噴射泵技術在供熱系統的應用范文
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摘要:針對集中供熱系統的現存問題，提出了噴射泵的混水技術，解決了供熱系統水力失調等問題，實現了節電和節熱。詳細介紹了噴射泵的結構及原理，分析了節電和節熱的原理及潛力，并總結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
我國城鎮化的快速發展推動著北方城鎮建筑面積的不斷增長，北方城鎮集中供熱的面積也隨之增長，對傳統的供熱系統的挑戰也越來越大［1］。傳統供熱系統的一二次網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供熱系統存在回水壓力差懸殊等問題，帶來的額外能耗也越來越多。傳統的一二次網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的問題;這樣做既降低了水力穩定性，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，也給傳統供熱系統帶來了挑戰。對于高層建筑的高低區供熱系統并聯，也給傳統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中，解決供熱系統存在的問題，提高用戶舒適性的同時，節能效果也很明顯。
1噴射泵介紹
1．1噴射泵的結構及原理
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需求時，進入供熱系統。1．2噴射泵的優點噴射泵的結構既簡單、又緊湊，且安裝便捷;整體結構無活動部件，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噴射泵混水技術節電原理
對于供熱系統而言，最主要的電耗來源是循環水泵的運行電耗，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為常數系數。通過多個噴射泵實際應用項目的運行數據，發現改造前后系統的總壓降基本不變，而混水前的干管流量為改造前的一半。通過式(1)發現，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，循環泵的運行功率就降低約1/2，大大節省了循環泵的電耗。
3噴射泵混水技術節熱原理
供熱系統管網因水力失調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，須提高供熱系統的水力穩定性，解決供熱系統“近熱遠冷”和“冷熱不均”等問題，提高用戶的供熱品質，減少不必要的能源浪費，降低過熱損失［2］。供熱系統管網的水力穩定性是指管網的熱用戶在其他熱用戶調節流量時，保持自身流量不變的能力。通常用水力穩定性系數y來衡量熱網的水力穩定性［3］。(2)其中，y為熱用戶的水力穩定性系數;Gg為熱用戶的實際流量，m3/h;Gmax為熱用戶可能出現的最大流量，m3/h;ΔPy為熱用戶在正常工況下的壓力損失，MPa;ΔPw為正常工況下熱網干管的壓力損失，MPa。由式(2)可以看出:水力穩定性系數值在0～1之間，數值越大穩定性越好，數值越小穩定性越差。因此，提高供熱系統水力穩定性的方法: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的“大流量小溫差”變為“小流量大溫差”。提高末端的壓降的方法有: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，大大的提高了系統的水力穩定性，使得熱用戶已經沒有“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，預計可節熱10%～30%［4］。
4噴射泵在供熱系統中的幾種典型應用
4．1噴射泵在一、二次網直連系統的應用
供熱系統實際一次網和二次網的換熱，往往采用換熱站進行一次網和二次網的換熱，存在一次網的流量不足，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，可以利用一次網和二次網之間的大壓差，在一次網和二次網之間安裝噴射泵，取代換熱站內的板換和二次網的循環泵，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，拉大了一次網的供回水溫差，解決了一次網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的水力穩定性，且降低了二網循環泵的電耗以及解決了因水力不平衡帶來的室內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，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，還可以結合二網變頻循環泵，可實現供熱系統的質調節和量調節。采用質調節時，只改變供回水溫差，不改變管網的流量，來調節供熱量，滿足不同負荷的變化需求。采用量調節時，通過變頻泵調節水泵的頻率，改變混水量，來調節供熱量，滿足不同負荷的變化需求。噴射泵與變頻泵結合的混水供熱技術，不僅僅解決了水力失調嚴重和室內過熱損失的問題，還降低了閥門的節流損失，更大程度上實現節電和節熱［6］。
4．3噴射泵在高低區系統的應用
隨著建筑高度的不斷增加，供熱系統往往同時存在高區供熱管網和低區供熱管網，在低區供熱管網上直連高區供熱管網，流經高區的回水壓力過大，使得回水干管上的壓力過大，供回水壓差減小，使得低區的流量不足，影響低區的供熱質量。常規采用安裝節流閥門的方法實現高區回水的節流降壓，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流閥上面的能量利用起來，將高區的回水和低區的回水混合，提高混合后的回水壓力，起到了回水管網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，提升了供熱系統的整體供熱能力，實現節能節電的目的［7］。圖4噴射泵在高低區系統的應用示意圖供水管回水管低區用戶高區用戶噴射泵還可以利用散熱器的回水給地暖系統的高低區供熱，如圖5所示，將散熱器的回水送至高、低區的地暖熱用戶，通過噴射泵將地暖高低區的回水混合，降低高區地暖回水的壓力，提高低區地暖回水的壓力，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的形式，為噴射泵的應用提供了一種新的方式［8］。
5結語
噴射泵混水技術能緩解傳統供熱系統水力失調和額外能耗等問題，利用系統的富余“壓頭”，無需消耗額外的能耗，提高了系統的穩定性，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，實現了供熱系統各個環節的節電和節熱，節能效果非常的顯著。
參考文獻:
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［8］任衛英，張鑫．水噴射泵在供熱系統中的應用［J］．能源與節能，2011(1):62-64．
作者：孫發君 郝軍 田志偉 劉自帥 單位：京源中科科技股份有限公司