分布式噴射系統(tǒng)在供熱中的應(yīng)用分析

王端，孔祥新

（1.中石化新星山東新能源有限公司，山東 東營(yíng) 257000；2.山東省德潤(rùn)禾節(jié)能科技服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100）

1 傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的缺陷

1.1 靜態(tài)平衡閥

靜態(tài)平衡閥一般安裝在二網(wǎng)系統(tǒng)的近端過(guò)熱支路上，將多余的熱量供給末端，其流量調(diào)節(jié)靠人工手動(dòng)完成。由于換熱站出口的供回水溫度、溫差、壓差等參數(shù)是經(jīng)常變化的，造成系統(tǒng)阻力也經(jīng)常變化的，故靜態(tài)平衡閥通常只能對(duì)室外管網(wǎng)進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。

1.2 自立式壓差控制閥、自立式流量控制閥

自立式壓差控制閥、自立式流量控制閥的原理是：限定支路供回水壓差一定，局部流量即可限定。其結(jié)構(gòu)是：由彈簧力來(lái)平衡壓差力。由于潮濕環(huán)境，彈簧的材質(zhì)，工藝等因素會(huì)引起彈簧易受潮生銹，彈簧力就會(huì)發(fā)生改變，原設(shè)定的壓差就會(huì)變化，因此流量也會(huì)隨之發(fā)生變化。同時(shí)消耗掉了部分循環(huán)泵的壓頭浪費(fèi)。

1.3 恒溫調(diào)節(jié)閥

恒溫調(diào)節(jié)閥一般安裝在散熱片處，數(shù)量相對(duì)較多，因此故障率高；恒溫調(diào)節(jié)閥流通面積小，系統(tǒng)水質(zhì)如果不好，有雜質(zhì)，易造成調(diào)節(jié)閥阻塞，以上原因會(huì)使供熱單位的管理成本大大增加。用上述閥門進(jìn)行水力平衡調(diào)節(jié)時(shí)，雖能起一定作用，但在調(diào)節(jié)過(guò)程中，實(shí)際上相當(dāng)于增加了阻力元件，增加了被調(diào)管路的阻力。

2 噴射裝置在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 噴射裝置工作原理

噴射裝置工作原理是：從二網(wǎng)供熱系統(tǒng)中具有一定壓頭的高溫水，由噴嘴高速噴射出來(lái)，進(jìn)入吸入室，動(dòng)能增加，壓力下降，形成負(fù)壓區(qū)，可將用戶系統(tǒng)的一部分回水吸入并一起進(jìn)入混合管。在混合管內(nèi)兩者進(jìn)行熱能交換與動(dòng)能交換，使混合后的兩種流體的溫度、速度趨于一致，再進(jìn)入擴(kuò)散器。在漸擴(kuò)型的擴(kuò)散器內(nèi)，混合水的流速逐漸降低而壓力逐漸升高，當(dāng)壓力升至足以克服用戶系統(tǒng)阻力時(shí)被送入用戶供熱系統(tǒng)。噴射裝置壓力、流速變化曲線見(jiàn)（圖1）所示。

圖1

2.2 噴射裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）存機(jī)械安裝，無(wú)需其他動(dòng)能；（2）安裝方便，工作可靠，不需備件、免維修；（3）無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，壽命可達(dá)10～20年；全封閉、無(wú)泄漏。

2.3 分布組合式噴射供熱系統(tǒng)介紹

分布組合式噴射裝置供熱系統(tǒng)的核心技術(shù)是：在熱用戶樓前管道井內(nèi)或入戶前加裝噴射裝置，使熱用戶樓內(nèi)（戶內(nèi)）系統(tǒng)保持“大流量、小溫差”運(yùn)行模式，“大流量、小溫差”可以緩解樓內(nèi)垂直失調(diào)與水平失調(diào)問(wèn)題，提高供熱質(zhì)量，因不需要投入大量人力物力調(diào)節(jié)各用戶流量，即可以節(jié)熱又能降低運(yùn)行管理成本；而直供或間供二次管網(wǎng)輸配采用“小流量、大溫差”運(yùn)行模式，“小流量、大溫差”可是降低系統(tǒng)管網(wǎng)的沿程阻力，使系統(tǒng)供回水壓線變得平緩，因此各入戶處的壓降基本一致，從而起到水力平衡作用。

圖2中藍(lán)色線所示的是原有供熱系統(tǒng)水壓圖，由圖2可以看出：要使末端用戶與近端用戶具有相同的壓差，必須在系統(tǒng)近端用戶增加阻力元件，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的水力平衡，此時(shí)圖中藍(lán)色虛線下方區(qū)域就是電能浪費(fèi)的區(qū)域。紅色線所示的是分布組合式噴射供熱系統(tǒng)水壓圖，由圖可以看出： 供、回水壓線平緩，系統(tǒng)各個(gè)用戶壓差基本相同，因此同樣實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的水力平衡，而且該系統(tǒng)不存在電能浪費(fèi)的現(xiàn)象，同時(shí)用戶承受的供回水壓力都比原有系統(tǒng)要低，降低系統(tǒng)失水的概率。

圖2

2.4 分布組合式噴射供熱系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）分布：每個(gè)熱用戶前均需加裝噴射裝置，也可幾個(gè)熱用戶共用一個(gè)噴射裝置。

（2）自調(diào)節(jié)：分布組合式噴射供熱系統(tǒng)流量、用戶流量可根據(jù)用戶阻力變化自適應(yīng)。流量變化曲線見(jiàn)圖3。

