常壓熱水鍋爐機械循環(huán)垂直式供暖系統(tǒng)分析
（1.哈爾濱工程大學(xué)動力與核能工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001；2哈爾濱。第七三研究所，黑龍江哈爾濱1500363.黑河市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，黑龍江黑河164300 4華北油田霸州市常壓熱水鍋爐有限公司，河北霸州065703）暖系統(tǒng)中具有代表性的供暖系統(tǒng)為例，對其分析、研究，提出了相應(yīng)于常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)的形式及其管路、閥門和儀表的設(shè)置方法。同時，對常壓熱水鍋爐鍋水參與供暖系統(tǒng)循環(huán)的優(yōu)化設(shè)計提出了一些建議，有工程實用價值。
1刖目常壓熱水鍋爐自誕生到現(xiàn)在為止已將近30年的歷史，并因其諸多優(yōu)越性，在國家有關(guān)主管部門的關(guān)心和業(yè)內(nèi)人士的努力下，得到了蓬勃發(fā)展指出了機械循環(huán)垂直式系統(tǒng)中的“上供下回”與“下供上回”是兩種具有代表性的有壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)。但是，對于常壓熱水鍋爐機械循環(huán)垂直式供暖系統(tǒng)究竟應(yīng)該采用上述系統(tǒng)中的哪一種呢，本文認為應(yīng)該采用“上供下回”式供暖系統(tǒng)。這可以從兩方面進行說明：（1）供暖系統(tǒng)采用“上供下回”散熱器的傳熱系數(shù)最大，散熱器的數(shù)量可明顯減少。而采用“下供上回”式供暖系統(tǒng)時，使新建系統(tǒng)投資加大；我國有壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)一般采用“上供下回”式，隨著樓層降低，水溫越來越低，因而同樣房間內(nèi)散熱器的數(shù)量也不一樣，頂層少，底層多。從另一角度來說，常壓熱水鍋爐技術(shù)的優(yōu)越性之一是將廢舊有壓鍋爐改造成常壓熱水鍋爐進行再利用，如果改造后的供暖系統(tǒng)采用“下供上回”式就會形成較大的熱偏差，底層房間過熱，頂層房間欠熱，直接影響供暖質(zhì)量。若要滿足供暖要求，勢必要增加改造費用，也給熱用戶帶來很多麻煩。
不可否認，以前國內(nèi)不少在用的常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)采用“下供上回”式。這主要歸結(jié)為當時由于常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)受到裝備水平的制約，人們認為這種供暖系統(tǒng)是解決常壓熱水鍋爐“跑水”問題較為理想的形式，并且容易排除供暖系統(tǒng)內(nèi)空氣的緣故。
2.2鍋爐熱水出口至供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口管路的設(shè)計2.2.1如所示，為保證鍋爐最高出水管段（a~b）末端（b點）在正壓條件下工作，必須滿足如下條7水溫度之差，C；―熱水流通截面積，m2；―重力加速度，m/s2. 2.2.2如所示，為防止供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口處汽化，供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的安裝高度必須滿足如下條件：口中心線之間的高度差，m；Pv―鍋爐額定出口水溫度下所對應(yīng)的飽和壓Ahw―鍋爐最低水位線o至供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口（含閥門）的水頭損失（建議按鍋爐110%負荷工況計算），m；Ahr―供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵必需汽蝕余量，m；~0.―富裕量，m.鍋爐最低水位線2.3供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的選取2.3.1循環(huán)水泵的形式供常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)用的循環(huán)水泵是抽吸鍋爐內(nèi)的熱水，水溫可能達到95°Q而普通清水泵允許輸送的介質(zhì)溫度最高為80°C.所以，最好選用熱水泵；在選用清水泵時，可根據(jù)，結(jié)合供暖系統(tǒng)運行方式，計算出不同室外溫度下的鍋爐實際供水溫度。如果計算出的鍋爐實際供水溫度在大多數(shù)時間能滿足使用要求，選用清水泵也是可行的。但是，應(yīng)及時更換盤根，保證其正常運行。
2.3.2循環(huán)水泵參數(shù)的確定（1）循環(huán)水泵的流量循環(huán)水泵的流量計算公式如下：，。0.86X106Q（2）循環(huán)水泵的揚程計算公式供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚程用于克服全回路的水頭損失，這里僅給出供暖系統(tǒng)取消高位膨脹水箱時的循環(huán)水泵揚程計算公式（供暖系統(tǒng)有高位膨脹水箱時的循環(huán)水泵揚程計算公式見）的高度差，m；Ah1―鍋爐熱水出口至最不利環(huán)路供水干管入口的水頭損失，m；Ah2―最不利環(huán)路供水干管入口至最不利環(huán)路立管入口的水頭損失，m；2.4供暖系統(tǒng)回水控制裝備的設(shè)置常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)能否正常運行，系統(tǒng)運行的靈活性、安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性，一個很重要的因素在于系統(tǒng)回水干管上回水控制裝備的合理配置和自動化水平。不言而喻，回水控制技術(shù)是常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)所在。尤其是對“上供下回”式供暖系統(tǒng)尤為重要。
