燃气锅炉供暖系统的不同型式及分析.doc

燃气锅炉供暖系统的不同型式及分析摘 要 本文阐述了燃气非集中供热（或称自治式热源供热）将在我国有较广泛应用的理由和燃气锅炉供热的某些特点，指出了为保证非冷凝式锅炉安全、可靠运行，必须使锅炉入口水温不低于40，流量不小于锅炉额定值的原因。文中给出了使用容积式燃气锅炉和即热式燃气锅炉供暖系统的不同型式的7张示意图，都力求热源侧和负荷侧水力工况、热力工况稳定、可调，减小水泵耗电和造价。例如：热功率小的系统，使用单式泵、热源侧旁通管和分集水器间压差调节阀，也可使系统有较好水力稳定性；大功率系统用双级泵后，在热源测再用旁通辅助泵，可使热源侧水力工况受用户影响小；大功率系统要降低造价可用即热式锅炉、无分集水器，在负荷侧设小压降短管或热源测设小压降短管等等，供设计时选用。关键词 燃气锅炉 供暖 特点 型式 分析1 燃气锅炉供热的某些特点燃气锅炉供热将有较广泛应用，理由为：我国能源结构调整，煤炭将主要用于大型电厂发电，中小容量供热锅炉将由燃煤改为燃油、燃气；西气东输、引进液化天然气等，将使广大地区用天然气这种清洁能源成为现实；天然气nm3热值约是人工煤气的2倍，而价格将不到2倍，“照付不议”和其它一些政策会陆续出台，平衡天然气产、供、销各部门利益，使消费者利益也得到保障；我国城市化正处于高速发展阶段，将有大量新建与改建房屋采用非集中供热系统，燃气是非集中供热系统最佳能源；市场经济体制建立使开发商、物业管理公司、业主更多考虑小区、自家利益，更注重经济核算，国家与单位补贴将逐步取消；经济发展地区大中城市和小城镇大量兴建的住宅小楼和城郊别墅多为非标建筑等等，这些因素都促使燃气非集中供热应用量不断增大。我国早在解放前的上海、天津等城市少层小洋房里就已应用独立式自然循环热水供暖系统，例如：上海延安中路昇平街里的原上海纺织同业会所（1965年上海房地局四清工作团团部所在地）三层小楼就装有独立式供暖供热水系统。其特点是简单、可靠，供电中断不会影响供热。但设计时要求精确做水力计算，管径较机械循环系统大，耗金属多，垂直顺流式单组散热器难有效调节。解放后我国集中供热事业有了很大发展，现在随西气东输，除独户式燃气供热会增加外，更多的将是小区式燃气非集中供热，或称为自治式热源供热。它的特点有：采用机械循环，要求不间断供电；锅炉燃烧及整个系统控制的自动化程度高，用户端用热量个别调节时整个系统仍能保持较好的水力稳定性；用户数量多，住宅可达100户，可既有住宅、旅馆供暖供热水的生活用热，又有游泳池地板供暖、池水加热、通风空调空气加热、食品机制各种生产工艺用热水等等不同类型用户；供暖系统的热负荷变化与室外气温成线性关系，不同国家设计工况（标准工况）下供回水温度95/70，90/70，80/60，供暖调节最简单方法是定流量质调法，但采用变流量调节法越来越多，散热器装热静力型温控阀可使个性化要求更能得到满足；当实际热负荷减小，供回水温度降低时，尤其是在有低温地板辐射供暖应用时，要保证非冷凝式燃气锅炉入口水温不过低，以免烟气中生成凝水损坏锅炉部件甚至发生事故，还要保证水流量不小于锅炉要求的额定流量gn，以免锅炉构件局部过热；热水供应用热高峰影响供暖等等。这些非集中燃气锅炉供热的特点，尤其后几点值得重视。本文给出燃气锅炉供暖系统的一些型式、它们的优缺点和设备选择公式，供设计应用时参考。2 容积式锅炉供暖系统型式为保证稳定、可靠运行，通常用压降小的分、集水器分成热源侧和负荷侧两部分，使水力工况有条件地相对独立。图1是用于热功率小的最简单的燃气锅炉供暖系统型式，锅炉给水泵兼作系统循环泵，即单式泵系统。为防止锅炉入口水温过低，设旁通管，温度调节阀调节流量。各用户水力工况和热力工况的稳定性靠系统启动时的初调整与运行调节保证。当散热器使用温控阀和游泳池池水加热出现高峰用热量等情况下，系统平衡会被破坏，在分、集水器之间的旁通管上装压差调节阀可在一定程度上使系统的水力工况稳定。图1 简单的单级泵供暖系统型式示意图图2所示系统中分、集水器之间不设旁通管，用户可用二次泵，特别是象用户那样设置由供水温度控制的三通流量调节阀，使进入每一用户的热媒温度有可调性。但用户侧对热源侧水力工况的影响还是十分明显的。图2 双级泵供暖系统型式图3是一些国外锅炉制造公司样本资料建议采用的型式。其特点是热源侧泵（锅炉给水泵）装在旁通管上，目的是要使流经锅炉的水流量保持稳定，但因热媒在热源侧和负荷侧每一用户环路的循环，都是依靠各用户循环泵的工作实现的，热源侧管路与负荷侧管路串联，各用户变工况工作时使负荷侧发生水力阻力改变，而锅炉泵处于旁通管上，因此流经锅炉的水量不会稳定不变。在这种型式的系统里，用户的循环泵的扬程都大于锅炉泵。