關(guān)于城市熱水集中供熱系統(tǒng)中間加壓泵設(shè)置位置的

關(guān)于城市熱水集中供熱系統(tǒng)中間加壓泵設(shè)置位置的研究摘要

本文針對(duì)新建、改擴(kuò)建大型城市集中供熱管網(wǎng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中，為降低工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用而增設(shè)中間加壓水泵這一業(yè)內(nèi)普遍關(guān)心的問題，在分析、比較工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，通過對(duì)管網(wǎng)水力工況和能耗狀況的分析，建立并求解影響變量與中間加壓泵位置之間的數(shù)學(xué)模型，得到了設(shè)置中間加壓水泵最佳位置的結(jié)論。本文的研究結(jié)論，通過工程實(shí)例對(duì)其正確性和準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)，說明對(duì)指導(dǎo)城市集中供熱工程新建、改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)、運(yùn)行具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)中間加壓泵 水力工況能耗狀況最佳位置目錄第一章概述

1.1城市集中供熱的發(fā)展概況

1.2課題的由來

1.3研究的內(nèi)容與意義第二章中間加壓泵設(shè)置實(shí)例分析

2.1工程實(shí)例

2.2工程實(shí)例分析、研究

2.3工程實(shí)例分析、研究結(jié)論第三章中間加壓泵位置優(yōu)化研究

3.1水力工況對(duì)中間加壓泵位置的要求

3.2降低能耗對(duì)中間加壓泵位置的要求第四章結(jié)論

4.1研究結(jié)論

4.2應(yīng)用說明

4.3工程實(shí)例檢驗(yàn)退出第一章概述

1.1城市集中供熱的發(fā)展概況

集中供熱理論的提出可追溯到一百五十多年以前，早在1845年，偉大的導(dǎo)師恩格斯就預(yù)見到分散取暖形式必然被集中供熱取代。他說：“就拿取暖來說吧，不知浪費(fèi)了多少勞動(dòng)和物質(zhì)，每個(gè)房間必須有一個(gè)大火爐，每個(gè)火爐必須分別生火、添煤和照顧；必須把燃料送每一個(gè)房間，而爐灰還得加以清除，可是像目前的一些大的公共建筑物，如工廠、教堂等，裝置一個(gè)巨大的總的取暖設(shè)備，比如用一個(gè)發(fā)熱中心和一些蒸汽管子來代替這些單獨(dú)的火爐，那是多么簡單和便宜?！倍覀儸F(xiàn)在就是采用這樣一種供暖形式，即通過管道把熱能輸送到每一個(gè)建筑物、每個(gè)用戶中，減少了室內(nèi)空氣的污染，降低了人力浪費(fèi)，提高了室內(nèi)的舒適程度，這是人類的一個(gè)巨大進(jìn)步。集中供熱系統(tǒng)最早是在18世紀(jì)的美國費(fèi)城發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)由本杰明·富蘭克林（BenjaminFranklin）開發(fā)成功，這個(gè)系統(tǒng)從一個(gè)中心熱源向附近的一些居民進(jìn)行供熱。1877年，世界上第一個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的集中供熱系統(tǒng)在紐約的洛克港（Lockport）成功建成，該系統(tǒng)由博德希爾·霍利(BirdsillHolly)設(shè)計(jì)，從一個(gè)中央鍋爐房向臨近的一些居民和其他用戶供應(yīng)蒸汽。這種供熱形式很快在西方發(fā)達(dá)國家得到普及，但由于當(dāng)時(shí)科技水平和制造技術(shù)的限制，鍋爐容量小、效率低、污染物排放量大、供熱范圍及為有限。自上個(gè)世紀(jì)三十年代以來，一些西方發(fā)達(dá)國家（如比利時(shí)、美國、英國等）先后發(fā)生的煙霧事件，使大規(guī)模的城市集中供熱系統(tǒng)被逐步推廣和普及，特別是1952年12月5日—8日發(fā)生在英國倫敦的“煤煙型”煙霧事件造成4000多人死亡后，城市集中供熱發(fā)展很快，但由于受當(dāng)時(shí)設(shè)備、材料和技術(shù)條件的限制，供熱系統(tǒng)的規(guī)模較小、供熱距離較短、供熱參數(shù)較低，因此絕大多數(shù)熱源廠建在城市人口稠密區(qū)，盡管對(duì)緩解城市大氣環(huán)境污染起到了一定的作用，但仍未得到根本解決。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新型設(shè)備材料的發(fā)明，這些發(fā)達(dá)國家以其雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力在較短的時(shí)間內(nèi)，將設(shè)在城市人口稠密區(qū)的小鍋爐房拆除，取而代之的是遠(yuǎn)離城市人口稠密區(qū)的大型、高效、環(huán)保的熱源廠，使城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長距離、高參數(shù)方向發(fā)展。