CN102278784B

CN102278784B - 一种分布式直混供热系统

Info

Publication number: CN102278784B
Application number: CN 201110125828
Authority: CN
Inventors: 金明亮; 马卿仁; 孙德江; 刘关新; 金振刚
Original assignee: XINJIANG WESTERN HEATING GROUP CO Ltd
Current assignee: XINJIANG WESTERN HEATING GROUP CO Ltd
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: CN102278784A

Abstract

一种分布式直混供热系统，主热网一次高温水采用集中循环系统输送热媒，一次主热网的高温热水由一次供水管道1进入热交换站，一次高温热水依次经一次供水切断阀2、一次供水电磁速断阀3、一次供水电动调节阀4、电磁流量计5、一次供水切断阀7后，与来自混水管道14的二次低温水混合，再由二次网循环泵15推动，通过管道17送出将热量传递给热用户采暖；释放热量后的低温水由管道19返回，返回的低温水一部分由水泵13推动返回一次主热网；另一部分流经管道14与一次高温供水混合循环供热；所述混水供热系统设置六个自动控制子系统，该系统消除在输送过程中的无效电耗，提高输送效率；有效地提高换热效率，热量充分利用。

Description

一种分布式直混供热系统

技术领域

本发明涉及一种分布式直混供热系统，特别是热电厂的供热区域的直混供热系统，属于热力输送领域。

背景技术

大多热电厂供热区域原热力网系统为集中供热“热电联产”的高温水供热系统，热源采用汽水交换形式，提供130℃——80℃度高温水；主热网一次高温水采用集中循环系统输送热媒，为各二级交换站提供热量，用于系统用户的采暖。参见图1，二级换热站均采用板式换热器33二次换热，二次网系统水循环采用二级泵42循环系统，为用户提供热量。二次网定压采用机械定压方式；热力网系统为典型的间接式供热系统。

现有技术的供热系统的工艺流程原理是：如图1所示，一次主热网的高温热水由一次供水管道1经一次供水阀门32，进入热交换站；流经各台板式热交换器33，将热量传递给二次网低温水之后，经一次回水阀门35，由一次回水管道34返回一次主热网；二次热网低温水被加热后，由二次网循环泵42推动，通过二次供水管道36，经二次供水阀门37送出，将热量传递给热用户采暖，释放热量后的低温水，经二次回水阀门39，由二次回水管道38返回板式热交换器33循环加热；本系统还有补水系统用的软水箱40和补水泵41。

现有技术的间接式供热系统的优点：一次、二次网系统完全隔离，系统安全性较好。

缺点是：

(1)主热网的水力平衡将过量的资用压头，通过节流调节损失了大量电能，同时降低了管网的输送效率。

(2)二次换热系统的换热效率，影响热量的充分利用。

随着城市建设的迅猛发展，原设计规模远远不能满足发展的需要；如何提高热力网的输送效率，如何提高换热站的换热效率，同时本着节能减排需要，应当对原热力网系统进行技术改造。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式直混供热系统，可以消除在热媒输送过程中的无效电耗，提高管网输送效率；有效地提高换热效率，热量充分利用。

本发明的技术方案是，一种分布式直混供热系统，集中供热的是高温水供热系统，热源采用汽水交换形式提供130℃——80℃度高温水，主热网一次高温水采用集中循环系统输送热媒，一次主热网的高温热水由一次供水管道(1)进入热交换站，在一次供水管道1上装有切断阀31、一次供水压力变送器20、一次供水温度变送器21；一次供水管道1中的一次高温热水依次经一次供水切断阀2、一次供水电磁速断阀3、一次供水电动调节阀4、电磁流量计5、一次供水切断阀7后，与来自混水管道14的二次低温水混合，再由二次网循环泵15推动，管道17上依次装有二次供水压力变送器23、二次供水温度变送器24；热媒通过管道17送出，将热量传递给热用户采暖；

在一次供水管道1上，在一次供水切断阀2与一次供水切断阀7之间，还设置一旁路，该旁路上装有一次供水旁路阀6；正常工作时，一次供水旁路阀6处于关闭状态；

释放热量后的低温水由管道19返回，返回的低温水一部分由水泵13推动返回一次主热网；

在二次回水管道19上，按回水方向依次装有一次回水温度变送器26、泄压电磁阀18、一次回水压力变送器25、该二次回水管道19与混水管道14和一次回水管道8交接连通；