此外，这种型式另一特点是：分集水器中压力相反地是前者小于后者。锅炉供水管中的静压应能保证水不汽化（尤其对105/70，95/70的系统），以此确定整个系统的静压分布。图3 热源侧泵装在旁通管上的系统型式（国外锅炉样本推荐图）当采用图4型式时，热源侧水力工况受用户影响可降到最小程度。锅炉泵可使流经锅炉水量稳定，符样本要求值gn，且入口水温t/tn额定值。另一根旁通管上温度调节阀可保证用户侧按室外空气温度tw变化质调节所需供水温度ts，这时锅炉出水温度t/可在用户任意工况下维持恒定值（例如设计的95）。通过调节锅炉燃烧器改变锅炉产热量，同时改变锅炉入口水温，即减小锅炉进出水温差t=t/t/,使锅炉在任意负荷下保持稳定工作，可以说这是一种较好的型式。后面的实例用的就是这种型式。图4 双级泵再设旁通辅助泵的系统型式要使热源侧的负荷侧两回路水力上完全无关，可采用图5用换热器间接连接（常用板式换热器）的系统型式。板换可装在锅炉房，当各用户离热源较远时也可与循环泵一起装在用户处。尽管板换较贵，但可避免锅炉一次回路腐蚀与结垢。各用户负荷变化时，可用图中或两种方法设置三通温度调节阀调用户供水温度。不宜在热源测与负荷侧供水管线上装二通调节阀，因两回路中热媒流量是经常变化的。为避免锅炉入口水温过低，宜设图示的旁通管装流量调节阀。（图注：gn锅炉额定水流量；gg锅炉给水泵流量；gp旁通管流量；g负荷侧总流量；pg锅炉给水泵扬程；pp旁通辅助泵扬程；p二次泵扬程；p用户循环泵扬程；pg锅炉阻力；ps热网阻力；p热源侧或一次回路阻力；p负荷侧或二次回路阻力；pmax负荷侧最不利回路阻力；p用户回路阻力；p用户回路阻力；pbh板式换热器阻力。）图5 热源侧与负荷侧用板式换热器间接连接的系统型式3 即热式锅炉供暖系统型式图6所示系统型式简单、实用。其特点是：负荷侧各用户用小压降（接近于零压降）图6 负荷侧设小压降短管的系统型式短管ab，cd，把供、回水相连。这种小压降对一次回路工况变化影响小，各用户相互影响也小，因各用户供回水管与短管ab、cd等（建议短管长度300mm左右）并联，水量分配比例是由各用户泵决定。它与有分集水器的图1、图2、图4不同，后者有分集水器之间的压差对循环也起作用。因各用户是串联在热网分配管上，因此水温是逐渐降低的，集中质调只适于沿流向第一个用户，其它用户在考虑温降条件下再就地调节（见图6中用温度调节阀调旁通流量）。系统的水力稳定性依赖一次泵的正确选择，流量要计旁通管流量，在各种工况下都应满足锅炉入口t/45的锅炉安全运行条件。图7系统也有小压降（接近零压降）短管（建议ab300mm），只是在热源侧。与图6型式比，热源侧泵的扬程减小，部分循环动力由用户泵承担，因此用户泵选择时必须计入与热源连接的管段ac、db上的压损。图6与图7的系统都无分、集水器，适于热源到用户较远，热网承担全部用户流量的系统。ab中水力工况随用户系统中水流量变化而变化，在计算条件（冬季最大负荷）下取压降为零，流量为零，这时保证计算流量通过锅炉。在任何部分负荷工况下，短管ab在热源侧起补偿管作用，其中流量大小与锅炉泵工作有关，也随各用户负荷变化而变化。图7 热源侧设小压降短管的系统型式4 实例与结语某图4所示供暖系统。冬季采暖室外计算温度t/w-28，供回水温度95/70，采用质调节。设计热负荷q/=720kw，选volfrendamax公司有可调燃烧器的容积式锅炉r18210，额定热功率qn=756kw，额定水流量gn=38m3/h=10.56kg/s，锅炉阻力pg=29.0kpa。选择旁通辅助泵流量保证锅炉额定流量gp=gn=38m3/h，扬程克服锅炉阻力和旁通回路管道阻力pp=pg+pp。第二旁通管上的温度-流量调节阀按最大流量gp=6.04kg/s选择。锅炉泵按热网流量gs=6.88kg/s及最大环路阻力选择，其它如表所示。tw,q,kwt/,t/,t,g,kg/st/s,t/s,gs,kg/sg/,kggp,kgg/p,kg282010010720600450300150959570707078.781.559.963.566.616.313.510.16.53.410.5610.5610.5610.5610.569581.064.248.332.77060.248.248.332.76.876.886.886.886.886.874.115.012.170.843.696.455.558.399.7202.771.874.716.04上述各种供暖系统都是使用单台锅炉的型式。象热水供应系统一样也可用几台锅炉并联运行，这时每台锅炉要有独立的给水泵和阀门组件，并