我國的城市集中供熱事業(yè)起步較晚，且曾一度停滯發(fā)展，使我國北方的絕大多數(shù)城市居民在“煙霧繚繞”的空氣中度過漫長的嚴(yán)冬。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快及保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源觀念的增強(qiáng)，在借鑒國內(nèi)外城市集中供熱系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，城市集中供熱在“三北”地區(qū)發(fā)展很快，尤其在國家實(shí)施西部開發(fā)戰(zhàn)略以來，西部的很多城市相繼新建、改建或擴(kuò)建了城市集中供熱系統(tǒng)，使我國的城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長距離、高參數(shù)方向發(fā)展。目前，我國集中供熱熱水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫度已達(dá)到150℃，設(shè)計(jì)壓力為2.5～1.6Mpa，最大供熱半徑達(dá)19.5km，最大管徑達(dá)到1400mm；蒸汽管網(wǎng)最高溫度已達(dá)300℃，壓力一般為1.0Mpa，最大供熱半徑為6～7km，最大管徑達(dá)到1000mm；截止到2001年底，全國663個(gè)城市中有294個(gè)城市建有集中供熱系統(tǒng)，供熱總面積已達(dá)到146328×104m2(其中：住宅為95799.33×104m2)；年供熱量為137847×104GJ（其中：蒸汽37655×104GJ，熱水100192×104GJ）；在年供熱量中，鍋爐房供熱量為74209×104GJ，約占74.2%，其余由熱電聯(lián)產(chǎn)工程承擔(dān)；供熱管道總長度達(dá)到53109km（其中：蒸汽管道9183km，熱水管道43926km），從業(yè)人數(shù)達(dá)到22.094×104人；嚴(yán)寒地區(qū)的熱化率一般為60～90%，對(duì)緩解日趨嚴(yán)重的城市大氣污染、改善城市居民的生活質(zhì)量和提高能源的綜合利用率起到了重要的作用。此外，對(duì)于投入運(yùn)行多年的城市集中供熱系統(tǒng)，由于城市化進(jìn)程的加快使城市的人口迅速增加和城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，在原有集中供熱系統(tǒng)供熱范圍內(nèi)其熱負(fù)荷增加很快，為了滿足熱負(fù)荷增加的需要，就必須對(duì)原有的城市集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐跐摵透脑臁５捎趪液偷貐^(qū)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)落后及城市集中供熱工程涉及面廣、投資較大、建設(shè)周期較長等因素不可能大量地?cái)U(kuò)建、更新原有管道。這樣，只能依靠提高供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程加以解決，致使原有城市供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模和熱媒參數(shù)不斷提高，輸送距離不斷加長。高效、環(huán)保的熱源廠，使城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長距離、高參數(shù)方向發(fā)展。我國的城市集中供熱事業(yè)起步較晚，且曾一度停滯發(fā)展，使我國北方的絕大多數(shù)城市居民在“煙霧繚繞”的空氣中度過漫長的嚴(yán)冬。

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快及保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源觀念的增強(qiáng)，在借鑒國內(nèi)外城市集中供熱系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，城市集中供熱在“三北”地區(qū)發(fā)展很快，尤其在國家實(shí)施西部開發(fā)戰(zhàn)略以來，西部的很多城市相繼新建、改建或擴(kuò)建了城市集中供熱系統(tǒng)，使我國的城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長距離、高參數(shù)方向發(fā)展。目前，我國集中供熱熱水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫度已達(dá)到150℃，設(shè)計(jì)壓力為2.5～1.6Mpa，最大供熱半徑達(dá)19.5km，最大管徑達(dá)到1400mm；蒸汽管網(wǎng)最高溫度已達(dá)300℃，壓力一般為1.0Mpa，最大供熱半徑為6～7km，最大管徑達(dá)到1000mm；截止到2001年底，全國663個(gè)城市中有294個(gè)城市建有集中供熱系統(tǒng)，供熱總面積已達(dá)到146328×104m2(其中：住宅為95799.33×104m2)；

