合管和擴散管幾部分組成,如圖1所示。工作流體在入口處的壓力作用下,從噴嘴(2)高速噴射出來,進而進入吸收室(1),變壓能為動能,壓力下降,低于吸入室引射流體的壓力,從而抽吸引射流體,一并進入混合管(3),在混合管(3)內(nèi)進行動能和熱能的交換,混合后的流體的溫度和速度趨于一致,再進入漸擴型擴散器(4)。混合流體的動能逐漸減小,壓力逐漸增大,增大至滿足供熱系統(tǒng)需求時,進入供熱系統(tǒng)。1.2噴射泵的優(yōu)點噴射泵的結(jié)構(gòu)既簡單、又緊湊,且安裝便捷;整體結(jié)構(gòu)無活動部件,無需消耗電能,免維修,壽命長;無振動噪聲,不擾民;運行可靠,不需要備件,有自吸功能;滿足不同溫度的使用,全封閉,無泄漏。

2噴射泵混水技術節(jié)電原理

對于供熱系統(tǒng)而言,最主要的電耗來源是循環(huán)水泵的運行電耗,水泵的運行功率與運行流量和揚程的關系為::(1)其中,N為運行功率;Q為運行流量;H為運行揚程;η為運行效率;a為常數(shù)系數(shù)。通過多個噴射泵實際應用項目的運行數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)改造前后系統(tǒng)的總壓降基本不變,而混水前的干管流量為改造前的一半。通過式(1)發(fā)現(xiàn),揚程基本不變,流量降低1/2,其余的基本不變,那么安裝了噴射泵后,循環(huán)泵的運行功率就降低約1/2,大大節(jié)省了循環(huán)泵的電耗。

3噴射泵混水技術節(jié)熱原理

供熱系統(tǒng)管網(wǎng)因水力失調(diào)引起的過熱損失約占整個供熱能耗的20%以上,能源浪費嚴重。因此,須提高供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性,解決供熱系統(tǒng)“近熱遠冷”和“冷熱不均”等問題,提高用戶的供熱品質(zhì),減少不必要的能源浪費,降低過熱損失[2]。供熱系統(tǒng)管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性是指管網(wǎng)的熱用戶在其他熱用戶調(diào)節(jié)流量時,保持自身流量不變的能力。通常用水力穩(wěn)定性系數(shù)y來衡量熱網(wǎng)的水力穩(wěn)定性[3]。(2)其中,y為熱用戶的水力穩(wěn)定性系數(shù);Gg為熱用戶的實際流量,m3/h;Gmax為熱用戶可能出現(xiàn)的最大流量,m3/h;ΔPy為熱用戶在正常工況下的壓力損失,MPa;ΔPw為正常工況下熱網(wǎng)干管的壓力損失,MPa。由式(2)可以看出:水力穩(wěn)定性系數(shù)值在0~1之間,數(shù)值越大穩(wěn)定性越好,數(shù)值越小穩(wěn)定性越差。因此,提高供熱系統(tǒng)水力穩(wěn)定性的方法:降低干管的壓降或提高末端的壓降。降低干管的壓降的方法有:1)擴大干管管路的管徑,初投資和材料消耗大大增加。2)降低干管的流量,使得干管的運行模式由傳統(tǒng)的“大流量小溫差”變?yōu)椤靶×髁看鬁夭睢薄L岣吣┒说膲航档姆椒ㄓ?1)增大用戶末端的壓降,安裝阻力閥等,需要增加更多的投資和材料消耗。2)提高用戶末端的流量,使得用戶末端的運行模式為“大流量小溫差”。綜上所述,采用噴射泵混水技術,不僅可以減少干管的流量,還可以加大用戶末端的流量,降低了干管的壓降還提高了末端的壓降,大大的提高了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性,使得熱用戶已經(jīng)沒有“遠”“近”之分,把不必要的熱量損失降到最低,解決末端用戶過熱或不熱的問題,提高用戶室溫舒適性的同時,最大程度的降低能耗,預計可節(jié)熱10%~30%[4]。