在一次回水管道8上，按回水方向依次装有水泵入口阀12、一次回水泵10、止回阀9、一次回水压力变送器22、切断阀31；其中一次回水变频器13控制一次回水泵10的流量；在一次回水管道8上，在一次回水压力变送器22与所述与混水管道14交接连通处之间，还设置有一旁路，该旁路上装有一一次回水旁路阀11；

另一部分流的混水管道14中的水与一次高温供水混合，循环供热；

所述混水供热系统设置有：二次供水温度自动调节装置、二次供水压力选择性自动调节装置、二次供、回水温差自动调节装置、二次回水压力自动调节装置、二次系统超压自动泄压控制装置、事故状态自动保护控制装置。

所述的二次供水温度自动调节装置，通过24TT201测量二次供水温度参数，该参数与给定值SP运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节电动调节阀4的开度，使得二次供水温度能够稳定保持在要求的期望值上；期望值SP的给定方式设计有：定值给定、时间分段函数自动给定和气候补偿专家模型自动给定；给定方式的切换可由本机切换也可由上位系统远程切换；

所述的二次供水压力选择性自动调节装置，

当二次供水压力工作在要求的安全设定压力范围以内时，控制回路始终工作在二次供水温度控制模式，但控制回路始终在监视二次供水压力的变化；

当二次供水压力等于或超过系统安全工作设定压力设定值CSP时，控制回路选通器XTQ将控制模式由当前控制模式，自动切换到二次供水压力调节模式，以保证将二次系统工作压力控制在安全范围；

当系统工作压力恢复到安全工作压力以内时，即小于CSP时，控制回路将自动恢复到二次供水温度调节模式；

所述的二次供、回水温差自动调节装置，通过24TT201测量二次供水温度参数与26TT202二次回水温度参数的差值，该参数与给定值SP2运算后得出控制偏差，再经PID运算获得调节参数，自动调节循环泵变频器16的频率改变循环泵转速，调节二次循环泵15流量，使得二次供、回水温差稳定保持在要求的期望值上。

所述的二次回水压力自动调节装置，通过25PT202测量二次回水压力参数，与给定值SP3运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节一次回水泵变频器13的频率改变水泵10转速，调节一次回水流量，使得二次回水压力稳定保持在要求的安全工作压力值。

所述的二次系统超压自动泄压控制装置，系统自动测量二次供水压力和二次回水压力，二者只要有一个参数等于或超越安全设定压力值时，系统将自动开启电磁阀18DCF201泄压，当二者恢复到安全设定压力值以内时，系统自动关闭电磁阀18DCF201。电磁阀的动作方式：得电打开，失电关闭。

所述的事故状态自动保护控制装置，电磁阀3DCF101，以及有一次回水端在水泵配置的止回阀9，来防止混水供热装置发生安全事故时，提供自动保护。

分布式直混供热系统的有益效果是：

(1)消除在热送过程中，热媒输的无效电耗，提高了管网的输送效率；

(2)分布式循环系统可有效的提高变流量运行的手段；

(3)可有效的提高换热效率，提高热量的充分利用。

附图说明

图1是传统的版式换热器换热的供热工艺原理图。

图2是本发明一种分布式直混供热系统的供热工艺原理图。

图3是本发明另一种分布式直混供热系统的供热工艺原理图。

图中序号代表的部件是：1-一次供水管道，2-一次供水切断阀，3-一次供水电磁速断阀，4-一次供水电动调节阀，5-电磁流量计，6-一次供水旁路阀，7-一次供水切断阀，8-一次回水管道，9-止回阀，10-一次回水泵，11-一次回水旁路阀，12-水泵入口阀，13-一次回水泵变频器，14-混水管道，15-二次循环水泵，16-二次循环水变频器，17-二次供水管道，18-泄压电磁阀，19-二次回水管道，20-一次供水压力变送器，21-一次供水温度变送器，22-一次回水压力变送器，23-二次供水压力变送器，24-二次供水温度变送器，25-一次回水压力变送器，26-一次回水温度变送器，31-切断阀，32-一次供水阀门，33-板式热交换器，34-一次回水管，35-一次回水阀门，36-二次供水管道，37-二次供水阀门，38-二次回水管道，39-二次回水阀门，40-软水箱，41-补水泵，42-二次循环水泵，

