集中供热系统与水力平衡

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1、集中供热系统与水利平衡一、集中供热系统城市集中供热是我国近30年来迅速发展的供热技术，特别是最近20 年来，飞速发展成 为成为城市重要的基础设施建设项目。相对于单户、单栋楼建筑的分散供热而言，集中供热 具有热负荷多、热源规模大、热效率高、节约燃料和劳动力、占用土地少等优点，因而在城 市供热中应大规模使用。城市集中供热系统由热源、热网、热用户三部分构成。1. 热源 热源是城市集中供热的核心。热源类别和规模根据用户性质、负荷及城市现有的资源 确定。目前普遍采用的是热电联产的热电站和区域锅炉房。图 7-5 抽汽式热电厂供热系统1-锅炉；2-汽轮机；3-发电机；4-凝汽器；5-主加热器；6-高峰加热器

2、；7-循环水泵；8-除污器； 9-压力调节阀；10-补给水泵；11-补充水处理装置；12-凝结水箱；13、14-凝结水泵； 15-除氧器；16-锅炉给水泵；17-过热器；18-减压装置 图中所示为抽气式热电厂供热系统图。该系统以热电厂为热源，进行热电联产。蒸汽 锅炉产生的高温，高压蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功，带动同轴发电机发电。蒸汽做功到一定 程度，从部分汽轮机中间一个抽汽口出来此时压力降至IMPa左右向工业用户直接供蒸汽， 也可以从第二个抽汽口出来，此时压力为0.2MPa左右，加热热网回水后再用水泵送出供用 户用热。基本加热器出水温度一般为95-118C。如果需要再打开尖峰加热器，水温可以达到

3、130C。回水温度一般为70C或更低一些。以热水锅炉或工业蒸汽锅炉为热源的供热系统成为区域锅炉房集中供热系统。与热电 厂不同，他只有供蒸汽或热水的任务不发电。蒸汽为用汽企业使用，热水可供暖，也可以制 冷。国家标准对蒸汽锅炉房和热水锅炉都有一个规定，生产锅炉的厂家依据这个标准生产 热电站蒸汽锅炉和工业锅炉参数不同，表明锅炉参数的蒸汽锅炉：蒸发量单位为：t/h-每小时能蒸发的水量。蒸汽压力单位为：MPa和过去常用单位换算是：lMPa=9.8kg/cm2alOkg/cm2额定出口温度为 C热水锅炉参数有：额定功率，用MW-兆瓦表示。1兆瓦=1000千瓦。额定出口/进口水温C,最常见95/70、115

4、/70、130/70允许工作压力MPa，常见的为0.4-1.25MPa城市集中供热系统主要热源为热电厂，汽供热面积一般都在200万平方米以上。区域锅炉房供热系统一般在20万平方米以上，以130/70或者110/70热水锅炉供热。低于20万平 方米一般称为小区锅炉房，热水锅炉一般配备有110/70或者95/70的热水锅炉。2. 供热管网及设备图 7-1 双管闭式热水供热系统=(a)无混合装置的直接连接；(b)装水喷射器的直接连接；(c)装混合水泵的直接连接；(d)供暖热用户与热网的间接连接；(e)通风热用户与热网的连接；(f)无储水箱的连接方式；(g)装设上部储水箱的连接方式；(h)装置容积式换

5、热器的连接方式；(i)装设下部储水箱的连接方式1-热源的加热装置； 2-网路循环水泵； 3-补水泵； 4-补给水压力调节器； 5-散热器；6-水喷射器； 7-混合水泵； 8-表面式水-水换热器； 9-供暖热用户系统的循环水泵； 10-膨胀水箱；11-空气加热器； 12-温度调节器； 13-水-水式换热器； 14-储水箱； 15-容积式换热器；16-下部储水箱； 17-热水供应系统的循环水泵； 18-热水循环系统的循环管路上图表示闭式供热系统热用户与热水网路连接方式。(1) 7-1 (a)所示，优点为形式简单、造价低：(2) 7-1 (b)用户用热水温度低于来水温度，引入部分回水降低温度，满足使

