多级分布式水泵供热系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及一种供热系统及其设计方法,具体涉及一种多级分布式集中供热系统及其设计方法。
背景技术
我国建筑用能已达到全国能源消费总量的1/4左右,并将随着人民生活水平的提高逐步增加。在建筑能耗中,大约36%的份额为北方城镇的采暖能耗。
目前我国北方地区城镇,大多采用热电厂或锅炉房作为热源的集中供热系统来解决建筑采暖问题。一个完整的供热系统是由将燃料中的能量转换为热能的热源、将热源生产的热量输配到需要热量的用户的输配系统和消耗热量的热用户三部分组成的。输配系统是连接热源和热用户的重要纽带。据研究表明,供热输配系统中管网的投资通常占系统总投资的30%到50%。另一方面,输配系统的动力能耗也是非常巨大的,有的系统的电力消耗折合为一次能耗时,已经占到系统总供热量的30.3%,降低集中供热系统的输送能耗,是供热系统节能的主要途径之一。
一、传统供热系统
1、传统供热系统的缺陷
造成供热系统输送能耗偏高的原因,有设计方面的原因,也有运行方面的原因。降低集中供热系统的输送能耗和解决集中供热系统水力工况稳定的问题,一直是国内外供热研究的重点问题。传统的供热系统存在下述缺陷:
传统供热系统循环水泵集中设置在热源处,循环水泵的扬程=热源损失+用户损失+热网供回水阻力损失。图1所示的供热系统为常见的枝状供热系统形式。由图2可见(为简化起见,图中忽略热源损失、下同),离热源不同位置处的热用户的剩余压头不同(图中,E″-E′和F″-F′),目前我国集中供热系统水力失调严重,离热源近的热用户室温过热,离热源远的热用户室温偏低,就是由于剩余压头没消除而导致的。为消除由于剩余压头导致的管网水平失调问题,需要在用户入口处设置具有调节功能的阀门(如调节阀、平衡阀、流量调节控制阀等)来消除这部分剩余压头。此种通过循环水泵将系统的压头提升,又通过阀门将用户的剩余压头消除,由此产生的无效能耗占总输送能耗的35%左右。图3中的阴影部分,表示传统供热系统浪费的能源。
2、传统供热系统水力工况相互干扰
传统系统中热用户的水力工况相互依赖,相互影响,表现为强耦合现象。某一个热用户的调节,将导致其余热用户系统水力工况发生变化,使系统出现严重的水力和热力失调问题。采暖热计量实施后,各个热用户将根据自己的需求,随时调节用户的阀门,从而加剧供热系统的水力失调和热力失调。
随着我国集中供热规模的不断加大,采暖热计量收费的实施,能源价格的不断增加,降低集中供热系统的输送能耗,减少供热企业的运行成本,已经成为维持供热企业正常运营的基本条件;提高供热系统的水力稳定性,减少供热系统水力工况的相互干扰问题,已经成为供热企业迫切解决的问题。
二、国内外解决传统系统缺陷的方法
1、降低输送能耗的方法
早在二十世纪中叶,Bell & Gossett公司的Gil Carlson在解决一个部分用户流量不足的热网的运行方案改进问题时,就提出了“主次级水泵系统(primary/secondary system)”。这种系统的原理是,将原本的大系统,合理的划分成几个相对较小的、相互独立的、便于控制的分系统。
近几年国内应用的分布式变频水泵系统,如图4所示,就属于此类系统。该系统改变了传统系统的构成,将热源处的循环水泵的功能进行了分解。在热源及热用户处分别设置水泵。热源处的循环水泵负责提供消除热源损失及热源至零压差点的热网供回水阻力损失所需要的压头,热用户处的水泵负责提供消除零压差点至热用户的热网供回水阻力损失及用户阻力损失所需要的压头。
分布式变频水泵系统由于消除了零压差点以后的管网的阀门的节流损失,因此解决了传统的集中供热系统能源使用不合理问题,可消除系统的无效能耗,使得系统的输送电耗降低,如图5所示。但是该系统存在下述两个问题:
1)系统水力耦合严重。热用户处加压泵的启停,将影响到其余热用户。尤其是当热用户处加压泵扬程选择不合理时,此影响更大。对于既有供热管网来说,管网的实际状况复杂,热力管网的水力计算结果与实际差别较大,无法准确地选择热用户的加压泵。为保证系统能够运行,只能将加压泵选大,运行时靠变频器来调节,从而造成投资浪费。
2)系统适应性差。根据供热系统的需求,设置的热用户加压泵,无法满足系统扩建的要求或者负荷变化的需求;零压差点之前的热用户的水力平衡被破坏。图6所示为系统扩建(负荷增加)后的系统的水压图,假设热源泵的扬程不变,图6中0点为原设计的系统零压差点。
