论文部分内容阅读
1、工程概况及热水供应系统形式
某单位培训中心新建一栋四层住宿楼,主要接待行业内的国家级和地区性会议，使用率较低。该楼的房间按宾馆的标准间客房设计，总床位数为80个。卫生间洗浴热水由自建锅炉房供给。该热水供应系统平时极少运行，只在接到会议通知后启动，在人员入住前几小时内将蓄水罐温升至55℃左右，人员入住后系统持续运行，保证客房24h小时的洗浴热水供应。
2、系统分析及运行状况
2.1系统分析
根据建设方的要求，并考虑到该系统利用率较低和节约初投资及运行费用，原设计人员为该工程选用了一台输出热量为175KW的电热锅炉（经计算该系统的小时耗热量为285KW ），备设容量为10m3蓄水罐，两台循环水泵，流量4m3/h，扬程20m。系统使用前和用水低峰时（如夜间），蓄水罐内存储大量热水（设计温度为55℃），以备高峰时连续的热水供应。该系统锅炉房与住宿楼相距约160m，锅炉房地势比住宿楼室外地面高8米；供回水管均为DN80的钢管，其中热水循环回水管为原有管道改造而成，时有漏水情况发生；系统冷水补水为本单位自建蓄水池供给，由一套定压为0.35MPa的变频供水设备提升，该设备比锅炉房地势低5米，间距约10米。根据测算该系统内管道及水罐总蓄水量约16m3，按照初次加热时原水温度为12℃计算，则在理想工况（无散热损失和渗漏损失）下，持续加热4.6小时就可以使系统内的水达到设计要求温度。由于理想工况事实上是不存在的，实际加热时间会根据热损失的多少而增长。
2.2运行状况
本工程在2002年5月安装完工后，在两个月内接待了几次会议，运行效果不理想，不能达到预定的要求。主要是：（1）系统初次启动后加热速度缓慢。不管是启动一台循环水泵还是两台循环水泵并联运行，初次加热时间超过10h，水罐内温升仍达不到预定温度。（2）在住宿楼内少量用水时，系统出水温度较高，可基本满足洗浴用水要求；大量用水的情况下，系统持续出热水的温度低，不能满足洗浴要求。（3）电锅炉自动运行状态下，储水罐内温度未达到设定要求时，锅炉就频繁断电，然后又自行启动；人工手动控制时连续加热30分钟后锅炉出现开锅现象。
3、存在问题及解决措施
3.1循环水泵流量过小
按照锅炉生产厂家提供的资料表明，该电热锅炉的加热方式为间接加热方式，锅炉内部自身循环水（以下简称炉内循环）为一次加热介质。由于电加热的瞬间温升速度快，炉内循环水温必须控制在80℃以下（正常情况下水温超过85℃时开始汽化）。在热水供应系统循环流量（简称二次循环）带走的热量小于锅炉一次循环水得到的热量的情况下，该锅炉运行只能靠间断加热来保证炉内循环水温不超标。因此，要使锅炉不间断加热，就要有足够大的循环流量、较低的进出水温差，促使炉内循环水得到的热量及时被带走。而本工程在原设计时未考虑以上因素，循环水泵流量是按照使用流量设计选用的，流量为4m3/h（两台泵为一用一备）。即使备用泵也同时运行，系统循环流量仅为8m3/h。按此流量该系统在理论工况下运行，锅炉的进出水温差为19℃。此时锅炉内一次循环水的最低温度要求为74℃，如此高的一次水温就会经常由于超温而自动停机。同时，由于该工程只对热水蓄水罐和供水主干线进行了保温，循环水管和供水支管未做保温，系统的散热损失和渗漏损损都很大。以上这些也使得系统实际加热时间远远超过理论加热时间。
3.2系统补水定压点位置不合适且压力过大
从图一可以看出，该系统为带循环泵的闭式系统。系统补水点压力：PA=PD-PA~D
PD---变频供水泵出口设定压力，为0.35 Mpa ;
PD~A---D点与A点的压力差，约为0.06Mpa ;
则,PA =0.35-0.06=0.29MPa
根据實际测量，PB <0.25Mpa 。则就有PB < PA，即循环水泵出口压力小于系统冷水补水点压力，该冷水补水点实际成为该热水供应系统的定压点。因为变频供水泵的出水压力（PD）只在很小范围内上下波动，循环水泵出水必然受到定压点的限制，其实际循环流量远远小于额定流量，这也就是为什么两台循环泵并联运行时的加热时间并不是单台泵运行加热时间一半的原因。在资料（1）中，对带循环水泵的闭式热水供应系统形式的介绍中，补水定压方式多为高位水箱。高位水箱补水定压的优点就在，因为其高度的限制就不会使系统承受过高的压力且定压波动小，循环水泵扬程只需要克服系统循环阻力即可。而本工程中，原设计未考虑系统定压形式和定压点实际压力值，是造成系统循环不利的主要原因。