圖3

（3）線性等比（正比）質(zhì)調(diào)節(jié)功能。分布組合式噴射供熱系統(tǒng)可使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒流量運(yùn)行，進(jìn)行線性等比“質(zhì)”調(diào)節(jié)，可取代傳統(tǒng)水力平衡技術(shù)。

（4）線性等比（正比）量調(diào)節(jié)功能。分布組合式噴射供熱系統(tǒng)可使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫差運(yùn)行，進(jìn)行線性等比“量”調(diào)節(jié)。分布組合式噴射供熱系統(tǒng)這種功能是傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)希望實(shí)現(xiàn)、而又無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

（5）水力穩(wěn)定性。通過(guò)上面公式可以看出，△PW越小，y值越大，水力穩(wěn)定性越好，當(dāng)個(gè)別用戶流量變化時(shí)，其他用戶的流量基本不受影響。

分布組合式噴射供熱系統(tǒng)就是采用即減少網(wǎng)路干管的壓降，同時(shí)又增加用戶系統(tǒng)的壓降來(lái)提高水力穩(wěn)定性。

2.5 解決問(wèn)題

（1）解決傳統(tǒng)水力（熱量）失衡問(wèn)題：包括樓與樓之間的水平失衡，樓內(nèi)垂直失衡與水平失衡；（2）由于系統(tǒng)供熱面積增加帶來(lái)的管網(wǎng)管徑相對(duì)變小，以及電力增容；（3）在大面積供熱系統(tǒng)中，一次采用分布式變頻引起各換熱站電量增加而造成的電力增容；（4）提高系統(tǒng)供回水溫差；（5）減少管網(wǎng)的系統(tǒng)阻力；（6）可分別滿足不同用戶（一步、二步、三步節(jié)能建筑、地暖、普通散熱片、空調(diào)等）不同供水溫度的要求，實(shí)現(xiàn)按需供熱；（7）降低運(yùn)行成本。

3 節(jié)電原理

3.1 循環(huán)泵運(yùn)行功率P、運(yùn)行流量G、運(yùn)行揚(yáng)程H的關(guān)系

由（1）式可知：循環(huán)泵運(yùn)行功率（P）與循環(huán)泵運(yùn)行流量（G）、循環(huán)泵運(yùn)行揚(yáng)程（H）成正比，即：

3.2 供熱系統(tǒng)總壓力損失Δp與運(yùn)行流量G’的關(guān)系

由（4）式可知：供熱系統(tǒng)總壓力損失（Δp）與運(yùn)行流量（G’）的平方成正比，即：

3.3 循環(huán)泵的運(yùn)行流量

3.4 循環(huán)泵的運(yùn)行揚(yáng)程

由上述公式可知：如果供熱系統(tǒng)阻力系數(shù)S不變、循環(huán)泵效率不變，循環(huán)泵運(yùn)行流量是原運(yùn)行流量的1/2時(shí)，循環(huán)泵運(yùn)行揚(yáng)程則是原運(yùn)行揚(yáng)程的1/4；由于噴射裝置本身消耗一定的壓頭，實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程為原來(lái)的7/8，循環(huán)泵運(yùn)行功率是原運(yùn)行功率的7/16。所以分布式組合式噴射系統(tǒng)節(jié)電率在50%以上。

4 節(jié)熱原理

由于噴射裝置供熱系統(tǒng)能適應(yīng)熱用戶需熱量的不同要求，熱用戶樓與樓之間的水力平衡問(wèn)題能得到徹底解決，與傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)相比，節(jié)熱量在5%左右。由于室內(nèi)散熱器的對(duì)流散熱量與散熱器內(nèi)熱媒平均溫度成線性關(guān)系；散熱器的輻射散熱量與散熱器內(nèi)熱媒平均溫度的4次方成線性關(guān)系。保持熱用戶樓（戶）內(nèi)“大流量、小溫差”運(yùn)行模式，是目前技術(shù)條件下大幅緩解熱用戶樓內(nèi)垂直失調(diào)和水平失調(diào)行之有效的方法，節(jié)熱量可達(dá)5%左右。

5 案例分析

青島黃島區(qū)巴登花園：因居民私自改造室內(nèi)熱力設(shè)施導(dǎo)致供熱管網(wǎng)各用戶中的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量存在偏差，出現(xiàn)水利失調(diào)，導(dǎo)致部分用戶過(guò)熱，部分用戶過(guò)冷。單元安裝了差壓平衡閥，換熱機(jī)組仍然啟動(dòng)2臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，存在著末端不熱，投訴較多，能耗偏高等情況。2020年9月對(duì)該小區(qū)進(jìn)行戶端噴射泵改造，改造的同時(shí)將原熱力系統(tǒng)中的各類平衡閥等阻力件進(jìn)行拆除或全部開(kāi)啟狀態(tài)，截止2012年4月9日停暖，原存在問(wèn)題全部得以解決，用戶零投訴，同時(shí)基本實(shí)現(xiàn)溫度平衡，能耗得到大幅下降。

表1

6 結(jié)語(yǔ)

分布式噴射供熱系統(tǒng)的安裝，通過(guò)實(shí)現(xiàn)二網(wǎng)“大溫差、小流量”運(yùn)行模式，大幅降低管網(wǎng)阻力，使得熱用戶前的壓差區(qū)域一致，從而達(dá)到二網(wǎng)的水力平衡，效果顯著：節(jié)電50%；節(jié)熱5%～10%；溫度平衡，投訴率降低；實(shí)現(xiàn)供熱能力增容；大幅降低人工維護(hù)成本；降低新建初投資成本等。