(1)当原用户数量不变,但负荷增加后,系统零压差点由0点变为1点。此时零压差点之后的热用户F的水泵扬程要由HF变为HF1。零压差点之后的各个热用户原设计的加压泵的扬程满足不了变化后的系统的要求,需要更换水泵。零压差点之前的热用户的剩余压头由ΔHG减小为ΔHG1,需要将原来已经调平衡了的系统重新调平衡,将零压差点之前的热用户的阀门开大。
(2)当系统扩建(增加了B用户),负荷增加后,系统零压差点由0点变为1点。此时热用户B的水泵扬程要由HB变为HB1。零压差点之后的各个热用户原设计的加压泵的扬程均满足不了要求,需要更换加压泵。零压差点之前的热用户需要将原来已经调平衡了的系统重新调平衡,将各个热用户的阀门开大。
2、系统水力工况相互干扰的解决方法
国内目前解决系统水力工况相互干扰的问题所采用的方法均来自于国外。
1)在系统中设置均压罐来解决传统系统的水力工况相互干扰问题。
均压罐设在每个热用户的入口处,如图7所示,每个热用户入口处设置加压泵。均压罐系统可解除各用户之间的水力耦合问题,消除传统的集中供热系统水力工况相互干扰问题。但是该系统存在下述两个问题:
(1)系统能源使用不合理,仍存在无效能耗。均压罐系统与常规系统相比,输送能耗有所降低,无效能耗有所减少。但由于每个均压罐处,与一级网连接的支线的供回水压差为零,从而使得除最不利热用户处的均压罐外,其余的均压罐均存在无效能耗,如图8所示。
(2)目前均压罐的设计直径为所连接最大管径的3倍,均压罐要求的安装空间大、制造成本高。
2)在系统中设置差压阀来解决传统系统的水力工况相互干扰问题。
差压阀设在每个热用户的入口处,可以根据每个热用户的阻力损失,设定热用户所需要的资用压头。某个热用户的调节,不会对其余热用户的水力工况造成影响,差压阀可以解除各用户之间的水力耦合问题。由于该阀门是通过增加差压阀门的阻力,来消耗外网的剩余压头的,因此没有改变传统供热系统的能源使用不合理,存在无效能耗,系统输送能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决传统的直连式集中供热系统无效能耗大、水力工况相互耦合问题;为解决分布式变频水泵系统水力工况相互耦合,无法满足系统扩建的要求或者负荷变化的要求,零压差点之前的热用户的水力平衡被破坏的问题;为解决采用均压罐的供热系统的无效能耗较大、均压罐直径大的问题,进而提供一种多级分布式水泵供热系统及其设计方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是:
本发明的多级分布式水泵供热系统包括热源、热源处循环水泵组、供水管线、回水管线和N级分布站,每级分布站包括解耦管、分级加压泵、至少一组二级网环路;每组二级网环路由热用户加压泵和至少一个热用户组成,热源、热源处循环水泵组、供水管线和回水管线形成热网总供热循环回路,供水管线与回水管线之间设置有多级分布站;多级分布站的解耦管并联设置,每根解耦管的一端与供水管线连通,每根解耦管的另一端与回水管线连通,与解耦管连通的供水管线或回水管线上串联连接有与该解耦管连通的分级加压泵,位于供水管线和回水管线之间的每根解耦管上设置有至少一组二级网环路,二级网环路中的热用户加压泵和至少一个热用户串联连通,所述N为正整数,且N≥1。
本发明的多级分布式水泵供热系统包括第一热源、第二热源,第一热源处循环水泵组、第二热源处循环水泵组、第一供水管线、第一回水管线、第二供水管线、第二回水管线、N级第一分布站、M级第二分布站和水力交汇站,每级第一分布站包括第一解耦管、第一分级加压泵、至少一个第一二级网环路;每个第一二级网环路由第一热用户加压泵和至少一个第一热用户组成,每级第二分布站包括第二解耦管、第二分级加压泵、至少一个第二二级网环路;每个第二二级网环路由第二热用户加压泵和至少一个第二热用户组成;
水力交汇站由交汇解耦管、交汇热用户加压泵和交汇热用户组成,水力交汇站的交汇解耦管的一端分别与第一热源的第一供水管线和第二热源的第二供水管线连通,交汇解耦管的另一端分别与第一热源的第一回水管线和第二热源的第二回水管线连通;
交汇解耦管上连接有交汇热用户加压泵和交汇热用户,位于水力交汇站一侧的第一供水管线与第一回水管线之间分别设置有N级第一分布站;交汇解耦管和每级第一分布站的第一解耦管并联设置,每根第一解耦管的一端与供水管线连通,每根第一解耦管的另一端与回水管线连通;与每根第一解耦管连通的第一供水管线或第一回水管线上串联连接有与该第一解耦管连通的第一分级加压泵,位于第一供水管线和第一回水管线之间的每根第一解耦管上设置有至少一个第一二级网环路,第一二级网环路中的第一热用户加压泵和至少一个第一热用户串联连通;