6、用要求,构造简单，但供回水压差必须 O.IMPa(3) 7-1 (c)用混水泵替代上面喷射器。可以满足V O.IMPa的场合(4) 7-1 (d)通过水-水换热器将一次来水热量转移到二次水。用于用户同热网不能 直接相连，保证用户安全的场合。设备投资大，运行费用高。(5) 7-1 (e)如果通风用户散热器承压能力高，直接使用。(6) 7-1 (f)、(g)、(h)、(i)为生活热水连接方式。区域锅炉房，小区锅炉房供热管网基本上都是支形结构管网，一般可架空，但大多数 是聚氨酯保温直埋地下。而城市集中供热管网可以是枝形网，也可以是环形网，环形网多是 由一个或一个以上热源供热。环状网有利于不停止供热情

7、况下局部抢修。城市集中供热管网 一般在道路建设同时建设热力管沟，用来铺设热力管道3 必要的设备。3. 终端用户引入口图7-9用户引入口1-压力表； 2-用户供回水总管阀门；3-除污器； 4-手动调节阀； 5-温度计6-旁通管阀门用户引入口设置在一幢建筑物供热管路入口，或者几个(单元)供热管路入口处。通常 称之为小室。小室净高一般不小于2m，应留有适度的操作空间供运行抢修人员做操作调试 之用。在小室进口管路上安装有压力表、温度计、截止阀、平衡阀等装置。由于小区规模越 来越大，入口小室及配置的配备越来越重要。因为设计在合理，实际投运时， 10 幢以及几 十幢楼的正常供热就靠现场调试。而没有这些装置

8、，其难度可想而知。所有现场运行及管理 人员在验收及维护、管理、使用这些装置上必须高度重视。二、热平衡及水利平衡1. 热与热平衡城市供热在我国一直是作为福利事业进行建设发展和管理的。随着我国的经济体制的改 革，城市供热由计划向市场转变已经提到日程上来。热，作为商品进入千家万户已成必然。 （1）热量单位、热指标从物理教科书可知，热的计量单位是卡、千卡。 1卡就是1克水升高摄氏1 度所需要的 热量。 1 千卡就是1000 克水升高摄氏1 度所需要的热量。在工程上千卡又称为大卡，符号 记作 kcal。 1 立方米的天然气完全燃烧发出的热量大约为 8500-10000 大卡。 1 公斤煤完全 燃烧所发出

9、的热量大约为5000大卡左右。 1度电完全转变成热量能释放的热量为860大卡。为了和国际标准一致，热量单位改用焦耳、千焦换算关系为：1 卡=4.18焦耳， 1 千卡 =4.18千焦，千焦的符号记做：KJ。为了比较相同的热能用不同的时间吸收或释放或消耗，引入时间，形成新的单位即：瓦、 千瓦。1 卡/秒=4.18焦耳/秒=4.18瓦1千卡/秒=4.18千焦/秒=4.18千瓦 在建筑物及建筑采暖设计中经常用到的两个热工指标是建筑物耗热量及采暖热负荷。建筑物耗热量是指在一个采暖期内，在全部室内平均温度下建筑物消耗的热量。不同的地区该值不同。作为指标规定，北京地区1980年规定为室外温度-1.6C，室内

10、温度16C, 采暖天数125天，该值为25.2kg标准煤/m?。去年2004年北京市规委、建委提出的新指标 为 14.65w/m。采暖设计热负荷指标是在室外计算温度下，为保证室内计算温度，单位建筑面积在单位时间需要由室内采暖设备供给的热量，单位为-9C。室内计算温度、卧室、起居室为18C， 厨房16C，卫士、浴室为22C。循环水泵的选择，锅炉的配备均以这个指标为准。（2）热平衡一个企业内部热能的进入、支出，及热能在企业内个部分消耗、分配情况，称之为热平 衡。通俗地说就是热的明细账。同样，小区内热能的收入及各楼的热量分配情况也是小区的热平衡。如果供热面积为A (mJ热负荷指标为q (w/m?)小

