談噴射泵技術(shù)在供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

孫發(fā)君 郝 軍 田志偉 劉自帥

(京源中科科技股份有限公司，北京 102488)

0 引言

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(yán)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(jī)組換熱，存在換熱效果差，效率低，造成近端用戶過熱，遠(yuǎn)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(shù)，可以靈活應(yīng)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(kuò)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(jìn)而進(jìn)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(jìn)入混合管(3)，在混合管(3)內(nèi)進(jìn)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(jìn)入漸擴(kuò)型擴(kuò)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(jìn)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(shù)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(guān)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(yīng)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(shù)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(yán)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(yuǎn)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(kuò)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?/p>

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(shù)，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(yuǎn)”“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(yù)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(yīng)用

4.1 噴射泵在一、二次網(wǎng)直連系統(tǒng)的應(yīng)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(jìn)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(yuǎn)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(kuò)大供熱范圍[5]。

4.2 噴射泵在樓棟入口處的應(yīng)用

噴射泵混水技術(shù)在樓棟入口處的應(yīng)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(yīng)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(fù)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(fù)荷的變化需求。噴射泵與變頻泵結(jié)合的混水供熱技術(shù)，不僅僅解決了水力失調(diào)嚴(yán)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(yīng)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]。

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(yīng)用提供了一種新的方式[8]。

5 結(jié)語

噴射泵混水技術(shù)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(yuǎn)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。