位于水力交汇站另一侧的第二供水管线与第二回水管线之间分别设置有M级第二分布站;交汇解耦管和每级第二分布站的第二解耦管并联设置,每根第二解耦管的一端与第二供水管线连通,每根第二解耦管的另一端与第二回水管线连通;与每根第二解耦管连通的第二供水管线或第二回水管线上串联连接有与该第二解耦管连通的第二分级加压泵,位于第二供水管线和第二回水管线之间的每根第二解耦管上设置有至少一个第二二级网环路,第二二级网环路中的第二热用户加压泵和至少一个第二热用户串联连通,所述N为正整数,且N≥1,所述M为正整数,且M≥1。
本发明的多级分布式水泵供热系统的设计方法是按照以下步骤实现的
步骤一、将供热系统分成N级分布站:各级分布站内设置解耦管、热用户加压泵、分级加压泵,各级分布站的供热面积及级数,根据供热系统管网的走向,供热规模、供热负荷特点及水泵的特性确定,热源设置热源处循环水泵组,
步骤二、确定各级分布站的位置
分布站设置在供水管线和回水管线之间,在分布站内,热网的供水管线和回水管线用解耦管连接,
步骤三、确定热源处循环水泵扬程及流量
热源处循环水泵只承担热源至第一级分布站的阻力损失,该扬程按照式(1)确定,流量按照整个供热系统的总流量确定,
H0=HR+HR-1 (1)
式中H0__热源处循环水泵扬程,m;
HR__热源内部损失,m;
HR-1__热源出口至第一级分布站的供水管线和回水管线的阻力损失,m,
步骤四、确定分级加压泵扬程及流量
N级分布站的第1级到第N-1级分布泵站内的分级加压泵,只承担该级分布站和下一级分布站之间供水管线和回水管线的阻力损失,扬程按照式(2)确定,流量按照该级分布站以后由该热源负担供热系统的总流量确定;
HNi=H1i+H2i (2)
式中HNi__分级加压泵扬程,m;
H1i__两级分布泵站解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级分布泵站解耦管之间的回水阻力损失,m;
N级分布站的第N级分布泵站内的分级加压泵,只承担该级分布泵站至最不利热用户之间的阻力损失,扬程按照式(3)确定,流量按照最不利热用户的总流量确定;
HN=H1N+H2N+Hy (3)
式中HN__分级加压泵扬程,m;
H1N__该级分布站解耦管至最不利热用户之间的供水阻力损失,m;
H2N__该级分布站解耦管至最不利热用户之间的回水阻力损失,m;
Hy__最不利热用户的阻力损失,m;
步骤五、确定用户加压泵扬程及流量
每级分布站内用户加压泵的数量,根据该级分布站所供的二级网的情况确定;热用户加压泵承担该级热用户加压泵至所供热网系统的最不利热用户之间的阻力损失,热用户加压泵扬程等于该级分布站的解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上用户损失,流量按照该级加压泵所供热用户的总流量确定。
本发明的多级分布式水泵供热系统的设计方法是按照以下步骤实现的
步骤一、确定两热源系统的水力交汇站位置
根据供热系统管网的走向,每个热源的供热能力和供热负荷特点,确定两热源系统的水力交汇点位置,水力交汇站设在选定的水力交汇点处,在水力交汇站内,来自两个不同热源的热网的供水管线和回水管线用水力交汇解耦管连接;
步骤二、将热网系统分成N+M级分布站
将与水力交汇解耦管连接的来自两个热源的供热管网,分别分成N级第一分布站和M级第二分布站,各级分布站内设置解耦管、热用户加压泵、分级加压泵;各级分布站的供热面积及级数,根据供热系统管网的走向,供热规模、供热负荷特点及水泵的特性确定;热源设置热源处循环水泵组;
步骤三、确定N级第一分布站的位置和M级第二分布站的位置
N级第一分布站设置在来自第一热源的供热管网的第一供水管线和第一回水管线之间,每级第一分布站内,第一供水管线和第一回水管线用第一解耦管连接;M级第二分布站设置在来自第二热源的供热管网的第二供水管线和第二回水管线之间,每级第二分布站内,第二供水管线和第二回水管线用第二解耦管连接;
步骤四、确定第一热源和第二热源的热源处循环水泵扬程及流量
第一热源处循环水泵只承担该第一热源至第一级第一分布站的阻力损失,该扬程按照式(1)确定,流量按照该第一热源所负担的供热系统的总流量确定,
H01=HR1+HR1-1 (1)
式中H01__第一热源处循环水泵扬程,m;
HR1__第一热源内部损失,m;
HR1-1__第一热源出口至第一级第一分布站的第一供水管线和第一回水管线的阻力损失,m;
