談混水直供供熱技術在城鎮集中供熱中的應用

趙 永 翔

(忻州市熱力有限公司，山西 忻州 034000)

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談混水直供供熱技術在城鎮集中供熱中的應用

趙 永 翔

(忻州市熱力有限公司，山西 忻州 034000)

介紹了混水供熱的概念，探討了混水直接供熱系統的三種連接形式，闡述了各種連接形式的適用壓力工況、加壓泵的揚程及功率，總結了使用混水供熱應注意的問題，指出混水直供供熱技術具有熱利用率高、檢修費用少、供熱能力強等優勢。

混水供熱，旁通加壓式，加壓泵，揚程

混水直供供熱技術在目前的城鎮集中供熱中應用的比較少,其主要原因是人們對它的優勢認識不足和對供熱網絡調控缺乏便捷的手段，靠人工調節難度大，達不到預期的效果。但是隨著自動化調控軟件和變頻調速水泵、電動調節閥等調控設備在供熱系統中的成功應用，混水加熱直供方式的控制難題得到了很好的解決，從而能靈活適應各類熱用戶對不同采暖方式的需求,適應性好、造價低廉、節能效果顯著，在實際工程中應用越來越多，成為供熱行業普遍關注的熱點。

1 混水供熱的概念

在熱源和熱用戶之間增加混水站，在站內使用戶的部分回水和熱源輸出的一級網供水進行混合，作為熱用戶的二級網供水進行供熱的方式稱之為混水供熱。

2 混合比與溫度的關系式

混合比是指進入混水裝置中的二級網回水流量與一級網供水流量之比，在混水供熱中是非常重要的一個參數，直接決定著供熱效果。根據熱平衡原理，單位時間內進入混水裝置的一級網水放的熱量等于進入混水裝置的二級網水吸收的熱量，即Q1放=Q2吸，可以推導出混合比與一、二級網供、回水溫度之間的關系：

N=G2h/G1g=(t1g-t2g)/(t2g-t2h)。

其中，N為混合比；t1g為一級網供水溫度，℃；G2h為二級網回水混入流量，m3/h；t2g為二級網供水溫度，℃；G1g為一級網供水混入流量，m3/h；t2h為二級網回水溫度，℃。

從以上公式可以看到，只要給定一、二級網的設計供、回水溫度，就可以計算出散熱器、地暖、熱風空調等各種采暖方式的混合比。

根據我公司近幾年的實際運行情況，一級網的供水設計溫度在120 ℃～95 ℃之間；二級網地暖的設計溫度在50 ℃～40 ℃/40 ℃～35 ℃;熱風空調的設計溫度在60 ℃/50 ℃；散熱器的設計溫度在85 ℃/60 ℃，供熱質量合格率可達到98%以上，基本能滿足不同采暖方式的用熱戶的需求，不同參數下混水供熱混合比N的計算匯總表如表1所示。

表1 不同參數的混合比N值

3 混水供熱的三種常用連接形式

根據混水系統中使用的水泵不同,分為噴射泵和混水泵混水連接系統兩大類,近幾年各熱力公司為了降低供熱成本中的電耗,普遍使用變頻調速泵,使得變頻混水泵混水連接系統的使用日趨增多,根據一級網和二級網壓力工況,混水泵混水連接有很多種,如旁通加壓式、二級網供水加壓式、二級網回水加壓式、一網供水和旁通加壓式、二級網供水和旁通加壓式等，但是不同的連接方式，水泵的能耗不同，這里只介紹三種能耗最小的連接方式。

3.1 旁通加壓式

1)連接形式見圖1。

2)適用壓力工況。一級網側提供的資用壓頭不小于二級網側用戶阻力，即ΔP1≥ΔP2。

3)加壓泵的揚程及功率。水泵必須克服旁通管阻力ΔPp和用戶側阻力ΔP2，才能順暢循環，水泵應提供的揚程為ΔPp+ΔP2。

經過水泵的流量僅是進入混水裝置的二級網回水流量G2h，這種混水連接方式消耗的總有效功率為W=G2h(ΔPp+ΔP2)=NG1g(ΔPp+ΔP2)。

3.2 一網供水和旁通加壓式

1)連接形式見圖2。

2)適用壓力工況。一級網側提供的資用壓頭小于二級網側用戶阻力，即ΔP1<ΔP2。

3)加壓泵的揚程及功率。由于一級網側提供的資用壓頭小于二級網側用戶阻力，一級網側水泵B1應提供的揚程為一級網資用壓頭克服二級網側阻力的不足部分ΔP2-ΔP1。

經過水泵B1的流量為一級網供水流量G1g，B1消耗的總有效功率為W1=G1g(ΔP2-ΔP1)=G2h(ΔP2-ΔP1)/N。

水泵B3是推動二級網循環的，水泵必須克服旁通管阻力ΔPp和用戶側阻力ΔP2，水泵應提供的揚程為ΔPp+ΔP2。

經過水泵B3的流量為二級網回水進入混水裝置的流量G2h，B3消耗的總有效功率為W3=G2h(ΔPp+ΔP2)=NG1g(ΔPp+ΔP2)。

這種混水連接方式消耗的總有效功率為W=W1+W3=G1g(ΔP2-ΔP1)+G2h(ΔPp+ΔP2)=G2h(ΔP2-ΔP1)/N+NG1g(ΔPp+ΔP2)。

3.3 二網供水和旁通加壓式

1)連接形式見圖3。2)適用壓力工況。一級網側提供的資用壓頭小于二級網側用戶阻力且大于旁通管阻力，即ΔPp<ΔP1<ΔP2。3)加壓泵的揚程及功率。旁通管上水泵B3須克服一級網側壓差ΔP1和旁通管阻力ΔPp才能將二級網的部分回水打入一級網供水管中形成二級網供水,應提供的揚程為ΔP1+ΔPp,經過水泵B3的流量為G2h。