在年供熱量中，鍋爐房供熱量為74209×104GJ，約占74.2%，其余由熱電聯(lián)產(chǎn)工程承擔(dān)；供熱管道總長度達(dá)到53109km（其中：蒸汽管道9183km，熱水管道43926km），從業(yè)人數(shù)達(dá)到22.094×104人；嚴(yán)寒地區(qū)的熱化率一般為60～90%，對(duì)緩解日趨嚴(yán)重的城市大氣污染、改善城市居民的生活質(zhì)量和提高能源的綜合利用率起到了重要的作用。此外，對(duì)于投入運(yùn)行多年的城市集中供熱系統(tǒng)，由于城市化進(jìn)程的加快使城市的人口迅速增加和城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，在原有集中供熱系統(tǒng)供熱范圍內(nèi)其熱負(fù)荷增加很快，為了滿足熱負(fù)荷增加的需要，就必須對(duì)原有的城市集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐跐摵透脑?。但由于國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)落后及城市集中供熱工程涉及面廣、投資較大、建設(shè)周期較長等因素不可能大量地?cái)U(kuò)建、更新原有管道。這樣，只能依靠提高供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程加以解決，致使原有城市供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模和熱媒參數(shù)不斷提高，輸送距離不斷加長。年供熱量為137847×104GJ（其中：蒸汽37655×104GJ，熱水100192×104GJ）；1.2課題的由來

由于供熱規(guī)模的擴(kuò)大、熱媒參數(shù)的提高、輸送距離加長，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和管道及其附件的材質(zhì)提出了更高的要求，而熱網(wǎng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程和管道及其附件的材質(zhì)直接關(guān)系到工程的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。如何在滿足供熱要求的前提下盡量降低熱網(wǎng)造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用就成為目前供熱行業(yè)科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)，有關(guān)這一問題盡管有些論文進(jìn)行了定性的探討，但始終未對(duì)其進(jìn)行定量的分析、比較和論證。