第二热源处循环水泵只承担该第二热源至第一级第二分布站的阻力损失,该扬程按照式(2)确定,流量按照该第二热源所负担的供热系统的总流量确定,
H02=HR2+HR2-1 (2)
式中H02__第二热源处循环水泵扬程,m;
HR2__第二热源内部损失,m;
HR2-1__第二热源出口至第一级第二分布站的第二供水管线和第二回水管线的阻力损失,m,
步骤五、确定N级(M级)分布站各自的分级加压泵扬程及流量
第一热源的第一级至N-1级分布站内的第一分级加压泵,只承担该级第一分布站和下一级第一分布站之间第一供水管线和第一回水管线的阻力损失,扬程按照式(3)确定,流量按照该级第一分布站以后由该第一热源负担的供热系统的总流量确定,
HNi=H1i+H2i (3)
式中HNi__第一分级加压泵扬程,m;
H1i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的回水阻力损失,m;
第N级第一分布泵站内的设置的第一分级加压泵,只承担该级第一分布站与水力交汇站之间第一供水管线和第一回水管线的阻力损失;流量按照水力交汇站的交汇热用户所承担总流量与事故状态下由第一热源承担的流量确定,扬程为对应该流量下的第一分布泵站的第一解耦管与交汇解耦管之间的供回水阻力损失,扬程按照式(3)确定,
第二热源的第一级至M-1级分布站内的第二分级加压泵,只承担该级第二分布站和下一级第二分布站之间第二供水管线和第二回水管线的阻力损失,扬程按照式(4)确定,流量按照该级第二分布站以后由该第二热源负担的供热系统的总流量确定,
HMi=H1i+H2i (4)
式中HMi__第一分级加压泵扬程,m;
H1i__两级第二分布泵站的第二解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级第二分布泵站的第二解耦管之间的回水阻力损失,m;
第M级第二分布泵站内的设置的第二分级加压泵,只承担该级第二分布站与水力交汇站之间第二供水管线和第二回水管线的阻力损失;流量按照水力交汇站的交汇热用户所承担总流量与事故状态下由第二热源承担的流量确定,扬程为对应该流量下的第二分布泵站的第二解耦管与交汇解耦管之间的供回水阻力损失,扬程按照式(4)确定;
步骤六、确定热用户加压泵扬程及流量
N级第一分布站的第一热用户加压泵的数量根据该级第一分布站所供的二级网的情况确定,第一热用户加压泵承担该级第一热用户加压泵至所供二级网系统的最不利热用户之间的阻力损失,第一热用户加压泵扬程等于该第一解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上热用户损失,流量按照该级第一热用户加压泵所供热用户的总流量确定,
M级第二分布站的第二热用户加压泵的数量根据该级第二分布站所供的二级网的情况确定,第二热用户加压泵承担该级第二热用户加压泵至所供二级网系统的最不利热用户之间的阻力损失,第二热用户加压泵扬程等于该第二解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上热用户损失,流量按照该级第二热用户加压泵所供热用户的总流量确定,水力交汇站内的交汇热用户加压泵数量根据所供的二级网的情况确定。
本发明的有益效果是:本发明的供热系统,热网的水力稳定性与热力稳定性与均压罐系统相同,但优于传统的供热系统;热源处循环水泵的水力稳定性优于均压罐系统,更优于传统的供热系统。在输送同样热量的情况下,系统输送能耗可比均压罐系统降低36%以上。
本发明的主要优点体现在以下几个方面:
一、本发明的供热系统节能效果显著。将复杂的供热系统分成N级,每一级的分级加压泵仅负责该级的输送能耗,不存在由于阀门节流导致的无效能耗。在输送同样热量的情况下,系统输送能耗可比均压罐系统降低36%以上,更低于传统供热系统输送能耗。
二、系统的解耦能力强。解耦管将一级网系统水力工况与二级网水力工况完全分开,系统中任意用户的流量发生变化,均对其余热用户的流量及热量无影响;相比传统供热系统水力工况相互耦合和分布式变频水泵系统水力工况相互耦合明显减弱。
三、系统水力平衡简单。将复杂的供热系统分成N级,不需要向传统供热系统那样,利用阀门对系统进行繁琐的水力平衡调节,只需要调节每一级的分布站的变速加压泵,即可解决各级分布站间水力平衡;各分布站水力工况相互依赖,相互影响的现象明显减弱。
四、系统适应性好,无论是改建、扩建或增加热源,均对原有用户系统无影响,无需更换已有用户系统的设备。