11、区(楼)的供热量应为Q=Aq (W)。 如果各楼得到的热量正如按设计指标可得，则可称之为“平衡”，倘若热的开窗，冷的 冻人，就是“不平衡”。热平衡的任务就是要解决冷热不均的问题。2. 供热管网的水力平衡在用热水供热系统中，热能的载体为热水。通过管路向用户供应热水所提供的热量可用 下式计算：Q=1.163G(t2-t1)(W)G供水管中热水流量kg/h七2、t1分别为供水、回水温度。C在锅炉提供的热水出入口温度一定的情况下,每个用户得到的热是Q和该用户的热水流 量是G密切相关。可以说热平衡的关键是流量的平衡，也就是水力平衡，水力平衡又称做水 力失调。(1)水在管内流动阻力和压头水在直管内流动时会

12、遇到阻力叫沿程阻力，该阻力同管道长度、管道的直径及管道内表 面光洁度有关。PL=RL(Pa)Rl每米管道在直径D,流量为Gkg/h时的阻力又称比摩阻L管道长度(m)使水流形态发生改变的阻力叫局部阻力。例如：三通、弯头、阀门、除污器等都改变了 流体的流动状态。P=R L (Pa)j= LX j当量长度(m)相当于沿程若干米产生的阻力。在已知管道直径D,流量G通过手册查出比摩阻及Lj值。总阻力 P= PL+Pj= RLX(L+ RL)(Pa动力设备,如水泵,为克服这些阻力使水在管道内流动产生的动力称之为压头。单位为(Pa)或者水柱。水柱和Pa的换算关系为：lMPa=10六次方PalOOm水柱=10

13、五次方mm 水柱。由水泵提供给各用户入口处的压头又称为资用压头。设计都会提供一个用户系统入口处 需要的压头。资用压头应当大于系统压头。否则该系统不能得到需要的热水流量也就不能保 证该系统正常供热。同样，如果资用压头大大超过系统压头，该系统得到的水量（热量）过 多，则浪费能源，在这种情况下，要采取技术措施，先调整平衡阀，使该系统得到的压头与 需要的尽可能接近。（2）水力计算方法下图表示 4 个热用户的管网图。图 8-1 室外热水管网F表为4个热用户管网水力计算汇总表（主干管）管段热负荷（W）流量（t/h）阻力损失（Pa）资用压头（Pa）A-B650093.171913433885 （B 点）B-

14、C500071.67863324252 （C 点）C-D300043.01298311269 （D 点）DE200028.6711269/Pab=52018目前北京市建筑设计中，每个入口的系统阻力都在50KPa-60KPa之间，为保证最远端用 户 E 的动力需要，水泵最小动力应为：H2x/Pab+ （50000-60000）=154036-164036Pa考虑20%的富余H三196843Pa（3）水力平衡分析用户需要压头（Pa）水泵提供的资用压头（Pa）F60000127770G60000108508H6000082538E6000060000用上面看出，越靠近热源A,资用压头和需要压头之差越

15、大。如果设计不当很可能造成 “近水楼台先得月”按流量关系依次为：FGHE。形成“水力失调”解决办法，一靠 正确设计，在支路设计中把富余的压头平衡掉。二靠运行调整用平衡阀解决。3、建筑物（住宅楼）内的水力平衡（1）建筑物内供热干管在实行分户供暖设计以前，大多采用上供下回方式，各楼层用户的 散热器都串联在一根管路上，热水送至顶层由若干支管垂直流下。供水干管置于楼最高处， 回水干管置于首层地面以下。根据供水干管会回水干管内水流方向相同还是相反，又分为同 程和异程。方向相同者为同程，相反者为异程。在压头分布上，同程式位于干管两端的支管 压头较大，中间较小。而异程式靠近供水干管进口端的支管压头较大，末端最小，类似于前 面对供热干管网的水力工况的分析。这在设计和调试中都是必须注意的。为了便于收费和管理，现在的设计都采用下供下回，分层供热方式。供热干管都在楼层 最低部。支管的水力平衡情况同上。（2）室内支管从管道井到出入户，沿地面下铺设。也有同程、异程之分。水力平衡情况同 上。总之，掌握水平衡知识，对供热运行和管理人员都是十分重要的。