论文部分内容阅读
[摘 要]文章介绍了直接供热水锅炉房普遍存在工质内阻力过大、负荷资用压头减小、供热不平衡的原因和解决直接供热水锅炉房内阻力过大的方法。
[Abstract]this paper introduces direct heating water boiler room common refrigerant resistance is too large， the load information causes pressure head decreases， heat imbalance and solving method of direct heating water boiler room resistance is too large.
[关键词]热水锅炉房；内阻力；故障分析；处理措施
[Keyword]hot water boiler room； resistance； fault analysis； treatment measures
低温热水（95/70℃）直接供热水锅炉房，普遍存在工质（水）内阻力过大，造成负荷资用压头减小，近端或进户管阻力小的用户室温高，甚至过热，而远端或进户管阻力大的用户温度不达标，或出现死区；同时大量浪费了循环水泵的电能，一般采取的措施是用阀门调节，关热放冷。近年来采用自力式流量调节阀自动调节，但收效甚微，其原因往往不加分析的认定是系统流量不足，盲目更换大流量的循环水泵，或增加水泵的运行台数，但实践证明未见明显效果，有时适得其反，冷热不均更为严重，死区增大，使供热质量严重恶化。
根据以上普遍存在的问题，做以下故障分析和处理措施：
一.锅炉房大架管和锅炉进、出水管管径与锅炉房阻力损失的关系
用户出现冷、热不均的现象，一般与锅炉房大架管和锅炉进、出水管径偏小有直接的关系。管道管径偏小，流速过大，阻力随之增大。在管径不变的情况下，通过管道的流量增大一倍，其阻力是原来的四倍。
综上所述，管道阻力损失与管径成反比，与流量成正比，所以任意增大系统流量或减小管径，都将使水力工况恶化，所以流量应按负荷计算，其公式为：
qv=860K·qvp·A·10-6/Δt
式中：qv—热负荷流量（m3/h）K—热、漏损系数（K=1.05）
qvp—单位建筑平均耗热量（W/m2）
A—供热建筑面积（m2）Δt—供、回水温差（℃）
锅炉大架管和锅炉进、出水管的管径的计算，流速取值不能过大，建议流速控制在2m/s左右，管径计算公式如下：DN=18.8·qv/v?
式中：DN—管道内径（mm）v—流速（m/s）
以锅炉的进、出口管径作为锅炉出水大架管管径是错误的。原则上应采用大一号管作为锅炉的大架管，这样阻力损失将下降2至3倍。
二.锅炉省煤器的连接方式与锅炉房阻力损失的关系
省煤器的组装方式（铸铁可分式省煤器）是由若干根翼片铸铁管由180度过桥连接而成。若横竖排全部串联，只有一个进水口和一个出水口，这种串联接法的阻力损失将大于锅炉本体的阻力损失，若再与锅炉本体串联，这样循环水泵的供水全部先通过省煤器，加热后再进入锅炉本体（见图一）。这种接法亦称省煤器双串联接法，这种接法来源于蒸汽锅炉，纯属认识误区，百害而无一利。
图一：省煤器双串联接法
其弊端有三：
1.锅炉房的阻力损失增加几倍，严重浪费循环水泵的电能；大幅度降低外线资用压头，恶化水力工况。
2.锅炉的进水通过省煤器加热后进入锅炉，使进、出水温差减小，造成自然循环热水锅炉的工质密度差减小，使流动压头降低，恶化锅炉内部水循环，造成锅炉某些上升管的工质流速下降，甚至停止流动，产生冷沸腾，使管道过烧而爆管，造成较长时间的停炉修理，严重影响供热质量。
3.省煤器本体温度很高，散热损失加大，降低了锅炉的热效率。
省煤器的正确连接方法，应采用双并联的办法，视热水锅炉省煤器为一台小型余热锅炉，其进、出水管直接接在锅炉出水大架管上，与锅炉本体无关，即进、出水管道与锅炉本体并联；省煤器本体亦应采取并联，省煤器横排管由上下集箱并联，竖排管串联（见图二）。
图二：省煤器双并联接法
