基于调节型喷射泵的二级管网平衡调控系统

何子峰, 郝 磊, 闫静蕾, 王振华, 魏学乐, 唐 亮,乔建荣, 周海贝, 刘兆军, 周 涛, 尹业彬

(1.东方绿色能源(河北)有限公司石家庄热力分公司,河北石家庄005035;2.北京新宝同怀节能科技有限公司,北京100176)

1 概述

20世纪50年代我国从前苏联引进了固定型喷射泵技术,但并没有得到广泛推广,主要原因是固定型喷射泵的喷嘴直径固定不变,不能适应供热系统调节需要[1]。2005年,石兆玉等在固定型喷射泵的基础上进行调节型喷射泵的研制,以解决二级管网水力平衡问题,取得了一定效果[1]。2016年,余宝法[2]结合国内喷射泵研究成果并在德国可调喷射泵技术基础上,开发出一款适合国内供热行业的调节型喷射泵,经过推广使用取得了消除水力失调和一定的节热、节电效果。

根据近年来我们使用调节型喷射泵的经验,虽然调节型喷射泵在出厂前根据热用户供热面积和热负荷预设定了开度,但由于每栋居民楼每年入住率不同、居住建筑与公共建筑热负荷不同,实际运行中仍然需要进行二级管网水力平衡初调节。二级管网水力平衡初调节通常采用回水温度一致法[3]。在二级管网水力调节方法中,由于水温测量比流量测量、热量测量成本低,因此回水温度一致法成为二级管网水力调节应用较多的方法。回水温度一致法是指将具有温度采集功能的调节阀安装在各热力入口的回水管上,对回水温度进行监测、采集,结合二级管网总供回水温度、室外温度等参数计算出目标回水温度。根据目标回水温度,通过多次调节热力入口阀门,使各热力入口回水温度基本一致,以实现二级管网水力平衡。

若热力入口没有安装具有温度采集功能的调节阀,在实际平衡调节中,则需要采用远红外线测温枪对各个热力入口回水管道进行测温,经过对测温结果进行统计和分析,指导调节和评估平衡状态。对于较大规模的二级管网,热力入口众多,采用远红外线测温枪测温方法需要大量调节人员和较长调节时间,不仅无法保证测温时间的一致,而且不能及时了解二级管网回水温度分布状态。

本文提出将热力入口供回水无线测温技术与热力入口喷射泵混水系统结合,建立二级管网水力平衡调控系统,介绍调控系统主要组成及功能。结合工程实例,评价调控系统初调节效果。为方便阐述,未特殊指明固定型喷射泵的喷射泵,均指调节型喷射泵。

2 调控系统

调控系统主要组成为热力入口喷射泵混水系统、温度采集终端、监测软件。现场通过手机App登录调控系统,可以查看每个热力入口同一时间供回水温度,掌握各热力入口回水温度分布状态,便于进行水力工况的分析。监测软件内置喷射泵调节特性曲线和算法,根据热力入口实际回水温度与目标回水温度的偏差计算喷射泵调节量,指导调节工作。

2.1 热力入口喷射泵混水系统

热力入口喷射泵混水系统见图1。喷射泵通过引射部分楼栋回水与热力站供水混合,通过调节机构调节混合比,改变供水温度,从而实现回水温度调节。在喷射泵安装中,保留了原回水管道及阀门,供水温度传感器安装在供水管上,测量楼栋供水温度。回水温度传感器安装在回水管道上,测量楼栋回水温度。喷射泵安装结束后,阀1保持常闭,阀2、3保持常开。

图1 热力入口喷射泵混水系统

2.2 温度采集终端

温度采集终端由低功耗温度传感器(简称温度传感器)、单片机、无线通信模块、电池组成,每个热力入口安装1套温度采集终端。

单片机的A/D转换器将温度传感器的电信号转换成数字量,采用TTL串行通信方式向无线通信模块发出连接主站和数据发送指令,无线通信模块将数据发送到监测软件(部署在租用的云服务器)。

无线通信模块与云服务器的通信方式可选择NB-IoT、Cat.1,以适应不同场景的使用需求。NB-IoT带宽消耗小,可直接部署于GSM网络、LTE网络,将现场数据远程传输至云服务器。NB-IoT通信方式功耗低、信号强度低,适用于通信良好的环境。Cat.1具有高数据速率、宽带传输、无线即时通信、兼容性高的特点,不仅具备无线远程数传功能,而且能传输图片、音频、视频等。与NB-IoT相比,Cat.1功耗略高,但信号强、覆盖面广,适用于通信环境较差的环境。