五、有利于降低系统的供水管及热用户的工作压力。除最末一级的供水管及热用户的工作压力与传统的工作压力相同外,其余各级供水管及热用户的工作压力远低于传统的工作压力。
六、解耦管直径可为均压罐的1/3,易于制造及安装。
七、多热源多级分布式水泵供热系统提高了多热源供热系统的可靠性,任一个热源出现故障,可通过分布站的事故加压泵和利用分级加压泵处的旁通管,就可将另一个热源的热量送到出事故热源所负责供热的区域。
八、有利于供热系统实现信息化、数字化。分级站可无人值守,远程控制。利于降低服务成本,提高供热系统的可靠性和服务质量。
九、本发明为具有无效能耗小、水力工况稳定、适应性广的多级分布式水泵供热系统,解决了直连式集中供热系统无效能耗大、水力工况相互耦合的问题;解决了分布式变频水泵系统的水力工况相互耦合,无法满足系统扩建的要求或者负荷变化的需求,零压差点之前的热用户水力平衡被破坏问题;解决了均压罐系统的无效能耗较大、均压罐直径大的问题。
附图说明
图1是传统的枝状供热系统图(热源1、热用户2、热网供水管3、热网回水管4),图2是图1的水压示意图(供水压力线5、回水压力线6;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程),图3是图2的含有能源浪费的水压示意图,图4是传统分布式变频水泵系统示意图(热源1、热源处循环水泵组2、热用户加压泵3、热用户4),图5是图4的水压示意图(传统系统供水压力线5、分布式变频水泵系统供水压力线6、传统系统回水压力线7;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程),图6是热用户变化后分布式变频水泵系统水压图(原设计零压差点0、热用户变化后零压差点1、原设计供水压力线2、原设计回水压力线3、热用户变化后供水压力线4、热用户变化后回水压力线5;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程,HF\HF1及HB\HB1分别表示F用户或B用户的水泵扬程,ΔHG\ΔHG1表示G用户用阀门消除的管网的剩余压头,角标1表示变化后工况),图7是均压罐供热系统示意图(热源1、热源处循环水泵组2、热用户加压泵3、均压罐4、热用户5),图8是图7的水压示意图(一级网供水压力线6、一级网回水压力线7、热用户阻力损失8;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程),图9是本发明的单热源供热系统结构示意图,图10是传统供热系统、均压罐供热系统和本发明的单热源供热系统的水压示意图(热源泵回水压力线9、第N级最不利用户阻力损失10、常规均压罐系统用户阻力损失11、分级加压泵供水压力线12、用户加压泵系统用户阻力损失13、热源泵供水压力线14、传统均压罐供热系统供水压力线15、传统供热系统供水压力线16;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程),图11是本发明的两个热源的供热系统结构示意图,图12是传统供热系统、均压罐供热系统和本发明的两个热源供热系统的水压示意图(热源泵回水压力线9、用户阻力损失10、常规均压罐供热系统用户阻力损失11、分级加压泵供水压力线12、用户加压泵系统用户阻力损失13、热源泵供水压力线14、传统均压罐供热系统供水压力线15、传统供热系统供水压力线16;其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程)。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图9说明本实施方式,本实施方式的多级分布式水泵供热系统包括热源1、热源处循环水泵组2、供水管线7、回水管线8和N级分布站,每级分布站包括解耦管4、分级加压泵6、至少一组二级网环路;每组二级网环路由热用户加压泵3和至少一个热用户5组成,热源1、热源处循环水泵组2、供水管线7和回水管线8形成热网总供热循环回路,供水管线7与回水管线8之间设置有多级分布站;多级分布站的解耦管4并联设置,每根解耦管4的一端与供水管线7连通,每根解耦管4的另一端与回水管线8连通,与解耦管4连通的供水管线7或回水管线8上串联连接有与该解耦管4连通的分级加压泵6,位于供水管线7和回水管线8之间的每根解耦管4上设置有至少一组二级网环路,二级网环路中的热用户加压泵3和至少一个热用户5串联连通,所述N为正整数,且N≥1。