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一种分布式直混供热系统及实施例，进行详细的说明。系统中所有控制仪表器件都是市场采购的；一个热交换站设置一个总控制台，各控制仪表器件都是在总控制台完成其控制任务。图中的英文符号是本行业所惯用的编号，是表示控制功能的符号，本领域技术人员看了控制仪表说明书后，即可明白其功能和用途，即可实施。

附图1是传统的版式换热器换热的供热工艺原理图。属于现有技术；描述了传统的热电厂供热区域原热力网系统为集中供热“热电联产”的高温水供热系统，主热网一次高温水采用集中循环系统输送热媒；二级换热站均采用板式换热器33二次换热，二次网系统水循环采用二级泵42循环系统，为用户提供热量。

图2是本发明一种分布式直混供热系统的供热工艺原理图。从图2可看出，一种分布式直混供热系统，集中供热的是高温水供热系统，热源采用汽水交换形式提供130℃——80℃度高温水，主热网一次高温水采用集中循环系统输送热媒，一次主热网的高温热水由一次供水管道(1)进入热交换站，在一次供水管道1上装有切断阀31、一次供水压力变送器20、一次供水温度变送器21；一次供水管道1中的一次高温热水依次经一次供水切断阀2、一次供水电磁速断阀3、一次供水电动调节阀4、电磁流量计5、一次供水切断阀7后，与来自混水管道14的二次低温水混合，再由二次网循环泵15推动，管道17上依次装有二次供水压力变送器23、二次供水温度变送器24；通过管道17送出将热量传递给热用户采暖；

所述混水供热系统设置六个自动控制子系统，即：二次供水温度自动调节装置、二次供水压力选择性自动调节装置、二次供、回水温差自动调节装置、二次回水压力自动调节装置、二次系统超压自动泄压控制装置、事故状态自动保护控制装置。

图3是本发明的另一种分布式直混供热系统，是按原理设计的一个最初实施例，在该实施例原理基础上，经过优化设计，才发明了图2的方案，图3与图2的实施例构思相同，区别仅在于，图2的方案，是将图3中的一次供水电磁速断阀3和电磁流量计5的位置从主管道上，位置移到图2所示的旁管道上，这样供水电磁速断阀3和电磁流量计5所选型的口径会小一些，可降低系统造价；另外，由于在一次回水管道8回水端的水泵已配置了止回阀9，再配置一个一次回水电磁速断阀27必要性不大，因此在图2的方案中去掉了一次回水电磁速断阀27，从而降低了造价。

以上两个技术方案中，所述的二次供水温度自动调节装置，根据供热负荷的大小以及实时的室外气温，随时控制和调节给出不同的供热温度；即：

通过二次供水温度变送器TT20124测量二次供水温度参数，该参数与给定值SP运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节电动调节阀4的开度，使得二次供水温度能够稳定保持在要求的期望值上；期望值SP的给定方式设计有：定值给定、时间分段函数自动给定和气候补偿专家模型自动给定；给定方式的切换可由本机切换也可由上位系统远程切换；

系统中，所述的二次供水压力选择性自动调节装置，自动监视二次热网工作压力的安全，以防止二次供热系统超压，导致事故发生；即：

系统中，所述的二次供、回水温差自动调节装置，控制和调节二次热网系统保持合适的循环流量，避免流量过大导致能耗过剩，造成不必要的电能消耗，或流量过小造成供热量不足，供热质量不能满足要求；即：

通过二次供水温度变送器TT20124测量出二次供水温度参数与一次回水温度变送器TT20226测量出一次回水温度参数的差值，该参数与给定值SP2运算后得出控制偏差，再经PID运算获得调节参数，自动调节循环泵变频器的频率改变循环泵转速，调节二次循环流量，使得二次供、回水温差稳定保持在要求的期望值上。

系统中，所述的二次回水压力自动调节装置，控制和调节二次热网工作压力的稳定，防止二次热网超压或欠压，超压将会导致供热设施发生爆裂事故，欠压将会造成供热质量降低；即：

通过一次回水压力变送器PT20225测量一次回水压力参数，与给定值SP3运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节一次回水泵变频器13的频率改变水泵转速，调节一次回水流量，使得二次回水压力稳定保持在要求的安全工作压力值。

系统中，所述的二次系统超压自动泄压控制装置，控制系统造成二次热网工作压力失控后超压，将会自动打开电磁阀18DCF201泄水；即：

系统自动测量二次供水压力和二次回水压力，二者只要有一个参数等于或超越安全设定压力值时，系统将自动开启电磁阀18DCF201泄压，当二者恢复到安全设定压力值以内时，系统自动关闭电磁阀18DCF201。电磁阀的动作方式：得电打开，失电关闭。