省煤器的双并联接法能克服上述弊端，大大减少锅炉内阻力损失，改善了运行工况，延长了锅炉寿命，节约电能，提高了锅炉热效率，降低故障率，减少停炉时间，提高了供热质量。
三.锅炉房内各种阀门的设置与锅炉房阻力损失的关系
1.循环水泵出口止回阀
传统做法是在循环水泵的出口装设止回阀，其作用是防止运行水泵的高压水通过备用水泵倒流。这种传统性观念也是错误的，因为水泵操作规程规定：水泵启动前、停止运行前均应关闭泵后高压侧阀门。启动时关闭阀门是为了降低启动电流，停泵前关闭阀门，是为了避免水击击碎泵轮。这样操作根本不会产生高压水倒流的问题，所以装设止回阀毫无用处，只会增加阻力损失，同时基建投资、维修量亦相应增加。另外，止回阀的阻力系数较大，是闸阀或蝶阀的十几倍，所以应该取消。
2.锅炉本体，省煤器进、出口阀门的设置
《热水锅炉安全技术监察规程》第125条规定：“每台锅炉出水管上应装截止阀……锅炉给水管上应装设截止阀和止回阀”。笔者认为以上规定安装止回阀不起任何作用，纯属多余，而截止阀应用蝶阀代替，因为止回阀和截止阀的阻力系数是7，闸阀或蝶阀的阻力系数只有0.5，如果省煤器进、出口也同样设置，那么一台锅炉的总阻力系数将高达42，而取消止回阀，锅炉和省煤器进、出口只设置蝶阀后，其阻力系数仅为2，总阻力系数仅是原来的4.8%，极大地减少了锅炉内阻力，提高外线资用压头，不但节约电能，还改善了系统水力工况，提高了供热质量。 四.除污器的阻力损失
传统设计的除污器过滤方式，均采用出水管上设置滤网或筒体内设置滤板，滤网的孔目为18目，滤板的通孔为6～8mm，经实践证明，由于滤网过细，每孔只有1毫米左右，经常发生堵塞，而滤板又极易把较大颗粒嵌入滤孔内，且难以清除，致使水阻力增大，其阻力经常为5～10m水柱，严重堵塞时还会造成循环水泵供水不足，水泵出口压力降低，流量减小，使锅炉超温甚至汽化，严重破坏系统水力工况，所以传统设计的滤网滤板结构必须彻底改革，笔者建议采取以下措施：
1.取消滤板结构。
2.除污器的出水管不进入除污器内，滤网结构改为球面结构（见图三），这样就增大了滤网的流通截面积，以减小流速冲击，便于反洗和清除污物。
图三：除污器
3.把滤网孔目由18目改为6～8目，直径为3～4mm，污物不会损坏泵的叶轮，进入锅炉后可由锅炉的排污清除，这样可将阻力降至l～2m水柱。
五.锅炉的循环水量与锅炉房阻力损失的关系
锅炉的循环水量不能任意改变，只能按锅炉额定流量设计，以往的做法多是采用大流量低温差运行，这种运行方式弊端如下：
1.锅炉内阻损失增大，流量增加一倍，阻力损失是原来的四倍。
2.锅炉出水温度无法达到额定温度，由于出水温度较低，炉膛温度也相应下降，恶化燃烧工况，大量浪费燃料。
3.由于锅炉进水温差小，降低锅炉工况的密度差，减小了水循环的动力压头，使锅炉上升管的流速降低，产生严重冷沸腾，过烧爆管。
4.锅炉长期处于低温运行，加速锅炉氧腐蚀，缩短锅炉寿命。
综上所述，锅炉运行应尽量满足设计流量、温差和出水温度。在低温直接供热系统供热中，如果采用了高温热水锅炉，这时负荷需要的流量和温度与锅炉相差甚远，就会出现许多问题。如负荷设计温度为95/70℃，而锅炉的进、出水温度设计为115/70℃，由以下公式计算两种流量：
a.锅炉所需流量qvg：qvg=860Qg/Δt1（m3/h）
b.负荷所需流量qvy：qvy=860Qy/Δt2（m3/h）
式中：
Qg—锅炉产热量（MW）Qy—负荷所需热量（MW）
Δt1—锅炉给、回水温差（℃）Δt2—负荷给、回水温差（℃）
通过上述流量计算公式，不难看出在相同的热量下，所需流量的大小完全取决于温差，流量与温差成反比，温差小流量大，反之流量小。
5.解决措施：
⑴.不要随意增加循环水泵的运行台数，或盲目把原设计循环水泵换成大泵运行，应仔细查找原因，对症下药。
⑵.锅炉出水温度选择错误，或循环水泵选择流量和扬程都偏大，客观条件不允许立即更换锅炉和水泵。采用旁通混流方式即可解决这一难题（见图四）。其计算方法与步骤如下：
图四：旁通混流接法
