11《供热工程》第十一课 热水供热系统集中运行调节

第十一章热水供热系统的集中运行调节 能源与安全工程学院成剑林 第一节概述 运行调节是指当热负荷发生变化时 为实现按需供热 而对供热系统的流量 供水温度等进行的调节 热水供热系统的热用户 主要有供暖 通风 热水供应和生产工艺用热系统等 这些用热系统的热负荷不是恒定的 如果供暖通风热负荷随室外气象条件 主要是室外气温 变化 热水供应和生产工艺随使用条件等因素而不断变化 为保证供热质量 满足使用要求 并使热能制备和输送经济合理 就要对热水供热系统进行供热调节 11 一 运行调节的目的及特征 1 供暖热系统的运行调节 在城市集中热水供热系统中 供暖热负荷是最主要的热负荷 甚至是唯一的热负荷 热水供暖系统 供暖设备等 是根据供暖设计热负荷而确定 在实际运行过程中 建筑物供暖热负荷的大小及室内温度的高低随着室外温度 日照 风速等气象参数的改变而变化 如仍按设计热负荷向供暖建筑供热 多数时间会使室温过高而造成能源浪费 因此 在热水供热系统中 通常按照供暖热负荷随室外温度的变化规律 作为供热调节的依据 一 11 运行调节的目的及特征 2 运行调节的概念 运行调节指供暖系统热负荷根据室外温度的变化 按照热负荷随室外温度的变化规律 使散热设备的散热量与热负荷的变化规律相适应而进行的调节 由此进行的调节为运行调节 供热调节是在系统运行期间进行 一 11 运行调节的目的及特征 3 供热系统供暖调节的目的 供热系统供暖调节的目的在于供暖用户散热器的散热量与用户热负荷的变化规律相适应 从而达到热量供需平衡 即按需供热 以保证室内温度满足用户要求 一 11 集中供热调节方式 运行调节根据调节地点不同分为集中调节 局部调节和个体调节 集中调节在热源处进行 局部调节在热力站及建筑引入口进行 如分户计量用户根据室温自行调节 个体调节在散热设备处单独进行 如散热器手动或温控阀调节 一 11 集中供热调节方式 单一调节 对只有单一供暖热负荷的供热系统 往往需要对个别热力站或用户进行局部调节 调整用户的用热量 通常称为单一调节 供热综合调节 对有多种热负荷的热水供热系统 通常根据供暖热负荷进行集中供热调节 而对于其他热负荷 如热水供应 通风等热负荷 由于其变化规律不同于供暖热负荷 则需要在热力站或用户处配以局部调节 以满足其要求 对多种热用户的供热调节 通常称为供热综合调节 一 11 集中供热调节方法 1 质调节 2 量调节 3 分阶段改变流量的质调节 4 间歇调节 5 质量 流量调节 同时改变网路供水温度和流量热水供热系统的调节方式分为初调节和运行调节 热水供热系统中网路的水力工况对供热调节有着重要的影响 因此实现供热调节的前提必须进行流量调节 使热水网路在稳定工况下运行 一 11 第一节概述 热水供热系统供热调节的目的就是根据供暖热负荷随室外温度的改变而对热源的供热量进行调节控制 以便维持供暖建筑物室内所要求的温度 热平衡原理 当热水供暖系统在稳定状态下运行时 若不计管网沿途热损失时 存在下列平衡关系 热水供热系统的供热量应等于用户散热设备的散热量 同时也应等于供暖用户围护结构的耗热量 基于热平衡原理 推导供暖热负荷供热调节的计算公式 一 11 第二节供暖热负荷供热调节的基本公式 在供暖室温计算温度为t w散热设备为散热器时 设计工况 一 11 第二节供暖热负荷供热调节的基本公式 在保证室内计算温度tn条件下 运行工况 一 11 第二节供暖热负荷供热调节的基本公式 在运行调节时 相应tw下的供暖热负荷与供暖设计热负荷之比称为相对供暖热负荷比 其流量之比为相对流量比 二 11 第二节供暖热负荷供热调节的基本公式 假设供暖热负荷与室内外温差的变化成正比 即相对供暖热负荷比等于相对的室内外温差比可得 二 11 第二节供暖热负荷供热调节的基本公式 有三个联立方程式 四个未知数 需引进补充条件 才能求出四个未知数 则应补充某种调节方式 供热调节方法有质调节 流量调节 分阶段改变流量的质调节 二 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 一 质调节在进行质调节时 只改变供暖系统的供水温度而用户的循环水量保持不变 集中质调节只需在热源处改变网路的供水温度 运行管理简便 网路循环水量不变 网路的水力工况稳定 在整个供暖期间 网路循环水量总保存不变 消耗电能较多 三 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 