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喷射泵技术在供热系统的应用

2020/11/05 阅读:

摘要:针对集中供热系统的现存问题,提出了喷射泵的混水技术,解决了供热系统水力失调等问题,实现了节电和节热。详细介绍了喷射泵的结构及原理,分析了节电和节热的原理及潜力,并总结了喷射泵在多种场合的应用。

关键词:喷射泵,混水技术,供热系统

我国城镇化的快速发展推动着北方城镇建筑面积的不断增长,北方城镇集中供热的面积也随之增长,对传统的供热系统的挑战也越来越大[1]。传统供热系统的一二次网换热存在流量不足和换热效率低等问题,楼栋之间和用户之间存在严重的水力失调等问题,换热站后存在多种形式的末端采暖方式和高层建筑高低区供热系统存在回水压力差悬殊等问题,带来的额外能耗也越来越多。传统的一二次网换热采用换热机组换热,存在换热效果差,效率低,造成近端用户过热,远端用户不热等问题。解决该问题通常采用增大流量或提高供水温度的做法,能缓解末端不热的状况,但不能从根本上解决水力失调的问题;这样做既降低了水力稳定性,还会带来额外的热耗和电耗。对于末端热用户采用不同的供暖方式,所需的供水温度不一致,也给传统供热系统带来了挑战。对于高层建筑的高低区供热系统并联,也给传统供热带来了很大的额外水泵电耗。基于此,本文提出采用喷射泵混水技术,可以灵活应用在供热系统中,解决供热系统存在的问题,提高用户舒适性的同时,节能效果也很明显。

1喷射泵介绍

1.1喷射泵的结构及原理

喷射泵主要由吸入室、喷嘴、混合管和扩散管几部分组成,如图1所示。工作流体在入口处的压力作用下,从喷嘴(2)高速喷射出来,进而进入吸收室(1),变压能为动能,压力下降,低于吸入室引射流体的压力,从而抽吸引射流体,一并进入混合管(3),在混合管(3)内进行动能和热能的交换,混合后的流体的温度和速度趋于一致,再进入渐扩型扩散器(4)。混合流体的动能逐渐减小,压力逐渐增大,增大至满足供热系统需求时,进入供热系统。1.2喷射泵的优点喷射泵的结构既简单、又紧凑,且安装便捷;整体结构无活动部件,无需消耗电能,免维修,寿命长;无振动噪声,不扰民;运行可靠,不需要备件,有自吸功能;满足不同温度的使用,全封闭,无泄漏。

2喷射泵混水技术节电原理

对于供热系统而言,最主要的电耗来源是循环水泵的运行电耗,水泵的运行功率与运行流量和扬程的关系为::(1)其中,N为运行功率;Q为运行流量;H为运行扬程;η为运行效率;a为常数系数。通过多个喷射泵实际应用项目的运行数据,发现改造前后系统的总压降基本不变,而混水前的干管流量为改造前的一半。通过式(1)发现,扬程基本不变,流量降低1/2,其余的基本不变,那么安装了喷射泵后,循环泵的运行功率就降低约1/2,大大节省了循环泵的电耗。

3喷射泵混水技术节热原理

供热系统管网因水力失调引起的过热损失约占整个供热能耗的20%以上,能源浪费严重。因此,须提高供热系统的水力稳定性,解决供热系统“近热远冷”和“冷热不均”等问题,提高用户的供热品质,减少不必要的能源浪费,降低过热损失[2]。供热系统管网的水力稳定性是指管网的热用户在其他热用户调节流量时,保持自身流量不变的能力。通常用水力稳定性系数y来衡量热网的水力稳定性[3]。(2)其中,y为热用户的水力稳定性系数;Gg为热用户的实际流量,m3/h;Gmax为热用户可能出现的最大流量,m3/h;ΔPy为热用户在正常工况下的压力损失,MPa;ΔPw为正常工况下热网干管的压力损失,MPa。由式(2)可以看出:水力稳定性系数值在0~1之间,数值越大稳定性越好,数值越小稳定性越差。因此,提高供热系统水力稳定性的方法:降低干管的压降或提高末端的压降。降低干管的压降的方法有:1)扩大干管管路的管径,初投资和材料消耗大大增加。2)降低干管的流量,使得干管的运行模式由传统的“大流量小温差”变为“小流量大温差”。提高末端的压降的方法有:1)增大用户末端的压降,安装阻力阀等,需要增加更多的投资和材料消耗。2)提高用户末端的流量,使得用户末端的运行模式为“大流量小温差”。综上所述,采用喷射泵混水技术,不仅可以减少干管的流量,还可以加大用户末端的流量,降低了干管的压降还提高了末端的压降,大大的提高了系统的水力稳定性,使得热用户已经没有“远”“近”之分,把不必要的热量损失降到最低,解决末端用户过热或不热的问题,提高用户室温舒适性的同时,最大程度的降低能耗,预计可节热10%~30%[4]。