系统中，所述的事故状态自动保护控制装置，即图2中的电磁阀3以及一次回水端在水泵配置的止回阀9，来防止混水供热装置发生安全事故时，提供自动保护。

效果分析：

系统考虑到原系统的用户系高层建筑，以及新建规模性住宅小区中独立换热站等多种因素，导致建设和运行管理的技术条件；对此，在热力网系统建立分布式直混系统方案中，根据不同换热站的现有技术装备条件，分别作出分布式直混和分布式间供两种不同形式的系统类型热力站。(见下表)

根据热电厂供热区域的技术装备特点，对系统分别建立分布式直混系统18个站点，分布式间供系统9个站点。热电厂首站循环系统保持不变(运行期只对压力工况进行标定，以保证各站调节阀前压力的稳定)。

1.说明

系统水力工况按照热源分布情况及阶段性调节方式，按照两种不同运行方式进行计算布置。根据计算结果进行经济性和安全性比对，选择最优方式进行施工图设计。

2.设计规模

按规划负荷进行计算设计：分布式直混系统为280万平方米；

分布式间供系统为45.93万平方米；

分布式系统规模为32893万平方米。

3.分布式直混系统工况

混水供热温度参数：一次水125℃——60℃ 60℃温差

二次水80℃——60℃ 20℃温差

混水工况：125℃-80℃-60℃

G＝1.62

混水比：1.62∶3.645＝1∶2.25

(125℃＊1.62)+(60℃＊3.645)/5.265＝80℃

系统设计流量：一次水循环流量3448t/h；

二次水循环流量3.44km/m2.h；

一次混水流量1.058kg/m2.h；

二次混水流量2.38kg/m2.h.

系统最大热负荷：944.64GJ/H.62.4MW/H.

平均热负荷：604.57GJ/H.167.94MW/H.

最小热负荷：283.39GJ/H.78.72MW/H.

18个分布式直混站点的总电量651.5kwh.

4.两种运行方案比较

初、末寒期计30天：

3192×24×30＝2298240kwh×0.5元＝114.9120万元

30天用热量：

295万m²×(80w×3.6×24×30×0.3×10^-2)＝18.3513万GJ×12元＝220万元

(1)用兴隆公司供热时总费用为114.912+220＝334.912万元

(2)用热电厂供热总费用为18.3513×14.5元＝179万元

从经济角度比较，建立分布式系统多增加电耗费用651.5kwh×24×183×0.64×0.5元＝91.5644万元；

5.节能效益分析

建立分布式直混系统节能效果较明显，除主热网输送效率提高外，主要体现在原热力站板式换热器系统改直混系统后的换热效率提高，以及首站循环系统输送热媒的回水动力转移至换热站，由热力站分布泵将主热网回水送至首站，使首站主循环泵输送热能功率明显降低(主循环泵只提供了消耗供水沿程阻力损失的动能)，从而大大的降低了能耗。

(1)换热器节能：

328万m²×80×3.6×0.64×10^-2＝604.56万GJ

604.56×24×183×0.02＝53104GJ×0.85×14.5元＝65.45万元

(2)主循环泵节能

主热网阻力42.38米水柱，

42.38×3470t/h×9.81/3600×0.75×0.78＝683.26kwh.

683.26×24×183＝300.088万kwh×0.64×0.5元＝96万元

通过以上计算结果反映出各换热站全年节热能53104吉焦，但直混系统换热站只占总负荷的85％，实际节热能45138吉焦。

首站主循环泵全年节电能192.056kwh.