①按负荷需要热量计算锅炉的循环水量：qv2=860·Q1/Δt（m3/h）
②计算系统回水温度t3：t3=t1―860·Q1/qv1（℃）
③计算混流旁通流量qv3：qv3=qvl―qv2（m3/h）
④计算锅炉出水温度t2：t2=qv1·t1―qv3·t3/qv2（℃）
⑤计算混流管管径DN：DN=18.8·qv3/v?（mm）
式中：t1—负荷出水温度（℃）t2—锅炉出水温度（℃）
Q1—系统需热量（MW）Q2—锅炉产热量（MW）
通过以上公式及热平衡计算，就可以满足锅炉和负荷所需要的出水温度及流量，使锅炉在接近额定出水温度下运行，即保障了锅炉的寿命，减少修理停炉时间，又保障负荷大流量低温差运行，为了节电，循环水泵应按负荷设计，根据供、回水温度计算水泵的流量，这样可减少混流水量，同时节约了循环水泵的电耗。
六.结论
笔者经过多年的实践，通过对直接供热水锅炉房的故障分析和处理措施，可以解决直接供热水锅炉房内阻力过大的问题，使用户室温均匀，大大节省循环水泵的电耗，延长了供热锅炉的使用寿命，提高了锅炉的热效率，从而保证了供热质量。
【参考文献】
[1]《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019-2003，中国计划出版社
[2]《实用供热空调设计手册》，中国建筑工业出版社
[3]《锅炉房设计规范》GB50041-2008，中国计划出版社
[4]《热水锅炉安全技术监察规程》（97修订版）劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局
作者：宋珍武（1971—），甘肃秦安人，工程师，主要从事暖通及给排水设计工作。
[Abstract]this paper introduces direct heating water boiler room common refrigerant resistance is too large， the load information causes pressure head decreases， heat imbalance and solving method of direct heating water boiler room resistance is too large.
[关键词]热水锅炉房；内阻力；故障分析；处理措施
[Keyword]hot water boiler room； resistance； fault analysis； treatment measures
低温热水（95/70℃）直接供热水锅炉房，普遍存在工质（水）内阻力过大，造成负荷资用压头减小，近端或进户管阻力小的用户室温高，甚至过热，而远端或进户管阻力大的用户温度不达标，或出现死区；同时大量浪费了循环水泵的电能，一般采取的措施是用阀门调节，关热放冷。近年来采用自力式流量调节阀自动调节，但收效甚微，其原因往往不加分析的认定是系统流量不足，盲目更换大流量的循环水泵，或增加水泵的运行台数，但实践证明未见明显效果，有时适得其反，冷热不均更为严重，死区增大，使供热质量严重恶化。
根据以上普遍存在的问题，做以下故障分析和处理措施：
一.锅炉房大架管和锅炉进、出水管管径与锅炉房阻力损失的关系
用户出现冷、热不均的现象，一般与锅炉房大架管和锅炉进、出水管径偏小有直接的关系。管道管径偏小，流速过大，阻力随之增大。在管径不变的情况下，通过管道的流量增大一倍，其阻力是原来的四倍。
综上所述，管道阻力损失与管径成反比，与流量成正比，所以任意增大系统流量或减小管径，都将使水力工况恶化，所以流量应按负荷计算，其公式为：
qv=860K·qvp·A·10-6/Δt
式中：qv—热负荷流量（m3/h）K—热、漏损系数（K=1.05）
qvp—单位建筑平均耗热量（W/m2）
A—供热建筑面积（m2）Δt—供、回水温差（℃）
锅炉大架管和锅炉进、出水管的管径的计算，流速取值不能过大，建议流速控制在2m/s左右，管径计算公式如下：DN=18.8·qv/v?