4喷射泵在供热系统中的几种典型应用

4.1喷射泵在一、二次网直连系统的应用

供热系统实际一次网和二次网的换热,往往采用换热站进行一次网和二次网的换热,存在一次网的流量不足,换热效果差,换热效率低,近端用户过热,远端用户不热等问题。基于喷射泵的原理,可以利用一次网和二次网之间的大压差,在一次网和二次网之间安装喷射泵,取代换热站内的板换和二次网的循环泵,如图2所示。直接换热无热损失,比间接换热效率高,减少热损,大大提高了换热效率。同时,拉大了一次网的供回水温差,解决了一次网因流量不足而热量不足的问题,满足末端用户用热需求的同时,还提高了系统的供热能力,扩大供热范围[5]。

4.2喷射泵在楼栋入口处的应用

喷射泵混水技术在楼栋入口处的应用较早,即在楼栋前热力入口处安装喷射泵,如图3所示,将二次网的供水与末端回水混合后送往末端用户,使得二次干管以“小流量大温差”运行,末端用户以“大流量小温差”运行,大大提高了整个供热系统的水力稳定性,且降低了二网循环泵的电耗以及解决了因水力不平衡带来的室内温度冷热不均等问题。还适用于末端同时存在地暖、散热器等供水温度需求不一样的供热系统,通过不同的混水量,混合出适合不同末端形式所需的供水温度,确保安全高效的运行。喷射泵在楼栋入口处的应用,还可以结合二网变频循环泵,可实现供热系统的质调节和量调节。采用质调节时,只改变供回水温差,不改变管网的流量,来调节供热量,满足不同负荷的变化需求。采用量调节时,通过变频泵调节水泵的频率,改变混水量,来调节供热量,满足不同负荷的变化需求。喷射泵与变频泵结合的混水供热技术,不仅仅解决了水力失调严重和室内过热损失的问题,还降低了阀门的节流损失,更大程度上实现节电和节热[6]。

4.3喷射泵在高低区系统的应用

随着建筑高度的不断增加,供热系统往往同时存在高区供热管网和低区供热管网,在低区供热管网上直连高区供热管网,流经高区的回水压力过大,使得回水干管上的压力过大,供回水压差减小,使得低区的流量不足,影响低区的供热质量。常规采用安装节流阀门的方法实现高区回水的节流降压,使得加压泵提供的能量大部分消耗在阀门上[7]。喷射泵可以将浪费在节流阀上面的能量利用起来,将高区的回水和低区的回水混合,提高混合后的回水压力,起到了回水管网上安装加压泵的作用,如图4所示。在不需要消耗任何额外能源的情况下,提升了供热系统的整体供热能力,实现节能节电的目的[7]。图4喷射泵在高低区系统的应用示意图供水管回水管低区用户高区用户喷射泵还可以利用散热器的回水给地暖系统的高低区供热,如图5所示,将散热器的回水送至高、低区的地暖热用户,通过喷射泵将地暖高低区的回水混合,降低高区地暖回水的压力,提高低区地暖回水的压力,同时提升了回水干管的压力,起到了回水加压泵的功能。采用散热器回水,也不需要混水来满足地暖的供水温度需求,充分的利用了热量。对于末端用户同时存在散热器和地暖高低区的形式,为喷射泵的应用提供了一种新的方式[8]。

5结语

喷射泵混水技术能缓解传统供热系统水力失调和额外能耗等问题,利用系统的富余“压头”,无需消耗额外的能耗,提高了系统的稳定性,不仅仅提高了末端用户的舒适性,尤其是保障了最不利末端用户的供热效果,也消除了末端用户的“远近”之分,实现了供热系统各个环节的节电和节热,节能效果非常的显著。

参考文献:

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[2]尹鹏,李德英,曾喜平.喷射泵在北方地区供热工程的应用与研究[J].区域供热,2017(5):87-91,125.

[3]贺平,孙刚.供热工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.

[4]孔令军,邢金成.自吸式喷射泵在供热系统中的节能效果分析[J].供热制冷,2017(6):30-32.

[5]闫永波.水喷射泵在一、二次网直连中的应用[J].科学之友,2010(13):26-28,30.

[6]王娜,孙方田,李德英,等.喷射泵与变频泵复合混水供热技术[J].区域供热,2013(4):63-65.

[7]王飞,陈志辉,丁雅亮.水喷射泵在高区直连系统中的应用[J].建筑热能通风空调,2007(5):64-67.

[8]任卫英,张鑫.水喷射泵在供热系统中的应用[J].能源与节能,2011(1):62-64.

作者:孙发君 郝军 田志伟 刘自帅 单位:京源中科科技股份有限公司

喷射泵技术在供热系统的应用

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