温度采集终端采用电池供电方式,根据供热系统的需求,温度采集终端配置的电池使用寿命不低于5个供暖期。

2.3 监测软件

监测软件部署在云服务器,计算机、手机可通过互联网登录。使用时,先在监测软件中按不同热力公司和热力站建立安装喷射泵的楼栋台账,台账中录入楼栋名称、建筑类型、供热面积等参数。

监测软件针对热力入口喷射泵混水系统进行了专门开发,内置调节型喷射泵特性曲线。初调节阶段,监测软件将二级管网平均回水温度作为目标回水温度,自动计算每个热力入口喷射泵需要调整的相对开度。二级管网平衡调节完成后,可通过软件监测热用户供回水温度,及时发现二级管网热力入口温度异常情况。

2.4 调控系统界面

调控系统界面见图2。由图2可知,调控系统界面可反映热力入口位置、建筑类型、供热面积、热力入口供水温度、热力入口回水温度、回水温度偏差、喷射泵调节量等。

图2 调控系统界面(软件截图)

根据以往经验,回水温度偏差(指实际回水温度减目标回水温度)0.2 ℃对应喷射泵的相对开度变化量为-1%,回水温度偏差-0.2 ℃对应喷射泵的相对开度变化量为1%。喷射泵调节机构旋钮顺时针旋转1周,对应相对开度变化量-5%。逆时针旋转1周,对应相对开度变化量5%。

3 应用案例

3.1 项目概况

赵二街热力站位于石家庄市中华北大街,供热面积约22×104m2。赵二街热力站二级管网水力失调明显,近端和远端住户室内温度差异比较大。因此,采取基于调节型喷射泵的二级管网平衡改造,建立调控系统。改造项目共安装喷射泵、温度采集终端114台(套)。为确保通信质量,无线通信模块与云服务器的通信方式选择Cat.1。

根据以往工程经验,若对114台喷射泵进行调试,需要6组调试人员每日调节2次,至少2 d才能完成。由于该项目建立了调控系统,调试效率大幅提高,因此仅安排3组调试人员。

3.2 调试工作及效果

项目于2022年10月28日前完成改造工作,10月28日对二级管网进行注水和排气。11月1日开始升温运行,先使用原直供系统运行7 d,将管道中残留的空气和污物通过排气阀和除污器排净,避免影响喷射泵工作。

11月8日上午进行原直供系统切换喷射泵混水系统,调控系统界面显示,系统切换前二级管网最高回水温度37.4 ℃,最低回水温度32.8 ℃,平均回水温度35.1 ℃,最高、最低回水温度与平均回水温度偏差比较大。调试中,3组调试人员通过手机App登录调控系统,根据监测软件给出的调节量,对回水温度偏差超过±0.5 ℃的热力入口喷射泵进行第1次调试。第1次调试后,调控系统界面显示二级管网最高回水温度36.4 ℃,最低回水温度33.8 ℃,平均回水温度34.7 ℃,最高、最低回水温度与平均回水温度偏差仍较大。11月8日下午进行了第2次调试,仍对回水温度偏差超过±0.5 ℃的热力入口喷射泵进行调试。11月9日上午,调控系统界面显示二级管网最高回水温度35.0 ℃,最低回水温度33.6 ℃,平均回水温度34.2 ℃,最高、最低回水温度均接近平均回水温度。

根据实际数据,改造前,二级管网流量为654 m3/h,平均供回水温差为5.5 ℃。改造及喷射泵调节完成后,二级管网流量为407 m3/h,供回水温差为8.6 ℃。改造及喷射泵调试完成后,不仅二级管网水力失调得到了改善,而且实现了大温差小流量运行。

4 结束语

热力入口喷射泵混水系统在国内多个地区使用多年,是一项较为成熟的二级管网水力平衡技术。将热力入口供回水无线测温技术与热力入口喷射泵混水系统结合,建立调控系统。不仅便于查看每个热力入口同一时间供回水温度,还便于进行水力工况的分析和判断。监测软件内置调节型喷射泵调节特性曲线和算法,可根据热力入口实际回水温度与目标回水温度的偏差计算喷射泵调节量,方便调节工作。