与现有技术相比，分布式直混系统的优点是：

(1)更多的消除管网在热媒输送过程中的无效电耗，而提高了管网的输送效率；

(2)由集中循环系统改为分布式循环系统可有效的提高变流量运行的手段；

(3)分布式混水系统将高温热水与低温热水直接混合换热，可有效的提高换热效率和换热能力，提高热量充分利用。

(4)设计时只要充分考虑电动调节阀4和水泵10的富裕量，系统的供热能力可提高300％，供热调节适应性极强。

(5)系统不存在专用换热设备，其工艺流程和结构简单，故障率大大减少，无换热器的维修、维护费用，降低了供热运行成本。

总之，本发明的一种分布式直混供热系统，有益效果是明显的：

(2)分布式循环系统可有效的提高变流量运行的手段；

(3)可有效的提高换热效率，提高热量的充分利用。

按照本发明的构思，本领域人员可以推想出多个技术方案，但是，凡是本构思下的各种技术方案都在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种分布式直混供热系统，集中供热的是高温水供热系统，热源采用汽水交换形式提供130℃——80℃高温水，主热网一次高温水采用集中循环系统输送，主热网的一次高温热水由一次供水管道（1）进入热交换站，其特征在于，在一次供水管道（1）上装有切断阀（31）、一次供水压力变送器（20）、一次供水温度变送器（21）；一次供水管道（1）中的一次高温热水依次经第一一次供水切断阀（2）、一次供水电磁速断阀 (3)、一次供水电动调节阀 (4)、电磁流量计(5)、第二一次供水切断阀(7)后，与来自混水管道(14)的二次低温水混合，再由二次网循环泵(15)推动；二次供水管道(17)上依次装有二次供水压力变送器（23）、二次供水温度变送器（24）；热媒通过二次供水管道(17)送出，将热量传递给热用户采暖；

在一次供水管道（1）上，在第一一次供水切断阀（2）与第二一次供水切断阀（7）之间，还设置一旁路，该旁路上装有一次供水旁路阀（6）；正常工作时，一次供水旁路阀（6）处于关闭状态；

释放热量后的低温水由二次回水管道(19)返回，返回的低温水一部分由水泵(13)推动返回一次主热网；

在二次回水管道（19）上，按回水方向依次装有一次回水温度变送器（26）、泄压电磁阀（18）、一次回水压力变送器（25）、该二次回水管道（19）与混水管道（14）和一次回水管道（8）交接连通；

在一次回水管道（8）上，按回水方向依次装有水泵入口阀（12）、一次回水泵（10）、止回阀（9）、一次回水压力变送器（22）、切断阀（31）；其中一次回水泵变频器（13）控制一次回水泵（10）的流量；在一次回水管道（8）上，在一次回水压力变送器（22）与所述混水管道（14）交接连通处之间，还设置有一旁路，该旁路上装有一一次回水旁路阀（11）；

返回的低温水的另一部分通过混水管道(14)与一次高温供水混合，循环供热;

所述直混供热系统设置六个自动控制子系统，即：二次供水温度自动调节装置、二次供水压力选择性自动调节装置、二次供、回水温差自动调节装置、二次回水压力自动调节装置、二次系统超压自动泄压控制装置、事故状态自动保护控制装置。

2.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的二次供水温度自动调节装置，

通过二次供水温度变送器（24）测量二次供水温度参数，该参数与给定值SP运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节一次供水电动调节阀（4）的开度，使得二次供水温度能够稳定保持在要求的期望值上；期望值SP的给定方式设计有：定值给定、时间分段函数自动给定和气候补偿专家模型自动给定；给定方式的切换由本机切换或由上位系统远程切换。

3.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的二次供水压力选择性自动调节装置，

当系统工作压力恢复到安全工作压力以内时，即小于CSP时，控制回路将自动恢复到二次供水温度调节模式。

4.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的二次供、回水温差自动调节装置，是通过二次供水温度变送器（24）测量二次供水温度参数与一次回水温度变送器（26）二次回水温度参数的差值，该差值与给定值SP2运算后得出控制偏差，再经PID运算获得调节参数，自动调节循环泵变频器（16）的频率改变二次网循环泵(15)转速，调节二次循环流量，使得二次供、回水温差稳定保持在要求的期望值上。

5.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的二次回水压力自动调节装置，

通过一次回水压力变送器(25)测量二次回水压力参数，与给定值SP3运算得出控制偏差，再经PID运算后获得调节参数，自动调节一次回水泵变频器（13）的频率改变一次回水泵（10）转速，调节一次回水流量，使得二次回水压力稳定保持在要求的安全工作压力值。

6.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的二次系统超压自动泄压控制装置，

系统自动测量二次供水压力和二次回水压力，二者只要有一个参数等于或超越安全设定压力值时，系统将自动开启泄压电磁阀（18）泄压，当二者恢复到安全设定压力值以内时，系统自动关闭泄压电磁阀（18）；电磁阀的动作方式：得电打开，失电关闭。

7.按照权利要求1所述的一种分布式直混供热系统，其特征在于，所述的事故状态自动保护控制装置，是由一次供水电磁速断阀（3）和在一次回水端在水泵处配置止回阀（９），来防止混水供热装置发生安全事故时，自动保护。