CN202101306U - 多热源环状管网动力输送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多热源环状管网动力输送系统，它是在各个热源处分别设置有一套或多套额定流量相同、额定扬程不同的定速循环泵；多套设置时，额定流量相同、额定扬程不同的多套循环水泵并联安装，每种工况下运行与之相对应的一套；要求设置的套数与该热源的运行工况数相对应；在各用户处设置有能够定量控制流量的流量控制阀。通过各种运行工况下运行的热源分别启用与该运行工况相应的循环水泵，保证了管网的输送能力和管网在各种正常运行工况下的运行效果，并减少动力输送系统的电能消耗。

Description

多热源环状管网动力输送系统

技术领域

本实用新型涉及集中供热系统，尤其是多热源环状管网集中供热系统。

背景技术

在集中供热系统中，动力输送系统为循环热媒提供输送动力。动力输送系统主要包括循环水泵、水泵进出口管道、阀门、附件及水泵的控制装置等。动力输送系统的配置是否合理，对供热系统运行的运行经济性及安全可靠性产生重要影响。

多热源环状管网供热系统的管网结构及运行方式具有以下特点：(1)主干管网由一个或多个环状管网组成。(2)具有多个热源，每个热源均设置相应的动力输送系统。(3)运行的多个热源的动力输送系统互相影响。(4)在整个采暖季，投入运行的热源及其所属的动力输送系统按一定规律投入或退出运行。

多热源环状管网的动力输送系统，目前较多采用单热源枝状网动力输送系统的配置方法和运行方式。其具体方法为：划分每个热源的供热区域，将多热源环状管网分解为多个单热源枝状管网；根据每个单热源枝状管网的流量和阻力，设计每个热源的动力输送系统。

按照上述方法设置的多热源环状管网的动力输送系统，在运行热源的数量发生变化时，由于运行热源的供热区域发生变化，其输送能力往往不能满足部分用户的要求，从而导致部分用户的供热效果较差。因此，目前已运行的多热源环状管网，为了保证供热效果，大多采用解裂运行方式(相邻热源的末端用户之间设置关断阀，将多热源环状管网分解为多个单热源枝状管网，所有热源在整个采暖季均处于运行状态)，导致多热源环状管网的优越性得不到充分发挥。

因此，通过合理配置多热源环状管网的动力输送系统及其运行方式，保证多热源环状管网在各种运行工况下所有用户的供热效果均能满足要求，对于多热源环状管网的运行是非常必要的。

与本实用新型最接近的现有技术是在《暖通空调》2002年第32卷第6期公开的“多热源环网供热技术”一文。在该文中公开了以下几种关于多热源环状管网动力输送系统的设置技术：

(1)各热源动力输送系统的循环水泵宜选用变频泵。在工况发生变化时，循环水泵变频运行，其流量和扬程均发生变化。

(2)各热源动力输送系统可分别选用几台不同型号的的定速泵作为不同工况下的循环泵。同一热源在不同工况下的循环水泵应具有不同的流量。

(3)各热源动力输送系统的循环水泵的扬程应基本相近，流量应根据各热源所负担的运行工况来确定。

以上技术措施均提出，在不同的运行工况下，多热源环状管网的同一热源的动力输送系统，其循环水泵应具有不同的运行流量。

但是，多热源环状管网供热系统的一个重要优势，是优先运行供热成本低、运行效率高的热源，而当供热成本低、运行效率高的热源达到最大供热能力，仍不能满足负荷要求时，再依次运行供热成本相对较高或运行效率相对较低的热源。也就是说，如果某一个热源(比如基本热源或调节热源)在整个供暖季同时参与几个工况的运行，则在这几种工况下，该热源均有可能达到其额定供热能力。因此，同一热源所属的循环水泵的流量，在各种运行工况下均能满足该热源额定供热能力要求，即在不同的运行工况下，同一热源在达到其额定供热能力时循环水泵应具有相同的流量。同时，由于多热源环状管网结构复杂，热源及其动力输送系统互相影响，水力工况的定量分析难度很大。为了保证其水力工况的定量分析能够进行，并减少管网水力工况定量分析的工作量，多热源环状管网在每一种运行工况下应具有确定的流量。鉴于以上两方面的原因，对于多热源环状管网供热系统，同一热源在各种不同运行工况下的循环水泵应具有相同的流量，且在每一种运行工况下各热源的循环水泵均应采用“定流量”运行方式。