常壓熱水鍋爐頂部開孔，鍋爐運行時，系統(tǒng)處于滿水狀態(tài)。當“上供下回”式供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵停止運行或突然停電停泵時，供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵停止送水，這時高出鍋爐的系統(tǒng)內(nèi)的水將會克服回水系統(tǒng)阻九全部流入鍋爐，從鍋爐中溢出，即所謂的“停泵跑水”，并且樓層越高越嚴重，造成能源和水資源的浪費。為解決這一問題，通常在系統(tǒng)回水干管上安裝停泵時能夠及時關(guān)閉回水的閥門一回水啟閉閥。
在實際應(yīng)用中，由于人們只重視了該閥門的“啟閉”
作用，不僅給系統(tǒng)運行帶來了或多或少的麻煩，而且危及系統(tǒng)安全，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)安全事故。因此，在選用該閥門時一般應(yīng)掌握如下原則：所選閥門具有當供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵停止運行或突然停電停泵時均具有及時切斷鍋爐與系統(tǒng)連系的功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動啟閉，這一點對經(jīng)常停電的地區(qū)尤為重要；了解所選閥門的工作原理，以避免所選閥門接受與運行無關(guān)的信號而誤動，由于關(guān)閉速度過快而產(chǎn)生嚴重水擊問題；了解所選閥門的結(jié)構(gòu)，確保閥門關(guān)閉后的嚴密性和長期工作的可靠性。
通過對在常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)回水干管上安裝阻力調(diào)節(jié)閥的必要性和系統(tǒng)工作特性與調(diào)節(jié)的分析，可以得出如下結(jié)論：常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)得以正常運行是通過對阻力調(diào)節(jié)閥的阻力調(diào)節(jié)，達到常壓熱水鍋爐不同運行工況下回水系統(tǒng)阻力的平衡，即達到常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)供回水流量的平衡而實現(xiàn)的。因此，應(yīng)針對特定的供暖系統(tǒng)和運行方式選用阻力調(diào)節(jié)閥，以確保它的阻力調(diào)節(jié)行程（閥門開啟高度范圍）滿足常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)正常運行的要求，這一點對于常壓熱水鍋爐“上供下回”式供暖系統(tǒng)尤為重要，應(yīng)引起足夠的重視。
為避免回水啟閉閥關(guān)閉速度過快造成嚴重水擊問題（實踐證明，常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)的水擊問題比有壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)更為嚴重）和為防止因阻力調(diào)節(jié)閥的阻力設(shè)置過大，導(dǎo)致供暖系統(tǒng)靜壓增大，使散熱器、管路不嚴密處漏泄增多，應(yīng)安裝安全泄放裝置（最好是靜重式安全閥）與有壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)除污器的作用相比常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)中的除污器還應(yīng)具有避免因管網(wǎng)循環(huán)水中的污物降低回水啟閉閥的密封性能甚至損壞回水啟閉閥、防止堵塞阻力調(diào)節(jié)閥和安全泄放裝置的作用。因此，除污器應(yīng)安裝在回水啟閉閥、阻力調(diào)節(jié)閥和安全泄放裝置之前，這是常被忽視的問題。當然，與有壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)一樣，除污器應(yīng)設(shè)置旁通管路及其旁通閥。
通常，在供暖系統(tǒng)回水干管上沿水流方向依次設(shè)置除污器、安全泄放裝置、啟閉閥和阻力調(diào)節(jié)閥。
2.5供暖系統(tǒng)管路閥門、儀表的設(shè)置2.5.1供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵進出口閥門、儀表的設(shè)置供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口應(yīng)安裝閘閥（或球閥），不應(yīng)安裝截止閥。這是因為供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵是抽吸鍋爐中的熱水，水溫較高，而供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的入口壓力較低，很容易產(chǎn)生汽蝕。為避免汽蝕的產(chǎn)生，一個重要的技術(shù)措施就是盡量減少供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵吸入管道的阻力損失。在相同條件下，閘閥（或球閥）的阻力比截止閥的阻力要少得多。所以，供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口應(yīng)安裝直通閥。