式中：DN—管道内径（mm）v—流速（m/s）
以锅炉的进、出口管径作为锅炉出水大架管管径是错误的。原则上应采用大一号管作为锅炉的大架管，这样阻力损失将下降2至3倍。
二.锅炉省煤器的连接方式与锅炉房阻力损失的关系
省煤器的组装方式（铸铁可分式省煤器）是由若干根翼片铸铁管由180度过桥连接而成。若横竖排全部串联，只有一个进水口和一个出水口，这种串联接法的阻力损失将大于锅炉本体的阻力损失，若再与锅炉本体串联，这样循环水泵的供水全部先通过省煤器，加热后再进入锅炉本体（见图一）。这种接法亦称省煤器双串联接法，这种接法来源于蒸汽锅炉，纯属认识误区，百害而无一利。
图一：省煤器双串联接法
其弊端有三：
1.锅炉房的阻力损失增加几倍，严重浪费循环水泵的电能；大幅度降低外线资用压头，恶化水力工况。
2.锅炉的进水通过省煤器加热后进入锅炉，使进、出水温差减小，造成自然循环热水锅炉的工质密度差减小，使流动压头降低，恶化锅炉内部水循环，造成锅炉某些上升管的工质流速下降，甚至停止流动，产生冷沸腾，使管道过烧而爆管，造成较长时间的停炉修理，严重影响供热质量。
3.省煤器本体温度很高，散热损失加大，降低了锅炉的热效率。
省煤器的正确连接方法，应采用双并联的办法，视热水锅炉省煤器为一台小型余热锅炉，其进、出水管直接接在锅炉出水大架管上，与锅炉本体无关，即进、出水管道与锅炉本体并联；省煤器本体亦应采取并联，省煤器横排管由上下集箱并联，竖排管串联（见图二）。
图二：省煤器双并联接法
省煤器的双并联接法能克服上述弊端，大大减少锅炉内阻力损失，改善了运行工况，延长了锅炉寿命，节约电能，提高了锅炉热效率，降低故障率，减少停炉时间，提高了供热质量。
三.锅炉房内各种阀门的设置与锅炉房阻力损失的关系
1.循环水泵出口止回阀
传统做法是在循环水泵的出口装设止回阀，其作用是防止运行水泵的高压水通过备用水泵倒流。这种传统性观念也是错误的，因为水泵操作规程规定：水泵启动前、停止运行前均应关闭泵后高压侧阀门。启动时关闭阀门是为了降低启动电流，停泵前关闭阀门，是为了避免水击击碎泵轮。这样操作根本不会产生高压水倒流的问题，所以装设止回阀毫无用处，只会增加阻力损失，同时基建投资、维修量亦相应增加。另外，止回阀的阻力系数较大，是闸阀或蝶阀的十几倍，所以应该取消。
2.锅炉本体，省煤器进、出口阀门的设置
《热水锅炉安全技术监察规程》第125条规定：“每台锅炉出水管上应装截止阀……锅炉给水管上应装设截止阀和止回阀”。笔者认为以上规定安装止回阀不起任何作用，纯属多余，而截止阀应用蝶阀代替，因为止回阀和截止阀的阻力系数是7，闸阀或蝶阀的阻力系数只有0.5，如果省煤器进、出口也同样设置，那么一台锅炉的总阻力系数将高达42，而取消止回阀，锅炉和省煤器进、出口只设置蝶阀后，其阻力系数仅为2，总阻力系数仅是原来的4.8%，极大地减少了锅炉内阻力，提高外线资用压头，不但节约电能，还改善了系统水力工况，提高了供热质量。 四.除污器的阻力损失
传统设计的除污器过滤方式，均采用出水管上设置滤网或筒体内设置滤板，滤网的孔目为18目，滤板的通孔为6～8mm，经实践证明，由于滤网过细，每孔只有1毫米左右，经常发生堵塞，而滤板又极易把较大颗粒嵌入滤孔内，且难以清除，致使水阻力增大，其阻力经常为5～10m水柱，严重堵塞时还会造成循环水泵供水不足，水泵出口压力降低，流量减小，使锅炉超温甚至汽化，严重破坏系统水力工况，所以传统设计的滤网滤板结构必须彻底改革，笔者建议采取以下措施：
1.取消滤板结构。
2.除污器的出水管不进入除污器内，滤网结构改为球面结构（见图三），这样就增大了滤网的流通截面积，以减小流速冲击，便于反洗和清除污物。