其功率W3=G2h(ΔP1+ΔPp)=NG1g(ΔP1+ΔPp)。

二級網側水泵B2應提供的揚程為一級網資用壓頭克服二級網側阻力的不足部分ΔP2-ΔP1,經過B2的流量為G1g+G2h。

其功率W2=(G1g+G2h)(ΔP2-ΔP1)=G1g(1+N)(ΔP2-ΔP1)。

這種混水連接方式消耗的總有效功率為W=W3+W2=G2h(ΔP1+ΔPp)+(G1g+G2h)(ΔP2-ΔP1)=NG1g(ΔP1+ΔPp)+G1g(1+N)(ΔP2-ΔP1)。

4 混水直供供熱技術的優勢

4.1 熱利用率高

在間接供熱的熱力站內通常換熱器是裸露的,在供熱期間每時每刻都在向外散熱,熱量損失很大,而混水直供供熱方式不需要換熱器，也就沒有換熱器的散熱損失，所以混水直供相對于間接供熱熱利用率更高。

4.2 檢修費用少

混水直供熱力站不設換熱器和軟化變頻定壓補水系統，不需要對其進行檢修，節省了檢修費用。

1)換熱器通常每隔一兩年都需要做定期的除垢清洗。熱力公司供熱通常是選用板式換熱器，這種換熱器流道間隙窄，流道間水流速度慢，尤其是水質控制不好，如樹脂老化、管網突發漏水事故，為了及時恢復供熱，緊急補生水等，很容易造成結垢，結垢后就需拆開用酸清洗。換熱器板片間密封墊容易老化、在清洗拆裝過程中也容易損壞，都需要更換，增加了密封墊的更換費用，我公司平均每年每臺換熱器總檢修費用約1 500元。2)目前間接供熱站內通常使用樹脂進行軟化，變頻泵進行定壓補水。樹脂在使用過程中軟化水能力在逐漸下降，為了保證水質，根據當地水質硬度指標，每隔幾年需要徹底更換一次，以我公司6 MW熱力站為例，每5年更換一次，需要500 kg,約需6 000元。另外還需要對變頻器、補水泵、壓力變送器、PLC柜進行保養和維護。

4.3 初投資費用低

1)采用混水直供連接方式,使一級網供回水的溫差增大,與傳統的間接供熱方式相比,在相同供熱量的情況下,一級網的管徑變小了,大幅度地降低了一級網的初投資。2)混水供熱熱力站工藝上不需要換熱器，也不需要二級網軟化變頻定壓補水系統，因此混水熱力站節省了這些設備的投資。3)由于熱力站設備減少了,站房面積及建站房征地面積都相應的減少了，熱力站土建造價明顯下降。所以混水熱力站相對于間接供熱造價明顯降低，以我公司6 MW熱力站為例，每個混水供熱熱力站比使用換熱器間接供熱的熱力站節省投資約50萬元。

4.4 運行費用低

1)采用混水直供連接方式供熱，減少換熱器阻力，降低了一級網循環動力電耗。

2)在混水站內充分利用一級網的資用壓頭，降低了二級網的循環動力電耗，僅二級網每平方米約節電0.3度。

4.5 增加了供熱能力

通過混水連接供熱系統供熱使得一級網溫差由原來的45 ℃～50 ℃增大到50 ℃～60 ℃，由于一級網供回水的溫差增大，在一級網流量不變的情況下，提高了管網的供熱輸送能力約20%。

5 使用混水供熱應注意的問題

1)準確繪制出選定建站點一級網和二級網水壓圖。

2)根據選定建站地點的一級網壓力和流量、二級網和用戶阻力情況，分別確定采取混水連接的形式。

3)選擇混水泵時流量和揚程要略大，用于解決由于設計誤差和用戶負荷變化造成的偏差問題。

4)為了有效、便捷調控熱網，達到供熱效果，要使用自動化控制系統。

5)在使用自動化控制系統進行調節時，各站的壓力變送器、溫度變送器、流量計精度要滿足需求，才能在保證供熱質量的前提下，降低耗熱量和耗電量等主要供熱成本。

6)自動化控制的無人值守站，要有超壓、失壓、停電等異常情況的保護功能。

混水供熱系統簡單、投資省、運行費用低、維護方便、能靈活適應各種不同采暖方式的熱用戶，在很多方面優于使用換熱器的間接供熱，值得推廣和應用。

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On application of mixing water direct heating mode in town centralized heat

Zhao Yongxiang

(Xinzhou Thermal Power Co., Ltd, Xinzhou 034000, China)

The paper introduces the concept for the mixing water heating, explores the three connections for the system, illustrates adapted pressure construction, hydraulic head and power of the pressure pump, and sums up the problems for the mixing water heating, and points out the technique has higher heat utility ratio, lower maintenance cost and higher power supply.

mixing water heat, bypass pressure type, pressure pump, hydraulic head

1009-6825(2016)12-0106-03

2016-02-19

趙永翔(1969- )，男，工程師

TU995

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