对无混合装置的直接连接的热水供暖系统 由于系统流量不变 将代入供热调节的基本公式 可求出质调节的供 回水温度的计算公式 三 在任一室外温度时 根据室外温度可求出相对负荷比值 代入上式即可确定供 回水温度值 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 对有混合装置的直接连接的热水供暖系统 如用户或热力站处设置水喷射器 混合水泵 所求的tg值是混水后进入供暖用户的供水温度 则 网路的供水温度 还应根据混合比再进一步求出 三 11 带混水装置的直接连接供暖系统与热水网路连接示意图 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 三 总阻力数不变的情况下 热网的供回水温度是相对供暖热负荷比的单质函数 11 质调节特性 根据上述质调节基本公式 水温曲线以及例题分析 网路的供 回水温度随室外温度的变化有如下规律 三 1 随着室外温度tw的升高 网路和供暖系统的供 回水温度随之降低 供 回水的温差比等于该室外温度下的相对热负荷比 即 11 质调节特性 2 由于散热器传热系数k值的变化规律为供回 水温度调节曲线呈一条向上凸的曲线 而不是直线 三 11 质调节特性 随室外温度tw的升高 散热器的平均计算温差亦随之降低 在某一室外温度tw下 散热器的相对平均计算温差比与相对热负荷比具有如下关系可见 在给定散热器面积的条件下 散热器的平均计算温度差是散热器散热量的单值函数 因此 进行热水供暖系统的供热调节 实质上是调节散热器的平均计算温差 即调节供回水平均温度 来满足不同工况时散热器的散热量 三 11 质调节特点 1 集中质调节只需在热源处改变网路供回水温度 运行管理方便 网路的循环水量保持不变 网路的水力工况稳定 但由于在整个供暖季 网路循环流量保持不变 消耗电能较多 三 11 质调节特点 2 对于有多种热负荷的热水供热系统 而各热用户要求的供热参数 供水温度 不同时 采用集中质调节则较难同时满足各种热用户的要求 如连接有生活热水热负荷的热水供热系统 进行质调节时 闭式热水供热系统任何时候供水温度应保证不低于70 开式热水供热系统任何时候供水温度应保证不低于60 当生活热水温度可以低于60 时 供水温度可相应降低 对连接有通风用户的热水供热系统 如网路温度过低 通风系统的送风温度过低会产生吹冷风的不舒适感 三 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 二 分阶段改变流量的质调节在供暖期中按室外温度高低分为几个阶段 在室外温度较低的阶段中保持设计最大流量 而在室外温度较高的阶段中保持较小的流量 在每一阶段内 网路的循环水量始终保持不变 按改变网路供水温度的质调节进行供热调节 在区域锅炉房热水供热系统中得到了较多的应用 三 可选用两台或三台循环水泵 节约能源 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 三 间歇调节当室外温度升高时 不改变网路的循环水量和供水温度而只改变每天供暖小时数 间歇调节可以在室外温度较高的供暖初期和末期进行 热水供热系统通常采用集中质调节方式进行供热调节 在室外温度较高时 为满足加热生活用热水的需要 热水供热系统的供水温度保持70 而不能再降低 在这种情况下为防止供暖房间过热 往往采用间歇调节作为一种辅助的调节措施 三 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 4 集中流量调节随着室外温度的变化 在热源处不断改变网路循环水流量 而网路的供水温度保持不变的调节方法 称为流量调节 三 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 4 集中流量调节采用流量调节时 随着室外温度升高 网路水流量迅速地减小 常常会使供暖系统产生严重的竖向热力失调 集中流量调节的优势在于节省电耗 在实际运行中 随着室外温度的不断变化而改变网路流量难以运行管理 所以 目前在国内很少采用单一集中流量调节的方式进行供热调节 流量调节往往作为集中质调节的一种辅助方式 对局部供暖系统作辅助性的调节 三 11 第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节 5 最佳调节质和量的综合调节 近年来 在热水供热系统中 由于供暖热用户与网路采用间接连接 