1.3研究的內(nèi)內(nèi)容與意義1.3.1研究究內(nèi)容通過工程實(shí)例的的對(duì)比、分析，，篩選出設(shè)置中中間加壓泵站的的主要影響因素素，將這些影響響因素間的內(nèi)在在關(guān)系通過建立立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行行表達(dá)，求解這這些數(shù)學(xué)表達(dá)式式中間加壓泵站站設(shè)置的最佳方方案。1.3.2研究究意義近年來，我國城城市集中供熱事事業(yè)發(fā)展十分迅迅猛，集中供熱熱的規(guī)模越來越越大、熱媒參數(shù)數(shù)越來越高、輸輸送距離越來越越長。為了降低低新建、改擴(kuò)建建熱網(wǎng)工程造價(jià)價(jià)及減少熱網(wǎng)主主循環(huán)水泵容量量、降低運(yùn)行費(fèi)費(fèi)用，國內(nèi)外的的通行做法是在在熱網(wǎng)的適當(dāng)位位置增設(shè)中間加加壓泵站可得到到較為圓滿的解解決，而適當(dāng)位位置究竟設(shè)在何何處最為適當(dāng)，，成為本課題所所要解決的問題題，這一問題的的解決對(duì)于指導(dǎo)導(dǎo)城市集中供熱熱工程新建、改改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)、、運(yùn)行具有重要要的現(xiàn)實(shí)意義和和經(jīng)濟(jì)意義。第二章中間加加壓泵位置實(shí)例例分析2.1工程實(shí)例例我國北方某城市市大型熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)統(tǒng)的管道平面布布置圖及管道水水力計(jì)算圖詳見見附圖1和附圖圖2。該供熱系系統(tǒng)的供熱面積積為861×104m2，供熱面積熱指指標(biāo)為65W/m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為為2015GJ/h，年供熱熱時(shí)間為4320小時(shí)，年供供熱量為4559940GJ，供回水溫度度為130/70℃，循環(huán)流流量8021t/h；定壓點(diǎn)點(diǎn)設(shè)在熱電廠中中央換熱站主循循環(huán)水泵入口處處，定壓值為370kPa；；該工程設(shè)置熱熱力站49座（（其中：新建熱熱力站17座，，利用舊鍋爐房房進(jìn)行改造32座），各熱力力站的供熱面積積及一次網(wǎng)流量量見表2.1，一、二次管網(wǎng)網(wǎng)全部采用間接接連接。表2.1熱熱力站匯總表(1)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期101J10J1012.2619.0028.6944.46114.24177.04102H12H1214.0817.9632.9542.03131.20167.35103G12G1218.3219.3242.8745.21170.70180.02104G11G1112.8313.9730.0232.69119.55130.17105H11H11、J813.7817.1332.2540.08128.40159.62106G10G1013.6114.0031.8532.76126.82130.45107G10G9、G1017.3717.9240.6541.93161.85166.98108H10H9、H11、J814.3119.7633.4946.24133.34184.12109G9G918.2119.0042.6144.46169.68177.04110H9H9、J717.5221.4041.0050.08163.25199.40111G9G917.7318.5041.4943.29165.21172.38112G8G7、G815.7519.3236.8645.21146.76180.02113H7H7、H8、J69.8918.5223.1443.3492.15172.57114G6G5、G67.4417.4717.4140.8869.33162.78115H5H5、H6、J4、J510.2819.9524.0646.6895.79185.89表2.1熱熱力站匯總表(2)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）16.5744.7265.97178.06所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期118D1D19.4719.5022.1645.6388.24181.70119C0C0、C19.2219.0021.5744.4685.91177.04120J10J9、J1013.6218.6831.8743.71126.91174.06121J9J916.9319.0039.6244.46157.75177.04122K8K810.5416.3124.6638.1798.21151.97123K8K810.5316.3024.6438.1498.12151.88124K7K6、K711.4719.2126.8444.95106.88179.00125D5D517.8018.8541.6544.11165.86175.64126D4D48.0512.5718.8429.4175.01117.13127E7E7、E814.3321.1133.5349.40133.53196.70128F6F5、F6、G75.6814.0813.2932.9552.93131.20129E6D3、E66.1811.7814.4627.5757.58109.76130E5D2、E57.4116.7717.3439.2469.05156.26131F3F3、F45.7717.1713.5040.1853.76159.99132G3G3、H36.7617.1315.8240.0862.99159.62133F2F23.0711.117.1826.0028.61103.52表2.1熱熱力站匯總表(3)編號(hào)熱力站位置供熱面積（×104m2）熱負(fù)荷（GJ/h）一次網(wǎng)流量（t/h）15.0249.4759.82196.98所在位置供熱范圍近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期近期遠(yuǎn)期136E3E3、E45.3015.9412.4037.3049.38148.53137E2E26.5819.3815.4045.3561.31180.58138C8C83.8912.549.1029.3436.25116.85139C7C78.2918.4319.4043.1377.25171.73140A4A46.6918.0415.6542.2162.34168.09141C6C611.4217.6226.7241.23106.41164.18142C5C4、C517.2618.6040.3943.52160.83173.31143A3A35.8115.2213.6035.6154.14141.82144B4B4、C413.8019.9632.2946.71128.59185.98145A2A26.0818.6214.2343.5756.65173.50146B3B3、C312.2920.0128.7646.82114.52186.45147A1A13.6810.618.6124.8334.2998.86148C2B2、C26.9421.2616.2449.7564.67198.10149B1B1、B2、C18.7418.0020.4542.1281.44167.72合計(jì)511.99860.841198.052014.374770.678021.21該供熱系統(tǒng)的熱熱源為距離市區(qū)區(qū)中心6.3km處的東郊熱熱電廠，廠內(nèi)裝裝設(shè)2臺(tái)300MW抽汽凝汽汽機(jī)組，其機(jī)爐爐配置情況見表2.2~表2.3。