多熱源環狀管網動力輸送系統、系統配置方法及運行方式的製作方法
2023-08-11 03:05:01
專利名稱：多熱源環狀管網動力輸送系統、系統配置方法及運行方式的製作方法
技術領域：
本發明涉及集中供熱系統，尤其是多熱源環狀管網集中供熱系統。
背景技術：
在集中供熱系統中，動力輸送系統為循環熱媒提供輸送動力。動力輸送系統主要包括循環水泵、水泵進出口管道、閥門、附件及水泵的控制裝置等。動力輸送系統的配置是否合理，對供熱系統運行的運行經濟性及安全可靠性產生重要影響。多熱源環狀管網供熱系統的管網結構及運行方式具有以下特點(1)主幹管網由一個或多個環狀管網組成。( 具有多個熱源，每個熱源均設置相應的動力輸送系統。(3) 運行的多個熱源的動力輸送系統互相影響。(4)在整個採暖季，投入運行的熱源及其所屬的動力輸送系統按一定規律投入或退出運行。多熱源環狀管網的動力輸送系統，目前較多採用單熱源枝狀網動力輸送系統的配置方法和運行方式。其具體方法為劃分每個熱源的供熱區域，將多熱源環狀管網分解為多個單熱源枝狀管網；根據每個單熱源枝狀管網的流量和阻力，設計每個熱源的動力輸送系統。按照上述方法設置的多熱源環狀管網的動力輸送系統，在運行熱源的數量發生變化時，由於運行熱源的供熱區域發生變化，其輸送能力往往不能滿足部分用戶的要求，從而導致部分用戶的供熱效果較差。因此，目前已運行的多熱源環狀管網，為了保證供熱效果， 大多採用解裂運行方式(相鄰熱源的末端用戶之間設置關斷閥，將多熱源環狀管網分解為多個單熱源枝狀管網，所有熱源在整個採暖季均處於運行狀態)，導致多熱源環狀管網的優越性得不到充分發揮。因此，通過合理配置多熱源環狀管網的動力輸送系統及其運行方式，保證多熱源環狀管網在各種運行工況下所有用戶的供熱效果均能滿足要求，對於多熱源環狀管網的運行是非常必要的。與本發明最接近的現有技術是在《暖通空調》2002年第32卷第6期公開的「多熱源環網供熱技術」 一文。在該文中公開了以下幾種關於多熱源環狀管網動力輸送系統的設置技術(1)各熱源動力輸送系統的循環水泵宜選用變頻泵。在工況發生變化時，循環水泵變頻運行，其流量和揚程均發生變化。(2)各熱源動力輸送系統可分別選用幾臺不同型號的的定速泵作為不同工況下的循環泵。同一熱源在不同工況下的循環水泵應具有不同的流量。(3)各熱源動力輸送系統的循環水泵的揚程應基本相近，流量應根據各熱源所負擔的運行工況來確定。以上技術措施均提出，在不同的運行工況下，多熱源環狀管網的同一熱源的動力輸送系統，其循環水泵應具有不同的運行流量。但是，多熱源環狀管網供熱系統的一個重要優勢，是優先運行供熱成本低、運行效
5率高的熱源，而當供熱成本低、運行效率高的熱源達到最大供熱能力，仍不能滿足負荷要求時，再依次運行供熱成本相對較高或運行效率相對較低的熱源。也就是說，如果某一個熱源 (比如基本熱源或調節熱源)在整個供暖季同時參與幾個工況的運行，則在這幾種工況下， 該熱源均有可能達到其額定供熱能力。因此，同一熱源所屬的循環水泵的流量，在各種運行工況下均能滿足該熱源額定供熱能力要求，即在不同的運行工況下，同一熱源在達到其額定供熱能力時循環水泵應具有相同的流量。同時，由於多熱源環狀管網結構複雜，熱源及其動力輸送系統互相影響，水力工況的定量分析難度很大。為了保證其水力工況的定量分析能夠進行，並減少管網水力工況定量分析的工作量，多熱源環狀管網在每一種運行工況下應具有確定的流量。鑑於以上兩方面的原因，對於多熱源環狀管網供熱系統，同一熱源在各種不同運行工況下的循環水泵應具有相同的流量，且在每一種運行工況下各熱源的循環水泵均應採用「定流量」運行方式。多熱源環狀管網的動力輸送系統所屬的循環水泵的揚程，是由該熱源的額定供熱能力，該熱源的供熱範圍以及該供熱範圍管網的結構及水力狀況等因素共同確定的。在不同的運行工況下，該熱源的供熱範圍、該範圍的管網結構及水力狀況均將發生變化。因此， 在不同運行工況下，運行的熱源的動力輸送系統所屬的循環水泵的揚程必須根據具體工況的水力工況分析計算結果確定。而採用上述文獻中的技術措施，將會導致部分熱源投入或退出運行時，運行熱源所屬的循環水泵的輸送流量不能與熱源的供熱能力相匹配，循環水泵的揚程不能與其供熱範圍相匹配，從而導致部分熱源的供熱能力不能充分利用，而部分熱源又不得不超負荷運行，影響了多熱源環狀管網的安全可靠性和經濟性。
發明內容