本实施方式的单热源多级分布式水泵供热系统,热源处循环水泵负责将热源生产的热量,输送到离热源最近的一级分布泵站,并将该级分布站的回水送回热源。解耦管处的供回水压差为零,热源循环水泵扬程=热源阻力损失+热源至第一级分布站的供回水管阻力损失,热源循环水泵流量等于热源在设计供回水温度下的总流量。图10中10为热用户阻力损失,曲线14及曲线9为多级分布式水泵供热系统供回水压力线;曲线15及曲线9为均压罐供热系统供回水压力线;曲线16及曲线9为传统供热系统供回水压力线,其中横坐标L代表管线长度,纵坐标H代表扬程。由图可知,热源处循环水泵的扬程为BA,远低于均压罐系统循环水泵扬程CA和传统供热系统循环水泵扬程DA。
本实施方式的热源处循环水泵组的循环水泵、分级加压泵、热用户加压泵可采用变速泵。
具体实施方式二:结合图9说明本实施方式,本实施方式所述每根解耦管4的直径小于等于供水管线7或回水管线8的管的直径。本实施方式解耦管的直径小于等于连接管的最大直径,如此设置,所需安装空间小,制造成本低,易于制造及安装,能满足实际供热的需要,其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图9说明本实施方式,本实施方式所述每根解耦管4的直径大于供水管线7或回水管线8的管的直径。本实施方式解耦管的直径大于所连接的管的最大直径,如此设置,易于满足解耦管的强度要求,易于制造及安装,能满足实际供热的需要,其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:结合图11说明本实施方式,本实施方式的多级分布式水泵供热系统包括第一热源1、第二热源2,第一热源处循环水泵组25、第二热源处循环水泵组28、第一供水管线7、第一回水管线8、第二供水管线26、第二回水管线27、N级第一分布站、M级第二分布站和水力交汇站,每级第一分布站包括第一解耦管4、第一分级加压泵6、至少一个第一二级网环路;每个第一二级网环路由第一热用户加压泵3和至少一个第一热用户5组成,每级第二分布站包括第二解耦管20、第二分级加压泵21、至少一个第二网环路;每个第二二级网环路由第二热用户加压泵22和至少一个第二热用户23组成;
水力交汇站由交汇解耦管17、交汇热用户加压泵18和交汇热用户19组成,水力交汇站的交汇解耦管17的一端分别与第一热源1的第一供水管线7和第二热源2的第二供水管线26连通,交汇解耦管17的另一端分别与第一热源1的第一回水管线8和第二热源2的第二回水管线27连通;
交汇解耦管17上连接有交汇热用户加压泵18和交汇热用户19,位于水力交汇站一侧的第一供水管线7与第一回水管线8之间分别设置有N级第一分布站;交汇解耦管17和每级第一分布站的第一解耦管4并联设置,每根第一解耦管4的一端与供水管线7连通,每根第一解耦管4的另一端与回水管线8连通;与每根第一解耦管4连通的第一供水管线7或第一回水管线8上串联连接有与该第一解耦管4连通的第一分级加压泵6,位于第一供水管线7和第一回水管线8之间的每根第一解耦管4上设置有至少一个第一二级网环路,第一二级网环路中的第一热用户加压泵3和至少一个第一热用户5串联连通;
位于水力交汇站另一侧的第二供水管线26与第二回水管线27之间分别设置有M级第二分布站;交汇解耦管17和每级第二分布站的第二解耦管20并联设置,每根第二解耦管20的一端与第二供水管线26连通,每根第二解耦管20的另一端与第二回水管线27连通;与每根第二解耦管20连通的第二供水管线26或第二回水管线27上串联连接有与该第二解耦管20连通的第二分级加压泵21,位于第二供水管线26和第二回水管线27之间的每根第二解耦管20上设置有至少一个第二二级网环路,第二二级网环路中的第二热用户加压泵22和至少一个第二热用户23串联连通,所述N为正整数,且N≥1,所述M为正整数,且M≥1。
多热源多级分布式水泵供热系统,不同热源处循环水泵,负责将热源生产的热量,输送到离热源最近的一级分布泵站。图11中所示为两个热源系统,两热源的水力交汇点设在某一解耦管处(如本实施方式的交汇解耦管17)。水力交汇点与热源处循环泵无关,只需要调节相邻两级分布站单元的分级加压泵即可。水力交汇点的工况与解耦管水力工况相一致,供回水压差为零,使得该系统运行调节即简单又方便。此时第一热源1的水泵的扬程为BA,第二热源2的水泵的扬程为B′A′,远低于常规均压罐系统循环水泵扬程CA和C′A′,更低于传统供热系统循环水泵扬程DA和D′A′。
本实施方式的N和M可以相同也可以不同。