图三：除污器
3.把滤网孔目由18目改为6～8目，直径为3～4mm，污物不会损坏泵的叶轮，进入锅炉后可由锅炉的排污清除，这样可将阻力降至l～2m水柱。
五.锅炉的循环水量与锅炉房阻力损失的关系
锅炉的循环水量不能任意改变，只能按锅炉额定流量设计，以往的做法多是采用大流量低温差运行，这种运行方式弊端如下：
1.锅炉内阻损失增大，流量增加一倍，阻力损失是原来的四倍。
2.锅炉出水温度无法达到额定温度，由于出水温度较低，炉膛温度也相应下降，恶化燃烧工况，大量浪费燃料。
3.由于锅炉进水温差小，降低锅炉工况的密度差，减小了水循环的动力压头，使锅炉上升管的流速降低，产生严重冷沸腾，过烧爆管。
4.锅炉长期处于低温运行，加速锅炉氧腐蚀，缩短锅炉寿命。
综上所述，锅炉运行应尽量满足设计流量、温差和出水温度。在低温直接供热系统供热中，如果采用了高温热水锅炉，这时负荷需要的流量和温度与锅炉相差甚远，就会出现许多问题。如负荷设计温度为95/70℃，而锅炉的进、出水温度设计为115/70℃，由以下公式计算两种流量：
a.锅炉所需流量qvg：qvg=860Qg/Δt1（m3/h）
b.负荷所需流量qvy：qvy=860Qy/Δt2（m3/h）
式中：
Qg—锅炉产热量（MW）Qy—负荷所需热量（MW）
Δt1—锅炉给、回水温差（℃）Δt2—负荷给、回水温差（℃）
通过上述流量计算公式，不难看出在相同的热量下，所需流量的大小完全取决于温差，流量与温差成反比，温差小流量大，反之流量小。
5.解决措施：
⑴.不要随意增加循环水泵的运行台数，或盲目把原设计循环水泵换成大泵运行，应仔细查找原因，对症下药。
⑵.锅炉出水温度选择错误，或循环水泵选择流量和扬程都偏大，客观条件不允许立即更换锅炉和水泵。采用旁通混流方式即可解决这一难题（见图四）。其计算方法与步骤如下：
图四：旁通混流接法
①按负荷需要热量计算锅炉的循环水量：qv2=860·Q1/Δt（m3/h）
②计算系统回水温度t3：t3=t1―860·Q1/qv1（℃）
③计算混流旁通流量qv3：qv3=qvl―qv2（m3/h）
④计算锅炉出水温度t2：t2=qv1·t1―qv3·t3/qv2（℃）
⑤计算混流管管径DN：DN=18.8·qv3/v?（mm）
式中：t1—负荷出水温度（℃）t2—锅炉出水温度（℃）
Q1—系统需热量（MW）Q2—锅炉产热量（MW）
通过以上公式及热平衡计算，就可以满足锅炉和负荷所需要的出水温度及流量，使锅炉在接近额定出水温度下运行，即保障了锅炉的寿命，减少修理停炉时间，又保障负荷大流量低温差运行，为了节电，循环水泵应按负荷设计，根据供、回水温度计算水泵的流量，这样可减少混流水量，同时节约了循环水泵的电耗。
六.结论
笔者经过多年的实践，通过对直接供热水锅炉房的故障分析和处理措施，可以解决直接供热水锅炉房内阻力过大的问题，使用户室温均匀，大大节省循环水泵的电耗，延长了供热锅炉的使用寿命，提高了锅炉的热效率，从而保证了供热质量。
【参考文献】
[1]《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019-2003，中国计划出版社
[2]《实用供热空调设计手册》，中国建筑工业出版社
[3]《锅炉房设计规范》GB50041-2008，中国计划出版社
[4]《热水锅炉安全技术监察规程》（97修订版）劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局
作者：宋珍武（1971—），甘肃秦安人，工程师，主要从事暖通及给排水设计工作。