廠區(qū)的中央換換熱站出口管管管徑為DN1200mm，主主干線總長度為為13630m，其中：從熱熱電廠出口至A1節(jié)點(diǎn)段為架空敷敷設(shè)，其余管道道均采用有補(bǔ)償償直埋敷設(shè)。為降低熱電廠主主循環(huán)水泵的揚(yáng)揚(yáng)程和管道及其其附件的壓力等等級(jí)，該工程在在節(jié)點(diǎn)A1前設(shè)置了回水加加壓泵站。表2.2鍋鍋爐技術(shù)術(shù)條件表表項(xiàng)目鍋爐型號(hào)DG-1025/17.6-540/540-YM型式亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐、固態(tài)排渣最大蒸發(fā)量1025t/h額定過熱蒸汽出口壓力17.5Mpa(g)（表壓）額定過熱蒸汽出口溫度540℃再熱蒸汽進(jìn)口流量840.256t/h再熱蒸汽進(jìn)出口壓力3.899/3.510Mpa再熱蒸汽進(jìn)出口溫度327.3/540℃給水溫度280.5℃排煙溫度131℃效率92.8%結(jié)構(gòu)全鋼結(jié)構(gòu)表2.3汽汽輪機(jī)技技術(shù)條件件表項(xiàng)目汽輪機(jī)型號(hào)C300/220-16.67/537/537型式亞臨界、中間再熱、單抽汽、冷凝式轉(zhuǎn)速3000r/min主汽門前蒸汽壓力16.67Mpa主汽門前蒸汽溫度537℃再熱冷/熱段蒸汽壓力3.899/3.510Mpa再熱冷/熱段蒸汽溫度327.3/537℃進(jìn)汽量（純凝/額定抽汽/最大抽汽）944.5/894.8/1025t/h發(fā)電功率（純凝/抽汽）300/232.197MW低壓缸排汽壓力（純凝/抽汽）4.9/3.43Kpa采暖抽汽壓力0.35Mpa采暖抽汽量（額定/最大）430/620t/h抽汽焓（額定/最大）2959/2934.7KJ/Kg采暖供熱量（額定/最大）1019.53/1454.95GJ/h2.2工程實(shí)實(shí)例分析、研究究為了全面分析、、比較循環(huán)水泵泵的設(shè)置對(duì)熱網(wǎng)網(wǎng)建設(shè)及其運(yùn)行行的影響，本課課題針對(duì)中間加加壓泵可能出現(xiàn)現(xiàn)的四種情況（（即：不設(shè)置中中間加壓泵、在在供水管上設(shè)置置中間加壓泵、、在回水管上設(shè)設(shè)置中間加壓泵泵、在供回水管管上均設(shè)置中間間加壓泵）并按按靠近（在節(jié)點(diǎn)點(diǎn)A1前距熱電廠4360米處———位置一）和遠(yuǎn)遠(yuǎn)離（在節(jié)點(diǎn)A16~A17之間距熱電廠8990米處———位置二）熱熱電廠分別設(shè)置置中間加壓泵共共七個(gè)方案進(jìn)行行分析、研究。。根據(jù)實(shí)例工程管管網(wǎng)各管段的設(shè)設(shè)計(jì)流量、管徑徑、長度按下式式[1]對(duì)管道沿程阻力力、局部阻力和和總阻力進(jìn)行計(jì)計(jì)算。ΔP=ΔPy+ΔPj=ΔPy+αΔPy=ΔPy(1+α)=R·L×(1+α)×103(2-1)式中ΔP——管道阻力力（KPa）ΔPy——管道沿程阻阻力（KPa）），ΔPy=R·L×103(2-2)ΔPj——管道局部阻阻力（KPa）），ΔPj=αΔPy(2-3)α——局部阻力力與沿程阻力的的比值，DN≤≤400mm的的管道取0.3，DN>400mm的管道道取0.4[1]。R——管道實(shí)際際比摩阻（Pa/m）L——計(jì)算管段段長度（m）按式（2-1））~（2-3））對(duì)管網(wǎng)主干線線進(jìn)行水力計(jì)算算，各個(gè)方案的的計(jì)算結(jié)果詳見見附表1~4，，其主要結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù)見表2.4。2.2.1水力力計(jì)算方案說明中間泵位置始端壓力與壓差（KPa）末端壓力與壓差（KPa）供水回水壓差供水回水壓差一不設(shè)中間泵——1924.0370.01554.01197.01097.0100.0二在供水管上設(shè)中間泵X=4360888.6370.0518.61197.01097.0100.0X=89901448.8370.01078.81197.01097.0100.0三在回水管上設(shè)中間泵X=43601394.7370.01024.7667.7567.7100.0X=89901448.8370.01078.8721.8621.8100.0四在供回水管上均設(shè)中間泵X=4360888.6370.0518.6667.7567.7100.0X=89901448.8370.01078.8959.4859.4100.0注：X表示示距熱電廠廠中換熱站站的管線長長度（m））表2.4各各方案案水力計(jì)算算主要結(jié)果果數(shù)據(jù)2.2.2水壓圖根據(jù)定壓點(diǎn)點(diǎn)壓力（370KPa）、供供回水管末末端壓差（（100KPa）以以及水力計(jì)計(jì)算成果繪繪制的各方方案主干線線的水壓圖圖見圖2.1、圖2.2、圖2.3、圖2.4、圖2.5、圖2.6、圖2.7。通過對(duì)以上上各圖的分分析，當(dāng)管管網(wǎng)規(guī)模和和定壓點(diǎn)一一定時(shí)，在在滿足整個(gè)個(gè)管網(wǎng)以及及各熱用戶戶水力工況況的前提下下，可以得得到如下結(jié)結(jié)論：1.在供熱熱管網(wǎng)上增增設(shè)中間加加壓水泵可可有效地降降低管網(wǎng)的的運(yùn)行壓力力，使管道道及其附件件的選擇更更加容易、、造價(jià)更為為低廉。如如圖2.1不設(shè)中間間水泵的情情況下，管管道及其附附件必須采采用2.5Mpa壓壓力等級(jí)的的產(chǎn)品；增增設(shè)中間加加壓泵后，，除圖2.2反映的的情況外，，其余均可可采用1.6Mpa壓力等級(jí)級(jí)的管道及及其附件，，使管網(wǎng)的的建設(shè)投資資得以有效效降低。2.當(dāng)位置置一定的情情況下，在在供水管和和回水管上上同時(shí)設(shè)置置中間加壓壓水泵對(duì)降降低管網(wǎng)運(yùn)運(yùn)行壓力最最為有效。。但在供水水管上設(shè)置置中間加壓壓水泵需采采用耐高溫溫產(chǎn)品，對(duì)對(duì)水泵生產(chǎn)產(chǎn)企業(yè)的要要求較高，，目前在工工程實(shí)踐中中沒有應(yīng)用用的先例，，可采取在在回水管上上設(shè)置中間間加壓泵站站。1、水泵的的流量G與與揚(yáng)程H：：按照下面公公式[16]進(jìn)行計(jì)算。。G=1.1Q0