多热源环状管网的动力输送系统所属的循环水泵的扬程，是由该热源的额定供热能力，该热源的供热范围以及该供热范围管网的结构及水力状况等因素共同确定的。在不同的运行工况下，该热源的供热范围、该范围的管网结构及水力状况均将发生变化。因此，在不同运行工况下，运行的热源的动力输送系统所属的循环水泵的扬程必须根据具体工况的水力工况分析计算结果确定。

而采用上述文献中的技术措施，将会导致部分热源投入或退出运行时，运行热源所属的循环水泵的输送流量不能与热源的供热能力相匹配，循环水泵的扬程不能与其供热范围相匹配，从而导致部分热源的供热能力不能充分利用，而部分热源又不得不超负荷运行，影响了多热源环状管网的安全可靠性和经济性。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述技术导致多热源环状管网供热系统输送能力不能适应运行热源数量发生变化的缺点，通过技术改进，提供一种多热源环状管网的动力输送系统。该动力输送系统主要通过合理配置循环水泵及其运行调节方式，使其输送能力能够满足多热源环状管网在不同运行工况下的供热要求，保证多热源环状管网供热系统的正常运行。

为达到上述目的，本实用新型的系统主要包括设置在各个热源处的管道、附件和水泵控制装置，其特征在于，在各个热源处还分别设置有一套或多套额定流量相同、额定扬程不同的定速循环泵；多套设置时，额定流量相同、额定扬程不同的多套循环水泵并联安装，每种工况下运行与之相对应的一套；要求设置的套数与该热源的运行工况数相对应；在各用户处设置有能够定量控制流量的流量控制阀。

本实用新型系统的配置方法如下

第一步，确定每个热源处设置的循环水泵套数

首先划分多热源环状管网供热系统的运行工况，并确定热源的投运顺序。比如三热源环状管网可分为基本工况、调节工况和调峰工况三种不同工况；或者分为基本工况和两个调峰工况。基本工况下，只有基本热源投入运行；调节工况下，只有基本热源和调节热源投入运行；调峰工况下，基本热源、调节热源和调峰热源均投入运行。对于四热源环状管网，可以根据热源的投运顺序不同，可以设置三种运行工况或四种运行工况。如果设置三种运行工况，则在运行工况发生改变时，会有两个热源同时投入或退出运行；如果设置四种运行工况，则四个热源分别按一定次序投入运行或退出运行。

在运行工况和热源投入运行顺序划分的基础上，确定在每个热源处设置的循环水泵套数，要求循环水泵的套数与该热源参与的运行工况数相对应；

第二步：确定每个热源处循环水泵额定流量

同一热源在不同工况下的循环泵具有相同的额定流量，其流量均按下式确定：

$G=(1.05~1.15)\frac{860Q}{\mathrm{\ρ}(t_g-t_h)}{m}^3/h$ 式中：

G——某热源的额定流量，m³/h；

Q——某热源的额定供热量，kW；

ρ——额定回水温度下水的密度，kg/m³

t_g、t_h——热源或供热管网的额定供、回水温度，℃。

第三步：确定个热源处循环水泵扬程

同一热源在不同运行工况下的循环水泵的流量相同，但扬程是不同的。其扬程应根据多热源环状管网在不同运行工况下的实际水力状况，通过分析计算确定。具体确定方法为：

(1)首先将多热源环状管网分解为供水环网和回水环网，分别选定供水环网和回水环网的压力基准点。压力基准点应选择同一热源的供回水入网节点。

(2)选择某一工况作为计算工况，确定供水环网和回水环网各节点在该工况下的额定流量，并用矩阵表示：

${\stackrel{\‾}{q}}_G={[q_{1G},q_{2G},\·\·\·,q_{\mathrm{mG}}]}^T$ 及 ${\stackrel{\‾}{q}}_H={[q_{1H},q_{2H},\·\·\·,q_{\mathrm{mH}}]}^T$

(3)分别根据供、回水管网各节点的额定流量矩阵，计算确定供、回水管网各节点相对于各自压力基准点的节点压降矩阵。

${\stackrel{\‾}{p}}_G={[p_{1G},p_{2G},\·\·\·,p_{\mathrm{mG}}]}^T$ 及 ${\stackrel{\‾}{p}}_H={[p_{1H},p_{2H},\·\·\·,p_{\mathrm{mH}}]}^T$