本發明的目的是克服上述技術導致多熱源環狀管網供熱系統輸送能力不能適應運行熱源數量發生變化的缺點，通過技術改進，提供一種多熱源環狀管網的動力輸送系統。 該動力輸送系統主要通過合理配置循環水泵及其運行調節方式，使其輸送能力能夠滿足多熱源環狀管網在不同運行工況下的供熱要求，保證多熱源環狀管網供熱系統的正常運行。為達到上述目的，本發明的系統主要包括設置在各個熱源處的管道、附件和水泵控制裝置，其特徵在於，在各個熱源處還分別設置有一套或多套額定流量相同、額定揚程不同的定速循環泵；多套設置時，額定流量相同、額定揚程不同的多套循環水泵並聯安裝，每種工況下運行與之相對應的一套；要求設置的套數與該熱源的運行工況數相對應；在各用戶處設置有能夠定量控制流量的流量控制閥。本發明系統的配置方法如下第一步，確定每個熱源處設置的循環水泵套數首先劃分多熱源環狀管網供熱系統的運行工況，並確定熱源的投運順序。比如三熱源環狀管網可分為基本工況、調節工況和調峰工況三種不同工況；或者分為基本工況和兩個調峰工況。基本工況下，只有基本熱源投入運行；調節工況下，只有基本熱源和調節熱源投入運行；調峰工況下，基本熱源、調節熱源和調峰熱源均投入運行。對於四熱源環狀管網，可以根據熱源的投運順序不同，可以設置三種運行工況或四種運行工況。如果設置三種運行工況，則在運行工況發生改變時，會有兩個熱源同時投入或退出運行；如果設置四種運行工況，則四個熱源分別按一定次序投入運行或退出運行。在運行工況和熱源投入運行順序劃分的基礎上，確定在每個熱源處設置的循環水泵套數，要求循環水泵的套數與該熱源參與的運行工況數相對應；第二步確定每個熱源處循環水泵額定流量同一熱源在不同工況下的循環泵具有相同的額定流量，其流量均按下式確定
權利要求
1.一種多熱源環狀管網動力輸送系統，主要包括設置在各個熱源處的管道、附件和水泵控制裝置，其特徵在於，在各個熱源處還分別設置有一套或多套額定流量相同、額定揚程不同的定速循環泵；多套設置時，額定流量相同、額定揚程不同的多套循環水泵並聯安裝， 每種工況下運行與之相對應的一套，要求設置的套數與該熱源的運行工況數相對應；在各用戶處設置有能夠定量控制流量的流量控制閥。
2.一種如權利要求1所述的多熱源環狀管網動力輸送系統的配置方法，其特徵在於， 步驟如下第一步，確定每個熱源處設置的循環水泵套數首先劃分多熱源環狀管網供熱系統的運行工況，並確定熱源的投運順序，在運行工況和熱源投入運行順序劃分的基礎上，確定在每個熱源處設置的循環水泵套數，要求循環水泵的套數與該熱源參與的運行工況數相對應； 第二步確定每個熱源處循環水泵額定流量同一熱源在不同工況下的循環泵具有相同的額定流量，其流量均按下式確定G = (1.05-1.15) 86°gm3/h式中.Pitg-h)G——某熱源的額定流量，m3/h ；Q——某熱源的額定供熱量，kff ；P——額定回水溫度下水的密度，kg/m3tg、th——熱源或供熱管網的額定供、回水溫度，°C;第三步確定個熱源處循環水泵揚程同一熱源在不同運行工況下的循環水泵的流量相同，但揚程是不同的，其揚程應根據多熱源環狀管網在不同運行工況下的實際水力狀況，通過分析計算確定；具體確定方法為(1)首先將多熱源環狀管網分解為供水環網和回水環網，分別選定供水環網和回水環網的壓力基準點，壓力基準點應選擇同一熱源的供回水入網節點；(2)選擇某一工況作為計算工況，確定供水環網和回水環網各節點在該工況下的額定流量，並用矩陣表示^G = OlG AlG^--AmG Γ 及知=[仏// ,仏//,…，札「Γ(3)分別根據供、回水管網各節點的額定流量矩陣，計算確定供、回水管網各節點相對於各自壓力基準點的節點壓降矩陣PG =(Pu;,P2G」",PmGf 及 PH =(Pw,P2H,".,Pmnf(4)根據供水節點和回水節點的節點壓降，確定出多熱源環狀管網的最不利熱用戶其最不利用戶必然滿足如下數學關係式Apj = Pjg-Pjh = max(piG_piH) i = 1，2， ...，m 式中——最不利熱用戶J的供水環網節點壓降，HiH2O ； Pjh——最不利熱用戶J的回水環網節點壓降，HiH2O ； m——多熱源環狀管網節點(包括熱源節點和用戶節點)個數；(5)分別確定供、回水環網各節點的壓力矩陣設定最不利熱用戶J的最低壓力Δ巧=Δ Ρ(ι，Δ Ρ(ι為規範規定的熱用戶安全供熱所需的資用壓力的最小值，定壓點設在基準熱源的回水環網節點上，其定壓值為Po，則供、回水環網各節點的壓力矩陣為Pg ^ipo+apo+(pjg -pm)_pw,po + po+(pjg -pjh)-pig, …』po+ap0+(pjg ~pjh)-pmof ph = {Po - PwPo -pih^po- PmH (6)確定供、回水環網各對應節點間的壓差矩陣 ^p = pg-ph= ^px,^p2,...