m3/s(2-4)Δt?c?ρ式中G———循環(huán)水泵泵的流量（（m3/s）；Q0——水水泵負(fù)擔(dān)的的總供熱量量（W）；；Δt——供供回水溫度度差（℃））；C——水的的比熱（J/kg??℃）；ρ——水的的密度（kg/m3）；2.2.3水泵軸功功率1.1———安全裕量量。H=1.1~1.2ΔPmH2O(2-5)ρg式中H———水泵的揚(yáng)揚(yáng)程（mH2O）ΔP——管管道阻力（（KPa））；g——重力力加速度（（m/s2）；1.1~1.2———安全裕量量，本課題題取1.15。根據(jù)公式（（2-4））和（2-5）以及及水力計(jì)算算成果計(jì)算算得到各個(gè)個(gè)方案的中中央主循環(huán)環(huán)泵和中間間加壓循環(huán)環(huán)泵的流量量和揚(yáng)程數(shù)數(shù)據(jù)見表2.5。2、水泵的的軸功率：：按照下面公公式[16]進(jìn)行計(jì)算。。N=KA?ρ?G?HKW(2-6)102η式中N———水泵的軸軸功率（KW）；KA——電機(jī)容容量安全系系數(shù)，N>100KW時(shí)，KA=1.05~1.08，本課課題取1.06；η——水泵泵總效率，，為研究方方便，本課課題不考慮慮水泵構(gòu)造造產(chǎn)生的影影響，故將將其值取為為1.0；；其它符號(hào)意意義同前。。根據(jù)公式（（2-6））以及各個(gè)個(gè)方案的中中央主循環(huán)環(huán)泵和中間間加壓循環(huán)環(huán)泵的流量量和揚(yáng)程數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算得得到的各方方案中央主主循環(huán)泵和和中間加壓壓循環(huán)泵的的軸功率見見表2.5。方案位置揚(yáng)程（mHO2）流量（t/h）軸功率（KW）工作溫度（℃）主泵中間泵主泵中間泵主泵中間泵合計(jì)主泵中間泵一——193.9——8822——4938.0——4938.070——二X=436072.5121.4882277101846.82701.64548.470130X=8990138.255.7882230683519.3493.44012.770130三X=4360131.862.0882277103357.81381.14738.97070X=8990138.255.7882230683519.3493.44012.77070四X=436072.559.3882277101846.81320.54548.47013062.177101381.170X=8990138.227.9882230683519.3246.74012.77013027.93068246.770注：表中水水泵揚(yáng)程已已考慮1.15的安安全系數(shù)。。表2.5水水泵流流量、揚(yáng)程程、計(jì)算軸軸功率對(duì)比比表通過對(duì)各個(gè)個(gè)方案水泵泵的流量、、揚(yáng)程、軸軸功率的分分析、計(jì)算算和對(duì)比，，可以得出出以下結(jié)論論：1、在滿足足水力工況況要求的前前提下，不不設(shè)中間加加壓水泵時(shí)時(shí)，即只在在熱源廠中中央換熱站站設(shè)置主循循環(huán)水泵時(shí)時(shí)，供熱管管網(wǎng)水循環(huán)環(huán)所需總軸軸功率最大大，達(dá)到4938KW，中央央換熱站主主循環(huán)水泵泵的揚(yáng)程最最高，達(dá)194mHO2。這樣高揚(yáng)揚(yáng)程、大容容量的熱水水循環(huán)水泵泵，目前國國內(nèi)外還沒沒有連續(xù)、、穩(wěn)定、可可靠運(yùn)行的的成功先例例。2、在滿足足水力工況況要求的前前提下，在在供回水管管上增設(shè)中中間加壓水水泵可以有有效地降低低供熱管網(wǎng)網(wǎng)水循環(huán)所所需的總軸軸功率（主主循環(huán)泵與與中間加壓壓泵軸功率率之和），，且中間加加壓泵離熱熱源廠越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，管網(wǎng)水水循環(huán)所需需的總軸功功率越小。。3、在其它它條件不變變的情況下下，管網(wǎng)水水循環(huán)所需需的總軸功功率與中間間加壓水泵泵的設(shè)置位位置有關(guān)，，而與設(shè)在在供水管還還是回水管管上關(guān)系不不大。通過對(duì)以上上四種方案案七種情況況下管網(wǎng)的的水力工況況、水泵能能耗的分析析、比較和和研究后可可以定性結(jié)結(jié)論如下：：1.在供水水管和回水水管上增設(shè)設(shè)中間加壓壓泵均可以以有效地降降低管網(wǎng)的的壓力水平平，但其工工作條件和和水力工況況差別較大大。在供水管上上設(shè)置中間間加壓泵，，管網(wǎng)的壓壓力水平盡盡管有所降降低，但仍仍高于在回回水管上設(shè)設(shè)置中間加加壓泵的壓壓力水平，，而且其熱熱媒的工作作溫度高達(dá)達(dá)130℃℃，遠(yuǎn)高于于回水溫度度70℃，，這種大容容量的耐高高溫水泵不不僅難以選選擇，而且且難以保證證安全、可可靠、經(jīng)濟(jì)濟(jì)有效地運(yùn)運(yùn)行，目前前還沒有成成功的設(shè)計(jì)計(jì)和運(yùn)行實(shí)實(shí)例。因此此，在大型型高溫水城城市集中供供熱系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)中，，為使水泵泵安全、可可靠、經(jīng)濟(jì)濟(jì)有效地運(yùn)運(yùn)行，同時(shí)時(shí)在滿足供供熱要求的的前提下盡盡可能降低低管網(wǎng)的壓壓力水平，，將中間加加壓泵設(shè)在在回水管上上是經(jīng)濟(jì)、、合理的選選擇。2.在滿足足水力工況況和供熱要要求的前提提下，盡可可能使中間間加壓泵遠(yuǎn)遠(yuǎn)離熱源廠廠，使管網(wǎng)網(wǎng)水循環(huán)所所需總軸功功率盡可能能減小。2.3工程程實(shí)例分析析、研究結(jié)結(jié)論通過對(duì)工程程實(shí)例的分分析和比較較可以看出出，對(duì)于大大型高溫水水城市集中中供熱系統(tǒng)統(tǒng)而言，從從技術(shù)、經(jīng)經(jīng)濟(jì)及安全全可靠性考考慮，在供供水管上設(shè)設(shè)置中間加加壓泵是不不科學(xué)和不不可行的，，且實(shí)用意意義和價(jià)值值不大。因因此本課題題只對(duì)回水水管上設(shè)置置中間加壓壓泵進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化研究和和探討。3.1水水力工況況對(duì)中間間加壓泵泵位置的的要求3.1.1水力力工況要要求對(duì)于一、、二次管管網(wǎng)全部部采用間間接連接接且地勢(shì)勢(shì)相對(duì)平平坦的城城市供熱熱管網(wǎng)，，其回水水加壓泵泵站的設(shè)設(shè)置需滿滿足的主主要條件件為：1、在回回水加壓壓泵站進(jìn)進(jìn)口處，，應(yīng)保證證其回水水管動(dòng)水水壓不低低于50kPa，以防防該處回回水管吸吸入空氣氣。2、在回回水加壓壓泵站出出口處，，應(yīng)保證證其回水水管動(dòng)水水壓與該該處供水水管動(dòng)水水壓之差差不低于于該處熱熱力站的的資用壓壓頭。第三章中中間間加壓泵泵位置優(yōu)優(yōu)化研究究3.1.2中間間加壓泵泵的位置置按照上述述第一條條要求，，是中間間加壓泵泵站沿管管道敷設(shè)設(shè)中心線線至熱源源廠的最最近位置置，此時(shí)時(shí)由圖3.1可以得到到：HZB=△Hmin+Hj-50(3-1)式中HZB——中間間加壓泵泵的揚(yáng)程程（kPa）；；△Hmin——中間間加壓泵泵站沿管管道敷設(shè)設(shè)中心線線至熱源源廠的最最小水平平距離Xmin對(duì)應(yīng)的加加壓泵站站至熱源源廠供水水管或回回水管阻阻力損失失（kPa），，△Hmin=XminR(1+α)；；Hj——管網(wǎng)網(wǎng)的靜壓壓值（kPa））；Xmin——滿足足水力工工況要求求的情況況下，中中間加壓壓泵站沿沿管道敷敷設(shè)中心心線至熱熱源廠的的最小距距離（km）；；其它符號(hào)號(hào)意義同同前。Xmin=HZB-Hj+50