(4)根据供水节点和回水节点的节点压降，确定出多热源环状管网的最不利热用户，其最不利用户必然满足如下数学关系式：

Δp_J＝p_JG-p_JH＝max(p_iG-p_iH)    i＝1，2，…，m

式中p_JG——最不利热用户J的供水环网节点压降，mH₂O；

p_JH——最不利热用户J的回水环网节点压降，mH₂O；

m——多热源环状管网节点(包括热源节点和用户节点)个数。

(5)分别确定供、回水环网各节点的压力矩阵。

设定最不利热用户J的最低压力Δp_J＝Δp₀(Δp₀为规范规定的热用户安全供热所需的资用压力的最小值)，定压点设在基准热源的回水环网节点上，其定压值为p₀。则供、回水环网各节点的压力矩阵为：

${\stackrel{\‾}{p}}_G^{\′}=[p_0+{\mathrm{\Δp}}_0+(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-p_{1G},p_0+{\mathrm{\Δp}}_0+(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-p_{2G},$

$...,p_0+{\mathrm{\Δp}}_0+(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-p_{\mathrm{mG}}{]}^T$

${\stackrel{\‾}{p}}_H^{\′}={(p_0-p_{1H},p_0-p_{2H},...,p_0-p_{\mathrm{mH}})}^T$

(6)确定供、回水环网各对应节点(包括热源和热用户)间的压差矩阵。

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{p}={\stackrel{\‾}{p}}_G^{\′}-{\stackrel{\‾}{p}}_H^{\′}$

$=({\mathrm{\Δp}}_1,{\mathrm{\Δp}}_2,...,{\mathrm{\Δp}}_i,...)$

$=[{\mathrm{\Δp}}_0+(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-(p_{1G}-p_{1H}),{\mathrm{\Δp}}_0+(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-(p_{2G}-p_{2H}),...,$

${\mathrm{\Δp}}_0+{(p_{\mathrm{JG}}-p_{\mathrm{JH}})-(p_{\mathrm{mG}}-p_{\mathrm{mH}})]}^T$

(7)确定各热源循环水泵在该工况下的扬程。

在该工况下运行的热源节点，可根据其供水环网节点流量的符号判定。若供水管网某节点流量Q_iG＜0，则该节点对应的用户必为热源。因此，在该工况下运行的热源所属的循环水泵的论扬程可按下式确定：

H_rk＝Δp₀+(p_JG-p_JH)-(p_iG-p_iH)+H₀    k＝1，2，...，M

式中H_rk——k热源循环水泵的扬程，mH₂O；

p_iG——k热源对应的供水环网节点的节点压降，mH₂O；

p_iH——k热源对应的回水环网节点的节点压降，mH₂O；

H₀——在理论流量下热源内部的阻力损失，可按规范规定取值，mH₂O。

M——在该工况下运行热源的个数。

(8)重复步骤(2)～(7)，确定各热源循环水泵在其它运行工况下的扬程。

第四步：设置循环水泵

根据确定的每个热源对应的循环水泵套数、循环水泵的额定流量以及循环水泵的扬程，在每个热源处设置相应套数的额定流量相同、额定扬程不同的定速循环泵及相应的配套装置(配套装置包括管道、附件及控制装置)，多套循环水泵应并联设置；并在各用户处设置流量控制阀。比如三热源环状管网，在基本热源处，对应于基本工况、调节工况和调峰工况三种不同的运行工况，分别设置三套额定流量相同，额定扬程不同的循环水泵及及相应的配套装置；在调节热源处，对应于基本工况和调节工况，分别设置两套额定流量相同、额定扬程不同的循环水泵及相应的配套装置；在调峰热源处，对应于调峰工况，设置一套循环水泵及相应的配套装置；

当某一热源的循环水泵在几种不同工况下的额定扬程相差不大于5mH₂O时，为了节省投资，可以将该热源在上述几种工况的循环水泵及其配套装置合并为一套(即在上述工况下均采用同一套动力输送装置)。

本实用新型的优点是：

(1)各种运行工况下运行的热源分别启用与该运行工况相应的循环水泵，保证了管网的输送能力和管网在各种正常运行工况下的运行效果，并减少动力输送系统的电能消耗。

(2)按照本实用新型提出的方法设置循环泵，可以采用“在运行工况发生变化时启动相应的循环水泵，而在每种运行工况下均采用定流量质调节”的运行调节方式，保证了管网水力工况的确定性和稳定性。