^pl,..)= IAPo +(pjg -Pjh)-(pig ~Pwlapo +(pjg _pm)_(p2g -pih、」.., Δα + (pJG-pJH)~(pmG -pmH)f(7)確定各熱源循環水泵在該工況下的揚程在該工況下運行的熱源節點，根據其供水環網節點流量的符號判定，若供水管網某節點流量< 0，則該節點對應的用戶必為熱源，因此，在該工況下運行的熱源所屬的循環水泵的論揚程按下式確定Hrk = Δp0+ (Pjg-Pjh)-(piG-piH) +H0 k = 1,2, ...,M式中Ha—k熱源循環水泵的揚程，mH20 ；Pie——k熱源對應的供水環網節點的節點壓降，mH20 ；PiH——k熱源對應的回水環網節點的節點壓降，HiH2O ；H0——在理論流量下熱源內部的阻力損失，可按規範規定取值，HiH2O ；M——在該工況下運行熱源的個數；(8)重複步驟( (7)，確定各熱源循環水泵在其它運行工況下的揚程； 第四步設置循環水泵根據確定的每個熱源對應的循環水泵套數、循環水泵的額定流量以及循環水泵的揚程，在每個熱源處設置相應套數的額定流量相同、額定揚程不同的定速循環泵及相應的配套裝置，多套循環水泵應並聯設置；並在各用戶處設置流量控制閥；當某一熱源的循環水泵在幾種不同工況下的額定揚程相差不大於5mH20時，該熱源在上述幾種工況的循環水泵及其配套裝置合併為一套。
3.如權利要求2所述的配置方法，其特徵在於所述的多熱源環狀管網有三個熱源和三種不同工況；三個熱源分別為基本熱源、調節熱源和調峰熱源；三種不同工況分別為基本工況、調節工況和調峰工況；其中基本熱源參與三種運行工況，三種工況下的動力輸送系統的配置參數為基本工況下， 額定流量Q = 294m3/h,額定揚程H = 85mH20 ；調節工況下，額定流量Q = 294m3/h,額定揚程 H = 68mH20 ；調峰工況下，額定流量Q = ^4m3/h，額定揚程H = 48mH20 ；調節熱源參與兩種運行工況，兩種工況下的動力輸送系統的配置參數為調節工況下， 額定流量Q = 214m3/h，額定揚程H = 58mH20 ；調峰工況下，額定流量Q = 214m3/h，額定揚程 H = 80mH20 ；調峰熱源只參與調峰工況的運行，計算得到該工況下的動力輸送系統的配置參數為 額定流量Q = 198m7h，額定揚程H = 76mH20。
4. 一種如權利要求1所述的動力輸送系統的運行方式，其特徵在於 基本工況下，只運行基本熱源及其在基本工況下的動力輸送系統，同時根據各用戶在基本工況下的額定流量設定熱用戶流量控制閥的開度；調節工況下，只運行基本熱源和調節熱源，並分別運行它們在調節工況下的動力輸送系統，同時根據各用戶在調節工況下的額定流量設定熱用戶流量控制閥的開度；如果多熱源環狀管網具有多個不同的調節熱源，且多個調節熱源根據熱負荷的變化情況按照一定的次序投入或退出運行，則該管網的調節工況可劃分為多個調節工況；不同調節工況下，分別運行與該調節工況對應的熱源及動力輸送系統；調峰工況下，基本熱源、所有調節熱源和調峰熱源均投入運行，並分別運行它們在調峰工況下的的動力輸送系統，同時根據各用戶在調峰工況下的額定流量設定熱用戶流量控制閥的開度；在每一種運行工況下，分別採用定流量的運行方式，依靠調節熱媒溫度適應系統的負荷變化。
全文摘要
本發明公開了一種多熱源環狀管網動力輸送系統、系統配置方法及運行方式。它是在各個熱源處分別設置有一套或多套額定流量相同、額定揚程不同的定速循環泵；多套設置時，額定流量相同、額定揚程不同的多套循環水泵並聯安裝，每種工況下運行與之相對應的一套；要求設置的套數與該熱源的運行工況數相對應；在各用戶處設置有能夠定量控制流量的流量控制閥。通過各種運行工況下運行的熱源分別啟用與該運行工況相應的循環水泵，保證了管網的輸送能力和管網在各種正常運行工況下的運行效果，並減少動力輸送系統的電能消耗。
文檔編號F24D19/10GK102261691SQ201110150269
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者馮永華, 劉靖, 徐文忠, 魏海霞 申請人:河南理工大學