km(3-2)R(1+α)將△Hmin=XminR(1+α)代入式(3-1)經(jīng)整理后后得到：：按照上述述第二條條要求，，是中間間加壓泵泵站沿管管道敷設(shè)設(shè)中心線線至熱源源廠的最最遠(yuǎn)位置置，此時(shí)時(shí)由圖3.2可可以得到到在最大大距離Xmax時(shí)：△Hy=Hgmax-△Hmax-Hj（3-3）而Hgmax=Hg-△Hmax（3-4）且Hg-Hj=2△Hw+△Hy-HZB（3-5）式中:△Hy——主干線末端熱熱力站資用壓壓頭（kPa）Hgmax——中間加壓泵站站沿管道敷設(shè)設(shè)中心線至熱熱源廠的最大大距離Xmax對(duì)應(yīng)的加壓泵泵站處供水管管的壓力（kPa）；△Hmax——中間加壓泵站站沿管道敷設(shè)設(shè)中心線至熱熱源廠的最大大距離Xmax對(duì)應(yīng)的加壓泵泵站至熱源廠廠供水管或回回水管阻力損損失（kPa）；Hj——管網(wǎng)的靜壓值值（kPa）；Hg——熱源廠出口供供水管壓力（（kPa）；△Hw——外網(wǎng)主干線供供水或回水管管總阻力（kPa）；HZB——中間加壓泵的的揚(yáng)程（kPa）。將式（3-3）、（3-4）和（3-5）經(jīng)整理后得得到：Xmax=2△Hw-HZBkm(3-6)2R(1+α)式中R——主干線平平均比摩阻（（Pa/m）；α——局部阻阻力當(dāng)量長度度百分比，一一般為0.2—0.4；；其它符號(hào)意義義同前。由公式（3-2）和（3-6）可以以得出中間加壓泵站站沿管道敷設(shè)設(shè)中心線至熱熱源廠的距離離X（中間加加壓泵站的位位置）應(yīng)滿足足下式：Xmin≤X≤Xmax（3-7）3.1.3中間加壓泵的的揚(yáng)程由公式（3-2）和（3-6）可以以看出，中間間加壓泵的揚(yáng)揚(yáng)程HZB越大，則Xmin越大而Xmax越小，因而一一定存在一個(gè)個(gè)臨界值HL，使得Xmin=Xmax，即：HL-Hj+50=2△Hw-HL