本实施方式的热源处循环水泵组的第一热源处循环水泵组、第一分级加压泵、第一热用户加压泵或第二热源处循环水泵组、第二分级加压泵、第二热用户加压泵均可采用变速泵。
分级加压泵和负责该级以下的热用户所需要的热媒的输送,分级加压泵承担两级分布站之间的供回水阻力损失。分级加压泵可以自动调节也可以手动调节。
本实施方式的第一或第二热用户加压泵负责输送热用户需要的热量。
本实施方式第一或第二热用户加压泵根据二级网系统形式确定,二级网系统可以是一个环路,也可以是n个环路。可以每个环路设置第一或第二用户加压泵,也可以多个环路设置加压泵,具体数量根据该级第一或第二分布泵站所供的二级网的情况确定。每个环路中可以有一个用户,也可以有多个用户。第一或第二热用户加压泵可以自动调节也可以手动调节。
具体实施方式五:结合图11说明本实施方式,本实施方式所述第一解耦管4的直径小于或等于第一供水管线7或第一回水管线8的管的直径;所述第二解耦管20的直径小于或等于第二供水管线26或第二回水管线27的管的直径。如此设置,所需占用空间小,易于制造及安装,能满足实际供热的需要,其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式六:结合图11说明本实施方式,本实施方式所述第一解耦管4的直径大于第一供水管线7或第一回水管线8的管的直径;所述第二解耦管20的直径大于第二供水管线26或第二回水管线27的管的直径。如此设置,易于满足解耦管的强度要求,易于制造及安装,能满足实际供热的需要,其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式七:结合图9和图10说明本实施方式,本实施方式的多级分布式水泵供热系统的设计方法是按照以下步骤实现的:
步骤一、将供热系统分成N级分布站:各级分布站内设置解耦管、热用户加压泵、分级加压泵,各级分布站的供热面积及级数,根据供热系统管网的走向,供热规模、供热负荷特点及水泵的特性确定,热源设置热源处循环水泵组,
步骤二、确定各级分布站的位置
分布站设置在供水管线和回水管线之间,在分布站内,热网的供水管线和回水管线用解耦管连接,
步骤三、确定热源处循环水泵扬程及流量
热源处循环水泵只承担热源至第一级分布站的阻力损失,该扬程按照式(1)确定,流量按照整个供热系统的总流量确定,
H0=HR+HR-1 (1)
式中H0__热源处循环水泵扬程,m;
HR__热源内部损失,m;
HR-1__热源出口至第一级分布站的供水管线和回水管线的阻力损失,m,
步骤四、确定分级加压泵扬程及流量
N级分布站的第1级到第N-1级分布泵站内的分级加压泵,只承担该级分布站和下一级分布站之间供水管线和回水管线的阻力损失,扬程按照式(2)确定,流量按照该级分布站以后由该热源负担供热系统的总流量确定;
HNi=H1i+H2i (2)
式中HNi__分级加压泵扬程,m;
H1i__两级分布泵站解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级分布泵站解耦管之间的回水阻力损失,m;
N级分布站的第N级分布泵站内的分级加压泵,只承担该级分布泵站至最不利热用户之间的阻力损失,扬程按照式(3)确定,流量按照最不利热用户的总流量确定;
HN=H1N+H2N+Hy (3)
式中HN__分级加压泵扬程,m;
H1N__该级分布站解耦管至最不利热用户之间的供水阻力损失,m;
H2N__该级分布站解耦管至最不利热用户之间的回水阻力损失,m;
Hy__最不利热用户的阻力损失,m;
步骤五、确定用户加压泵扬程及流量
每级分布站内用户加压泵的数量,根据该级分布站所供的二级网的情况确定;热用户加压泵承担该级热用户加压泵至所供热网系统的最不利热用户之间的阻力损失,热用户加压泵扬程等于该级分布站的解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上用户损失,流量按照该级加压泵所供热用户的总流量确定。
本实施方式的阻力损失及流量可按照《城镇供热管网设计规范》规定计算。
本实施方式的热用户加压泵可以是一个,也可以是n个。
具体实施方式八:结合图11和图12说明本实施方式,本实施方式的多级分布式水泵供热系统的设计方法是按照以下步骤实现的:
步骤一、确定两热源系统的水力交汇站位置
根据供热系统管网的走向,每个热源的供热能力和供热负荷特点,确定两热源系统的水力交汇点位置,水力交汇站设在选定的水力交汇点处,在水力交汇站内,来自两个不同热源的热网的供水管线和回水管线用水力交汇解耦管连接;