(3)每种运行工况下，多热源环状管网的热源和所有热用户均有确定的流量，能够对其供热效果进行定量分析，为管网的运行管理及调节提供理论依据。

附图说明

图1是本实用新型多热源环状管网动力输送系统实施例的示意图，图中以三热源为例；

图2是多热源环状管网网络结构图。

图1中：1-基本热源，2-调节热源，3-调峰热源，4-热用户，5-基本工况循环泵(基本热源)，6-调节工况循环泵(基本热源)，7-调峰工况循环泵(基本热源)，8-调节工况循环泵(调节热源)，9-调峰工况循环泵(调节热源)，10-调峰工况循环泵(调峰热源)，11-补水泵(基本热源)，12-补水泵(调节热源)，13-补水泵(调峰热源)，14-流量控制阀。

图2中：数字J1-J17表示节点编号；G1-G19代表管段标号。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的工作流程说明其具体实施方式。

如图1所示，本实用新型的动力输送系统包括基本热源1、调节热源2和调峰热源3的动力输送系统；从图1可以看出，在基本热源1处设有基本工况循环泵5、调节工况循环泵6和调峰工况循环泵7及相应的管道、阀门、附件和控制系统(图中未画出)；在调节热源2处设有调节工况循环泵8、调峰工况循环泵9及相应的管道、阀门、附件和控制系统；在调峰热源3处设有调峰工况循环泵10及相应的管道、阀门、附件和控制系统。在基本热源1、调节热源2和调峰热源3处分别设有补水泵11、12和13。在各个用户4处均设置有流量控制阀14。

下面以图1示出的三热源环状管网的动力输送系统的配置为例说明本实用新型的配置方法。

某一多热源环状管网供热系统，管网包括三个热源和十个热用户(换热站)，在基本工况下，只有热源1投入运行；在调节工况下，热源1和热源2联合运行；在调峰工况下，热源1、热源2及热源3均投入运行。该多热源环状管网网络结构图如图2所示。从图2中可以看出，热源1从节点J17入网，热源2从节点J9入网，热源3从节点J11入网。该多热源环状管网的管段G1-G19的管径及管长见表1；管网节点J1-J17在三种工况下的额定流量见表2。

表1 管网各管段的管径(供水、回水对应管段管径相同)

表2 三种工况下的节点额定流量

下面按本实用新型介绍的动力输送系统的设置方法，该多热源环状管网的动力输送系统配置如下：

基本热源1参与三种运行工况，计算得到三种工况下的动力输送系统的配置参数：基本工况下，额定流量Q＝294m³/h，额定扬程H＝85mH₂O；调节工况下，额定流量Q＝294m³/h，额定扬程H＝68mH₂O；调峰工况下，额定流量Q＝294m³/h，额定扬程H＝48mH₂O。

调节热源2参与两种运行工况，计算得到两种工况下的动力输送系统的配置参数：调节工况下，额定流量Q＝214m³/h，额定扬程H＝58mH₂O；调峰工况下，额定流量Q＝214m³/h，额定扬程H＝80mH₂O。

调峰热源3只参与调峰工况的运行，计算得到该工况下的动力输送系统的配置参数：额定流量Q＝198m³/h，额定扬程H＝76mH₂O。

在各个用户的供水分支管上，分别设置流量控制阀。

本实用新型多热源环状管网的动力输送系统的运行方式如下：

基本工况下，只运行基本热源及其在基本工况下的动力输送系统，同时根据各用户在基本工况下的额定流量设定热用户流量控制阀的开度；

调节工况下，只运行基本热源和调节热源，并分别运行它们在调节工况下的动力输送系统，同时根据各用户在调节工况下的额定流量设定热用户流量控制阀的开度。如果多热源环状管网具有多个不同的调节热源，且多个调节热源根据热负荷的变化情况按照一定的次序投入或退出运行，则该管网的调节工况可划分为多个调节工况。不同调节工况下，分别运行与该调节工况对应的热源及动力输送系统。

调峰工况下，基本热源、所有调节热源和调峰热源均投入运行，并分别运行它们在调峰工况下的的动力输送系统，同时根据各用户在调峰工况下的额定流量设定热用户流量控制阀的开度。

在每一种运行工况下，分别采用定流量的运行方式，依靠调节热媒温度(质调节)适应系统的负荷变化。

本实用新型工况的划分和热源的确定并不受实施例的限制，本领域技术人员可按照实际情况划分工况和确定热源。

Claims (1)

1.一种多热源环状管网动力输送系统，主要包括设置在各个热源处的管道、附件和水泵控制装置，其特征在于，在各个热源处还分别设置有一套或多套额定流量相同、额定扬程不同的定速循环泵；多套设置时，额定流量相同、额定扬程不同的多套循环水泵并联安装，每种工况下运行与之相对应的一套，要求设置的套数与该热源的运行工况数相对应；在各用户处设置有能够定量控制流量的流量控制阀。

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