熱水網(wǎng)低負荷時該如何正確選擇循環(huán)水泵的揚程

 1　問題的提出
    熱水網(wǎng)供熱系統(tǒng)中，循環(huán)水泵的正確選擇，不僅涉及熱網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，而且影響供熱質(zhì)量。目前，在熱水網(wǎng)供熱系統(tǒng)還沒有普及調(diào)速水泵的情況下，對大、中型熱水網(wǎng)，為適應(yīng)采暖期室外大氣溫度變化對采暖建筑物設(shè)計室溫的影響，多采用中央質(zhì)調(diào)節(jié)和分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)在運行節(jié)能方面優(yōu)于中央質(zhì)調(diào)節(jié)而被廣泛采用。此外，當供熱鍋爐房終期建設(shè)規(guī)模確定后，常因近期熱負荷循環(huán)水泵不足、建設(shè)資金不足等原因，按終期負荷確定外網(wǎng)管徑，而熱源則分期建設(shè)。在采暖初、末期或熱源分期建設(shè)時，熱網(wǎng)實際循環(huán)流量均小于設(shè)計循環(huán)流量的低負荷情況下，相應(yīng)的循環(huán)水泵揚程如何選擇，應(yīng)進行仔細分析，合理確定。

2　低負荷時水力工況分析

    一般情況下，在終期設(shè)計負荷時，熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟比摩阻按60-80 Pa/m選用。當采用分階段改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)或熱源分期建設(shè)，而外網(wǎng)按終期確定管徑時，若采用分階段改變流量的調(diào)節(jié)，宜選用揚程和流量不等的泵組。如果采用60～80 Pa/m的經(jīng)濟比摩阻去選擇低負荷時小流量泵的揚程。結(jié)果造成循環(huán)水泵選用功率過大，運行電耗高，系統(tǒng)運行工況不合理等弊病。

      由流體力學(xué)基本原理可知，閉路循環(huán)系統(tǒng)的水流量G與其計算管段的壓力損失ΔP有如下關(guān)系式：

       ΔP=kG2   (1)

     (2)

　　式中：ΔPp為計算管段始、末端的壓力差，Pa； G為介質(zhì)循環(huán)流量，m3/s； k為管路綜合阻力特性數(shù)，kg/m7； λ為沿程阻力系數(shù)；Σζ為局部阻力系數(shù)之和； L 為管道長度，m； d 為管內(nèi)徑，m ； ρ為流體密度，kg/m3。

       從式（1）可見，當管網(wǎng)按終期管徑敷設(shè)完成后，只要不改變閥門開度，即ζ不變，對輸送一定密度、溫度的流體（對液體，當溫度和壓力變化不大時，可以認為其密度為常量）其管路綜合阻力特性為常數(shù)。管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力損失ΔP僅決定于通過管路的循環(huán)水流量G，且壓降變化隨流量變化成平方關(guān)系增減。因此，若設(shè)管路終期設(shè)計流量為G1，設(shè)計工況下的壓力損失為ΔP1，在采暖初、末期或熱源分期建設(shè)中的實際流量為G2，相應(yīng)壓力損失為ΔP2，則有：

   (3)

   例1.某市集中供熱鍋爐房熱水網(wǎng)終期設(shè)計流量為1 200 m3/h，熱網(wǎng)最遠環(huán)路單長（計算長度）4 300 m，熱源近期供熱負荷為終期設(shè)計負荷的1/3，投運兩臺20 t/h蒸汽爐換熱，供熱水網(wǎng)相應(yīng)循環(huán)水量為400 m3/h。外管網(wǎng)按終期熱負荷一次建成供熱。原設(shè)計終期選用2臺（1備）流量1 200 m3/h，揚程80 m，電機功率355 kW水泵；近期低負荷時選用2臺流量400 m3/h，揚程50 m，電機功率75 kW水泵。

    分析：熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟比摩阻取70 Pa/m，則最不利環(huán)路壓降ΔPmax=4 300×2×70=0.6 MPa=60 m揚程

    該系統(tǒng)為兩級換熱，取換熱器單級阻損0.05 MPa。換熱器（兩級）總阻損：2×0.05 MPa=0.1 MPa=10 m揚程，則終期循環(huán)水泵揚程為：

    ΔP終=1.15×(60+10)=80 m揚程

    而近期實際總循環(huán)水量為400 m3/h，按式（2）求出其壓降ΔP2 =(400/1 200)2×800=88.9 kPa

    分析可見，由于近期循環(huán)水量僅為終期的1/3，相應(yīng)總壓降只是終期的1/9，管路內(nèi)流速很低，管路阻損很小。顯然，原設(shè)計在低負荷時所選揚程50 m明顯較大。若考慮留夠裕量等因素，按低負荷時運行兩臺蒸汽爐，選兩臺流量200 m3/h，揚程20 m泵，則相應(yīng)電機功率為18.5 kW，其節(jié)電是明顯的。

   例2．若按分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)，采用大、小泵配合配置組合方案，在嚴寒期運行大流量水泵，初、末寒期運行小流量水泵，一般取小流量水泵循環(huán)泵循環(huán)水量為大流量水泵的60 %～70 %，取65 %，仍以上例嚴寒期循環(huán)水量1 200 m3/h 初、末寒期循環(huán)水量= 0.65×1200=780 m3/h則：

     ΔP2 =(780/1 200)2×800=338 kPa

    低負荷時可選用2臺流量400 m3/h，揚程50 m，電機功率75 kW水泵。低負荷時可節(jié)電：(335-75×2)/335=57.7 %。

3　結(jié)　　論

     對低負荷工況，不可簡單地仍按熱水網(wǎng)主干線經(jīng)濟比摩阻60-80 Pa/m選擇低負荷用的循環(huán)水泵揚程，而應(yīng)對具體工況進行具體分析，合理確定循環(huán)泵熱網(wǎng)低負荷時循環(huán)水泵的揚程、流量，不僅有利于節(jié)電，亦可避免大流量、低溫差不合理運行工況，保證供熱質(zhì)量。