4噴射泵在供熱系統(tǒng)中的幾種典型應用

4.1噴射泵在一、二次網(wǎng)直連系統(tǒng)的應用

供熱系統(tǒng)實際一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的換熱,往往采用換熱站進行一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的換熱,存在一次網(wǎng)的流量不足,換熱效果差,換熱效率低,近端用戶過熱,遠端用戶不熱等問題。基于噴射泵的原理,可以利用一次網(wǎng)和二次網(wǎng)之間的大壓差,在一次網(wǎng)和二次網(wǎng)之間安裝噴射泵,取代換熱站內(nèi)的板換和二次網(wǎng)的循環(huán)泵,如圖2所示。直接換熱無熱損失,比間接換熱效率高,減少熱損,大大提高了換熱效率。同時,拉大了一次網(wǎng)的供回水溫差,解決了一次網(wǎng)因流量不足而熱量不足的問題,滿足末端用戶用熱需求的同時,還提高了系統(tǒng)的供熱能力,擴大供熱范圍[5]。

4.2噴射泵在樓棟入口處的應用

噴射泵混水技術在樓棟入口處的應用較早,即在樓棟前熱力入口處安裝噴射泵,如圖3所示,將二次網(wǎng)的供水與末端回水混合后送往末端用戶,使得二次干管以“小流量大溫差”運行,末端用戶以“大流量小溫差”運行,大大提高了整個供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性,且降低了二網(wǎng)循環(huán)泵的電耗以及解決了因水力不平衡帶來的室內(nèi)溫度冷熱不均等問題。還適用于末端同時存在地暖、散熱器等供水溫度需求不一樣的供熱系統(tǒng),通過不同的混水量,混合出適合不同末端形式所需的供水溫度,確保安全高效的運行。噴射泵在樓棟入口處的應用,還可以結(jié)合二網(wǎng)變頻循環(huán)泵,可實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)。采用質(zhì)調(diào)節(jié)時,只改變供回水溫差,不改變管網(wǎng)的流量,來調(diào)節(jié)供熱量,滿足不同負荷的變化需求。采用量調(diào)節(jié)時,通過變頻泵調(diào)節(jié)水泵的頻率,改變混水量,來調(diào)節(jié)供熱量,滿足不同負荷的變化需求。噴射泵與變頻泵結(jié)合的混水供熱技術,不僅僅解決了水力失調(diào)嚴重和室內(nèi)過熱損失的問題,還降低了閥門的節(jié)流損失,更大程度上實現(xiàn)節(jié)電和節(jié)熱[6]。

4.3噴射泵在高低區(qū)系統(tǒng)的應用

隨著建筑高度的不斷增加,供熱系統(tǒng)往往同時存在高區(qū)供熱管網(wǎng)和低區(qū)供熱管網(wǎng),在低區(qū)供熱管網(wǎng)上直連高區(qū)供熱管網(wǎng),流經(jīng)高區(qū)的回水壓力過大,使得回水干管上的壓力過大,供回水壓差減小,使得低區(qū)的流量不足,影響低區(qū)的供熱質(zhì)量。常規(guī)采用安裝節(jié)流閥門的方法實現(xiàn)高區(qū)回水的節(jié)流降壓,使得加壓泵提供的能量大部分消耗在閥門上[7]。噴射泵可以將浪費在節(jié)流閥上面的能量利用起來,將高區(qū)的回水和低區(qū)的回水混合,提高混合后的回水壓力,起到了回水管網(wǎng)上安裝加壓泵的作用,如圖4所示。在不需要消耗任何額外能源的情況下,提升了供熱系統(tǒng)的整體供熱能力,實現(xiàn)節(jié)能節(jié)電的目的[7]。圖4噴射泵在高低區(qū)系統(tǒng)的應用示意圖供水管回水管低區(qū)用戶高區(qū)用戶噴射泵還可以利用散熱器的回水給地暖系統(tǒng)的高低區(qū)供熱,如圖5所示,將散熱器的回水送至高、低區(qū)的地暖熱用戶,通過噴射泵將地暖高低區(qū)的回水混合,降低高區(qū)地暖回水的壓力,提高低區(qū)地暖回水的壓力,同時提升了回水干管的壓力,起到了回水加壓泵的功能。采用散熱器回水,也不需要混水來滿足地暖的供水溫度需求,充分的利用了熱量。對于末端用戶同時存在散熱器和地暖高低區(qū)的形式,為噴射泵的應用提供了一種新的方式[8]。

5結(jié)語

噴射泵混水技術能緩解傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)水力失調(diào)和額外能耗等問題,利用系統(tǒng)的富余“壓頭”,無需消耗額外的能耗,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,不僅僅提高了末端用戶的舒適性,尤其是保障了最不利末端用戶的供熱效果,也消除了末端用戶的“遠近”之分,實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的節(jié)電和節(jié)熱,節(jié)能效果非常的顯著。

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作者:孫發(fā)君 郝軍 田志偉 劉自帥 單位:京源中科科技股份有限公司

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