供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵出口沿水流方向安裝止回閥和閘閥（或截止閥）。此處的止回閥要求工作可靠、密封性能高，以避免供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵停運后系統(tǒng)內(nèi)的水倒灌進鍋爐并溢出。所以，建議選用消聲止回閥。這種止回閥還具有消除閥門關(guān)閉時水錘沖擊，且無振動和噪聲的優(yōu)點；此處的閘閥（或截止閥）兼作流量調(diào)節(jié)。
供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵入口閥后安裝真空壓力表。
因為此處的壓力較低，普通壓力表難以準確測量。通過觀察該表數(shù)值，可以為運行人員判斷供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵是否汽蝕提供依據(jù)。
供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵出口閥前安裝壓力表。通過觀察該表數(shù)值，可以知道循環(huán)泵的揚程大小。
2.5.2供暖系統(tǒng)回水干管上儀表的設(shè)置供暖系統(tǒng)回水干管上閥門的設(shè)置方法已前述，這里僅對供暖系統(tǒng)回水干管上儀表的設(shè)置進行說明。
回水啟閉閥入口處安裝壓力表。通過該表可以了解系統(tǒng)內(nèi)水頭高度，同時還可以根據(jù)供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵出口壓力表與該表的壓差，確定系統(tǒng)的阻力。
阻力調(diào)節(jié)閥出入口安裝壓力表。通過這一做法，可以根據(jù)阻力調(diào)節(jié)閥出入口壓力表的壓差，確定阻力調(diào)節(jié)閥設(shè)定的阻力大小，為供暖系統(tǒng)合理設(shè)置阻力提供依據(jù)，從而確保常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)正常運行。
3建議（）為滿足散熱器散熱優(yōu)越性的條件，達到簡化系統(tǒng)以及方便供暖系統(tǒng)的運行和調(diào)整，機械循環(huán)垂直式的常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)應(yīng)采用取消高位膨脹水箱的“上供下回”式。同時，應(yīng)采取措施來實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的定壓和防止供暖系統(tǒng)停運后“倒空”問題。
為防止高層建筑物上部回路在負壓下工作，避免低層建筑物的散熱器承受過高壓力，建議在進入低層建筑物的干管上以及在高層建筑物出口干管上應(yīng)設(shè)置減壓閥。
由可知，供暖系統(tǒng)只靠阻力調(diào)節(jié)閥來設(shè)置阻力是不經(jīng)濟的。因此，還應(yīng)采取減小回水管路直徑的方法來增加沿程阻力和局部阻力，從而減小阻力調(diào)節(jié)閥的阻力，同時也降低了供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的能耗。
由于我國常壓熱水鍋爐的額定熱功率限制在<2.8MW的范圍內(nèi)。北京：機械工業(yè)出版社，1992 JB/T7985―2002小型鍋爐和常壓熱水鍋爐技術(shù)條件……北京：中國建筑工業(yè)出版社，GB/T1576―2⑴1工業(yè)鍋爐水質(zhì)。
75t/h煤泥循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)原煤5.5Mt/a的兗州礦業(yè)（集團）公司東灘煤礦的選煤廠年產(chǎn)壓濾煤泥20多萬噸，因其灰分高、粒度細、熱值低、持水性強被廢棄而向外排放。為此，該礦建起了一座裝機容量為3X 12MW的煤泥熱電廠，選用目前國內(nèi)最大的全部燃用煤泥的75t/h循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐，并已成功安全運行發(fā)電，為中國特大型煤礦的煤泥資源綜合利用和環(huán)境保護提供了一個可借鑒的模式。
75t/h煤泥循環(huán)流化床鍋爐由浙江大學(xué)、無錫鍋爐廠和兗州礦業(yè)（集團）公司共同研制，可與1 215MW汽輪發(fā)電機組配套，是具有國際領(lǐng)先水平的新型鍋爐。它采用大粒度給料異比重床料的循環(huán)流化床新技術(shù)在爐膛出口高溫過熱器前布置一級撞擊式分離器進行一欠分離，低溫過熱器后設(shè)下出氣分離器，進行二次分離并將灰送回爐內(nèi)繼續(xù)燃燒，進提高燃燒效率好減少床砂損失。點火采用水冷布風板床下自動點火技術(shù)。該裝置由高能點火器、旋流器、穩(wěn)燃器、燃燒室等組成。關(guān)鍵部件帶回油的油槍前端的旋流燃燒器，可根據(jù)鍋爐啟動要求，較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)噴油量、改變進入鍋爐風室的熱煙氣溫度，控制點火時間的快慢。設(shè)計燃用煤泥和洗混煤，以煤泥為主。來自選煤廠的煤泥至電廠煤泥棚，經(jīng)刮板機、立式煤泥給料機、膠帶機送到爐頂，由變頻裝置調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)給煤泥量隨負荷變化。煤泥中斷時，備用洗混煤破碎8mm以下由膠帶機輸送至爐前倉，再由螺旋給煤機送入爐膛。經(jīng)過三年的運行實踐證明該爐采用的新技術(shù)是成功的，煤泥、洗混煤、原煤切換好，混合燃燒穩(wěn)定，各項運行參數(shù)均達到設(shè)計的要求是理想的煤礦坑口電站選型設(shè)備。
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