3.3改造措施
本着节约投资和减少工程施工工期的原则，对该系统进行了改动。（一）增加一台给水泵，流量6.3 m3/h，扬程22m（该泵是该单位原有库存设备，与本工程的循环泵基本匹配，可并联运行）使其与原有的一台泵并联运行（建设方要求另一台泵不进行拆除，仍为备用泵）、系统循环流增大到10.3 m3/h。此时，该系统的初次加热理论循环次数约为3次，锅炉进出水温差降低为14.5℃，比原设计进出水温差降低了23.6%。（二），改变该供热系统的补水定压点的位置（见图二），将系统定压点改在C处，增加阀门1（常关）和阀门2（常开）。这样该系统内在任何情况下都可以保证压力均衡。（三）对该系统的循环回水管进行了检修和保温，减少了散热损失和渗漏损失。（四）由于锅炉本身的加热特性决定了这种锅炉不能进行手动控制，因此，对司炉人员进行了必要的上岗培训，规范了管理、操作程序。
4、结论与思考
该工程改造投入使用后效果明显，基本解决了前述的各种问题，达到了原设计的目的，用户也很满意。但由于资金和时间的限制使得本工程仍然存在一些问题。（一）由于原有变频给水泵主要供应该单位小区生活供水，其出口设定压力不能改变，即补水定压点的压力不能降低，导致该工程在改造后，系统内最低压力不小于0.29MPa，就使整个系统处于较高承压状态下。（二）对于本工程这种小规模的系统、使用率又低，可以不设计备用水泵，只要日常做好维护和检修工作就完全可满足使用要求。改造过程中虽然没有新增加投资，但事实上已经造成了浪费。以上两个问题虽然不是必须解决的，但如果初始设计时能考虑周到，都是可以避免的。因此，在从事此类工程设计时，不能盲目地照搬书本，而应客观分析现实情况，取其利而避其弊，从而做出一个合理可行的最佳设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
某单位培训中心新建一栋四层住宿楼,主要接待行业内的国家级和地区性会议，使用率较低。该楼的房间按宾馆的标准间客房设计，总床位数为80个。卫生间洗浴热水由自建锅炉房供给。该热水供应系统平时极少运行，只在接到会议通知后启动，在人员入住前几小时内将蓄水罐温升至55℃左右，人员入住后系统持续运行，保证客房24h小时的洗浴热水供应。
2、系统分析及运行状况
2.1系统分析
根据建设方的要求，并考虑到该系统利用率较低和节约初投资及运行费用，原设计人员为该工程选用了一台输出热量为175KW的电热锅炉（经计算该系统的小时耗热量为285KW ），备设容量为10m3蓄水罐，两台循环水泵，流量4m3/h，扬程20m。系统使用前和用水低峰时（如夜间），蓄水罐内存储大量热水（设计温度为55℃），以备高峰时连续的热水供应。该系统锅炉房与住宿楼相距约160m，锅炉房地势比住宿楼室外地面高8米；供回水管均为DN80的钢管，其中热水循环回水管为原有管道改造而成，时有漏水情况发生；系统冷水补水为本单位自建蓄水池供给，由一套定压为0.35MPa的变频供水设备提升，该设备比锅炉房地势低5米，间距约10米。根据测算该系统内管道及水罐总蓄水量约16m3，按照初次加热时原水温度为12℃计算，则在理想工况（无散热损失和渗漏损失）下，持续加热4.6小时就可以使系统内的水达到设计要求温度。由于理想工况事实上是不存在的，实际加热时间会根据热损失的多少而增长。
2.2运行状况
本工程在2002年5月安装完工后，在两个月内接待了几次会议，运行效果不理想，不能达到预定的要求。主要是：（1）系统初次启动后加热速度缓慢。不管是启动一台循环水泵还是两台循环水泵并联运行，初次加热时间超过10h，水罐内温升仍达不到预定温度。（2）在住宿楼内少量用水时，系统出水温度较高，可基本满足洗浴用水要求；大量用水的情况下，系统持续出热水的温度低，不能满足洗浴要求。（3）电锅炉自动运行状态下，储水罐内温度未达到设定要求时，锅炉就频繁断电，然后又自行启动；人工手动控制时连续加热30分钟后锅炉出现开锅现象。