步骤二、将热网系统分成N+M级分布站
将与水力交汇解耦管连接的来自两个热源的供热管网,分别分成N级第一分布站和M级第二分布站,各级分布站内设置解耦管、热用户加压泵、分级加压泵;各级分布站的供热面积及级数,根据供热系统管网的走向,供热规模、供热负荷特点及水泵的特性确定;热源设置热源处循环水泵组;
步骤三、确定N级第一分布站的位置和M级第二分布站的位置
N级第一分布站设置在来自第一热源的供热管网的第一供水管线和第一回水管线之间,每级第一分布站内,第一供水管线和第一回水管线用第一解耦管连接;M级第二分布站设置在来自第二热源的供热管网的第二供水管线和第二回水管线之间,每级第二分布站内,第二供水管线和第二回水管线用第二解耦管连接;
步骤四、确定第一热源和第二热源的热源处循环水泵扬程及流量
第一热源处循环水泵只承担该第一热源至第一级第一分布站的阻力损失,该扬程按照式(1)确定,流量按照该第一热源所负担的供热系统的总流量确定,
H01=HR1+HR1-1 (1)
式中H01__第一热源处循环水泵扬程,m;
HR1__第一热源内部损失,m;
HR1-1__第一热源出口至第一级第一分布站的第一供水管线和第一回水管线的阻力损失,m;
第二热源处循环水泵只承担该第二热源至第一级第二分布站的阻力损失,该扬程按照式(2)确定,流量按照该第二热源所负担的供热系统的总流量确定,
H02=HR2+HR2-1 (2)
式中H02__第二热源处循环水泵扬程,m;
HR2__第二热源内部损失,m;
HR2-1__第二热源出口至第一级第二分布站的第二供水管线和第二回水管线的阻力损失,m,
步骤五、确定N级(M级)分布站各自的分级加压泵扬程及流量
第一热源的第一级至N-1级分布站内的第一分级加压泵,只承担该级第一分布站和下一级第一分布站之间第一供水管线和第一回水管线的阻力损失,扬程按照式(3)确定,流量按照该级第一分布站以后由该第一热源负担的供热系统的总流量确定,
HNi=H1i+H2i (3)
式中HNi__第一分级加压泵扬程,m;
H1i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的回水阻力损失,m;
第二热源的第一级至M-1级分布站内的第二分级加压泵,只承担该级第二分布站和下一级第二分布站之间第二供水管线和第二回水管线的阻力损失,扬程按照式(4)确定,流量按照该级第二分布站以后由该第二热源负担的供热系统的总流量确定,
HMi=H1i+H2i (4)
式中HMi__第一分级加压泵扬程,m;
H1i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的供水阻力损失,m;
H2i__两级第一分布泵站的第一解耦管之间的回水阻力损失,m;
第一热源的第N级第一分布泵站内的设置的第一分级加压泵,只承担该级第一分布站与水力交汇站之间第一供水管线和第一回水管线的阻力损失;流量按照水力交汇站的交汇热用户所承担总流量与事故状态下由第一热源承担的流量确定,扬程为对应该流量下的第一分布泵站的第一解耦管与交汇解耦管之间的供回水阻力损失,扬程按照式(3)确定,
第二热源的第M级第二分布泵站内的设置的第二分级加压泵,只承担该级第二分布站与水力交汇站之间第二供水管线和第二回水管线的阻力损失;流量按照水力交汇站的交汇热用户所承担总流量与事故状态下由第二热源承担的流量确定,扬程为对应该流量下的第二分布泵站的第二解耦管与交汇解耦管之间的供回水阻力损失,扬程按照式(4)确定;
步骤六、确定热用户加压泵扬程及流量
N级第一分布站的第一热用户加压泵的数量根据该级第一分布站所供的二级网的情况确定,第一热用户加压泵承担该级第一热用户加压泵至所供二级网系统的最不利热用户之间的阻力损失,第一热用户加压泵扬程等于该第一解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上热用户损失,流量按照该级第一热用户加压泵所供热用户的总流量确定,
M级第二分布站的第二热用户加压泵的数量根据该级第二分布站所供的二级网的情况确定,第二热用户加压泵承担该级第二热用户加压泵至所供二级网系统的最不利热用户之间的阻力损失,第二热用户加压泵扬程等于该第二解耦管至二级网最不利热用户之间的供回水阻力损失加上热用户损失,流量按照该级第二热用户加压泵所供热用户的总流量确定,水力交汇站内的交汇热用户加压泵数量根据所供的二级网的情况确定。
本实施方式的阻力损失及流量可按照《城镇供热管网设计规范》规定计算。