以及采用变速水泵技术来改变网路水循环水量 故也采用了质量 流量调节 即同时改变网路供水温度和流量 进行集中供热调节 三 11 第四节间接连接热水供暖系统的集中供热调节 1 调节特点 供暖用户系统与热水网路采用间接连接时随室外温度的变化 需同时对热水网路和供暖用户进行供热调节 2 二级网的调节方式 对供暖用户按质调节方式进行供热调节 以保持供暖用户系统的水力工况稳定 供暖用户系统质调节时的供 回水温度可以按式 11 16 式 11 17 确定 3 一级网的调节方式 热水网路的供 回水温度 取决于一级网路采取的调节方式和水 水换热器的热力特性 通常可采用集中质调节或质量 流量调节方法 四 11 第四节间接连接热水供暖系统的集中供热调节 1 热水网路采用质调节2 热水网路采用质量 流量调节自学内容 四 采用质量 流量调节方法 网路流量随供暖热负荷的减少而减小 可以大大节省网路循环水泵的电能消耗 但在系统中需设置变速循环水泵和配置相应的自控设施 如控制网路供 回水温差为恒定值 控制变速水泵转速等 才能达到满意的运行效果 11 第五节供热综合调节 自学 11 五 第五节供热综合调节 供热综合调节 对具有多种热负荷的热水供热系统 通常是根据供暖热负荷进行集中供热调节 而对其它热负荷则在热力站或用户处进行局部调节 这种调节称作供热综合调节 本节主要阐述目前常用的闭式并联热水供热系统 见图11 5 当按供暖热负荷进行集中质调节时 对热水供应和通风热负荷进行局部调节的方法 热网集中质调节 指采暖部分 此时网路供 回水温度曲线见图11 6 11 五 图11 5闭式并联热水系统示意图 图11 5闭式并联热水供热系统示意图 11 五 图11 6 a 并联闭式热水供热系统供热综合调节水温曲线示意图 b 各热用户和网路总水流量图 11 五 热水用户系统的调节 最不利工况是采暖初期 11 51 对于采暖期 在某一 下热平衡得 11 52 11 53 11 54 11 五 整理方程如下 11 55 11 56 在上两式中 和 为未知数 通过试算和迭代可以确定 11 五 1 对通风用户系统 同理可联立 11 61 11 62 在整个采暖期流出空气加热器的网路回水温度见图11 6 b 可知热网的总流量最大值发生在初期 11 五 分析得出 1 多种热用户共存时 网路的设计流量是由调节方案来确定 2 当 时 很低情况下 就需采用间歇调节 补充内容 间接连接供热系统的集中调节与局部自动调节 即集 散式 的方法 1 集中调节 保证热量 供水温度大于70 保证每个用户入口足够的压差与热网关键点的压力值 2 局部采用自动控制系统进行调节 11 五 第六节多热源并网运行的供热调节 自学 11 六 多热源并网运行的供热调节 多热源并网技术是国外供热先进国家为节约能源 降低系统运行成本 提高经济效益 在综合运用水泵调速技术和控制技术的基础上发展起来的一项先进的热水管网运行技术 它与单热源供热调节有着很大的差异 多热源并网技术的核心内容是在保证用户供热质量的前提下 实现各热源的供热量能按需要进行自由调度 本节介绍一种简单易行的多热源枝状管网的运行调节方程及其调节曲线 11 六 一并网运行的技术调节 多热源并网供热系统实现经济运行时 各热源的供热量需根据其经济性和热负荷的变化进行合理的调度安排 因此各热源的供热范围和管网中的流量会随时随地发生变化 是一个变流量的供热系统 11 六 图11 7 以图11 7所示的供热系统为例 若图中热源A为燃煤热电厂 供热能力较大约占总供热能力的60 热源B为燃煤锅炉房 热源C为燃油锅炉房 在整个供热季内对用户的供热量是一定的 要做到经济运行 各热源的供热量显然应按以下原则进行调度 11 六 1 热源A应作为基本热源 尽量满负荷运行 负荷未满前其他两个热源不应投入运行 2 热源A满负荷后 首先投入调峰热源B 热源A保持满负荷工作 热源B根据用户负荷的变化调整供热量 补足热源A供热不足的部分 3 当热源B也达到满负荷时 最后投入热源C 此时热源A和热源B保持满载同时作为基本热源 而热源C则成为调峰热源 11 六 为了实现上述调度 并网运行应具备以下技术条件 1 各热源应执行统一的水温调节曲线 供热调节的方式应便于各热源间的负荷调配 2 建立全网统一协调的水力工况 各热源协调的定压补水系统 统一的静压力线 与水力工况相适应的管网和设备选型 包括管网 设备的承压能力 循环水泵的扬程等 3 具有简便的负荷调配手段 例如热源全部采用调速循环水泵等 4 具有较高的自动化水平 如可靠的全网计算机监控系统