3、存在问题及解决措施
3.1循环水泵流量过小
按照锅炉生产厂家提供的资料表明，该电热锅炉的加热方式为间接加热方式，锅炉内部自身循环水（以下简称炉内循环）为一次加热介质。由于电加热的瞬间温升速度快，炉内循环水温必须控制在80℃以下（正常情况下水温超过85℃时开始汽化）。在热水供应系统循环流量（简称二次循环）带走的热量小于锅炉一次循环水得到的热量的情况下，该锅炉运行只能靠间断加热来保证炉内循环水温不超标。因此，要使锅炉不间断加热，就要有足够大的循环流量、较低的进出水温差，促使炉内循环水得到的热量及时被带走。而本工程在原设计时未考虑以上因素，循环水泵流量是按照使用流量设计选用的，流量为4m3/h（两台泵为一用一备）。即使备用泵也同时运行，系统循环流量仅为8m3/h。按此流量该系统在理论工况下运行，锅炉的进出水温差为19℃。此时锅炉内一次循环水的最低温度要求为74℃，如此高的一次水温就会经常由于超温而自动停机。同时，由于该工程只对热水蓄水罐和供水主干线进行了保温，循环水管和供水支管未做保温，系统的散热损失和渗漏损损都很大。以上这些也使得系统实际加热时间远远超过理论加热时间。
3.2系统补水定压点位置不合适且压力过大
从图一可以看出，该系统为带循环泵的闭式系统。系统补水点压力：PA=PD-PA~D
PD---变频供水泵出口设定压力，为0.35 Mpa ;
PD~A---D点与A点的压力差，约为0.06Mpa ;
则,PA =0.35-0.06=0.29MPa
根据實际测量，PB <0.25Mpa 。则就有PB < PA，即循环水泵出口压力小于系统冷水补水点压力，该冷水补水点实际成为该热水供应系统的定压点。因为变频供水泵的出水压力（PD）只在很小范围内上下波动，循环水泵出水必然受到定压点的限制，其实际循环流量远远小于额定流量，这也就是为什么两台循环泵并联运行时的加热时间并不是单台泵运行加热时间一半的原因。在资料（1）中，对带循环水泵的闭式热水供应系统形式的介绍中，补水定压方式多为高位水箱。高位水箱补水定压的优点就在，因为其高度的限制就不会使系统承受过高的压力且定压波动小，循环水泵扬程只需要克服系统循环阻力即可。而本工程中，原设计未考虑系统定压形式和定压点实际压力值，是造成系统循环不利的主要原因。
3.3改造措施
本着节约投资和减少工程施工工期的原则，对该系统进行了改动。（一）增加一台给水泵，流量6.3 m3/h，扬程22m（该泵是该单位原有库存设备，与本工程的循环泵基本匹配，可并联运行）使其与原有的一台泵并联运行（建设方要求另一台泵不进行拆除，仍为备用泵）、系统循环流增大到10.3 m3/h。此时，该系统的初次加热理论循环次数约为3次，锅炉进出水温差降低为14.5℃，比原设计进出水温差降低了23.6%。（二），改变该供热系统的补水定压点的位置（见图二），将系统定压点改在C处，增加阀门1（常关）和阀门2（常开）。这样该系统内在任何情况下都可以保证压力均衡。（三）对该系统的循环回水管进行了检修和保温，减少了散热损失和渗漏损失。（四）由于锅炉本身的加热特性决定了这种锅炉不能进行手动控制，因此，对司炉人员进行了必要的上岗培训，规范了管理、操作程序。
4、结论与思考
该工程改造投入使用后效果明显，基本解决了前述的各种问题，达到了原设计的目的，用户也很满意。但由于资金和时间的限制使得本工程仍然存在一些问题。（一）由于原有变频给水泵主要供应该单位小区生活供水，其出口设定压力不能改变，即补水定压点的压力不能降低，导致该工程在改造后，系统内最低压力不小于0.29MPa，就使整个系统处于较高承压状态下。（二）对于本工程这种小规模的系统、使用率又低，可以不设计备用水泵，只要日常做好维护和检修工作就完全可满足使用要求。改造过程中虽然没有新增加投资，但事实上已经造成了浪费。以上两个问题虽然不是必须解决的，但如果初始设计时能考虑周到，都是可以避免的。因此，在从事此类工程设计时，不能盲目地照搬书本，而应客观分析现实情况，取其利而避其弊，从而做出一个合理可行的最佳设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。