供热输配系统节能潜力分析与多级泵系统的应用.doc

《供热输配系统节能潜力分析与多级泵系统的应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、供热输配系统节能潜力分析与多级泵系统的应用哈尔滨工业大学王芃邹平华范亚伟摘要首先通过基于供热输配系统需用功率的热网简化，建立系统最大节能潜力的计算公式。然后作出适当假设，分析了影响供热输配系统节能潜力的几个重要因素，指出对于采用传统供热系统形式的不同热网，其输配系统的节能潜力高低不一。最后据此阐述了供热多级泵系统在简单环网和各种枝网中的应用条件。关键词集中供热多级泵系统节能0引言在集中供热系统中，总是力图使热源产生的热量能够被按需分配给各个热用户。然而实际运行中，按需分配的代价有时能够达到整个系统运行费用的30%甚至更高

2、[1]。究其原因，传统的供热系统主要依靠在热源设置循环水泵以提供循环动力，一方面循环水泵的选型考虑了一定的富裕量，另一方面热用户处的多余的资用压头被调节阀消耗以获得理想的水力工况。这些都使很多供热输配系统存在着可观的节能潜力，为此国内学者提出了变速泵代替调节阀[2]的供热多级泵系统（又称分布式变频水泵系统）形式[3]。此后，多级泵系统的节能特性也从其诸多特点中一跃成为焦点，部分研究通过单一算例验证了节能率，但是并没有作出全面的分析。本文试图通过研究供热输配系统的节能潜力，分析其主要影响因素，说明多级泵系统节能率的多少是有

3、条件和限度的。同时本文的研究结果是在水泵选型恰当、变速装置配备合理下得到的。如果实际工程中水泵选型过大，且无变速装置，那么在这种条件下改造的系统，其节能率要大于本文所讨论的情况。1供热输配系统的节能潜力1.1传统供热系统的热媒输送能耗计算对于多热源环状热网，系统汇流点的分布决定了各个热源的供热范围。为了分析与计算各热源循环水泵的设计扬程，通过汇流点可以将整个网络分解为多个子网络，每个子网络仅包含一个热源。以图1所示双热源单环热网为例（见图1(a)），系统汇流点位于A、B两点，于是热网可以分解为两个子网络（见图1(b)），

4、它们分别包含热源S1和S2。对于热源S1所在的子网络，如果S1ànA的压降大于S1ànB的压降，则该子网络的最不利环路为S1ànA。S1的循环水泵的扬程可以通过计算该最不利环路确定。由于S1àA的压降等于S2àA的压降，因此确定S2子网络的最不利环路为S2ànA，得到S2的循环水泵扬程。于是，输配系统的总能耗为各循环水泵的能耗之和。针对分解后的“单热源枝状结构”的网络S1ànA，设最不利用户nA的设计流量为Gun，设计需用压头为Hun；从热源到最不利用户的主干线之间有n-1个支干线连接点，各连接点的设计出流量为Gci；主

5、干线各管段（单程）的设计压降为Hpj；热源设计需用压头为Hs。详见图2。则传统供热系统的水泵总功率为：(1)式中N0—传统供热系统循环水泵的总功率，W；2.78—单位换算系数；η—水泵效率，本文假设热网中各台水泵效率相同；Hs—热源设计需用压头，m水柱；Hpj—第j段管段的设计压降，j=1,…,n，m水柱；Hun—最不利用户nA的设计需用压头，m水柱；Gci—第i个连接点的设计出流量，i=1,…,n-1，t/h；Gun—最不利用户nA的设计流量，t/h。(a)(b)图1双热源单环热网及其分解示意图(a)双热源单环热网平面

6、图；(b)分解图本例的双热源单环热网可以分解成两个“单热源枝状”结构的子网络。但是复杂的环网将可能分解成多个“单热源环状”结构子网络，它超出下文提供的热网结构简化方法和基于此的论述范围。本文述及的环状热网仅针对能够分解成“单热源枝状”结构子网络的简单环网。1.2基于需用功率的热网结构简化1.2.1供热系统热媒输送的需用功率供热系统在热媒输送过程中需要克服网路中各个部分的阻力，假设在热源、热用户和热网各管段上合理设置相应流量和压头的水泵，让网路中各个部分分别克服自身阻力，而不产生多余的资用压头（即无节流损失），则系统的热媒

7、输送功率能够达到最小值。定义该最小值为供热系统热媒输送的需用功率，显然它是热源、热网和热用户三个部分的需用功率之和。对于图2(a)所示的单热源枝状热网，共有b根管段，m个热用户，则输配系统需用功率为：(2)式中Nmin—供热系统热媒输送的需用功率，W；Gui—第i个热用户的设计流量，i=1,…,m，t/h；Gpj—第j根管段的设计流量，j=1,…,b，t/h；Hui—第i个热用户的设计需用压头，i=1,…,m，m水柱。1.2.2基于需用功率的热网结构简化由于传统供热系统能耗计算的特殊性，为了使需用功率的计算式(2)与式(

8、1)中的节点和管段编号相对应，热网结构必须作出一定简化。单热源枝状热网的路由总是由一条从热源通往最不利用户的主干线，以及若干条由主干线上节点引出的支干线和用户支线组成。对于图2(a)所示的单热源枝状热网通常可以简化成图2(b)的结构。定义主干线节点为当量热用户节点，它包括了该节点引出的支干线及其上的所有热用户。并定义