R(1+α)2R(1+α)也就是說，只只要中間加壓壓水泵的揚(yáng)程程不大于臨界界值HL，即可滿足水水力工況對(duì)其其位置的要求求。由此可以以得到按水力工況要要求，中間加壓泵的的揚(yáng)程為：HL=2△Hw+Hj-100（kPa）

(3-8)3HZB≤2△Hw+Hj-100（kPa）

(3-9)33.2降低能耗對(duì)中中間加壓泵位位置的要求設(shè)置中間加壓壓泵站目的，，不僅是為了了降低管道及及其附件的工工作壓力等級(jí)級(jí)，使管網(wǎng)建建設(shè)費(fèi)用降低低，而且在滿滿足供熱要求求的前提下盡盡可能使管網(wǎng)網(wǎng)動(dòng)力消耗最最少。為此，，必須建立熱熱網(wǎng)主循環(huán)泵泵、中間加壓壓泵的計(jì)算軸軸功率與中間間加壓泵站位位置之間的函函數(shù)關(guān)系式。。3.2.1主干線流量分分布的簡化為了建立熱網(wǎng)網(wǎng)主循環(huán)泵、、中間加壓泵泵的計(jì)算軸功功率與中間加加壓泵站位置置之間的函數(shù)數(shù)關(guān)系式，現(xiàn)現(xiàn)將主干線流流量分布進(jìn)行行如下簡化處處理：如圖3.3，在實(shí)際工程程中，管網(wǎng)主主干線輸送的的熱水流量從從熱源廠出口口（節(jié)點(diǎn)A）開始沿主干干線至末端并并非均勻減少少，而是在節(jié)節(jié)點(diǎn)B、C、D處經(jīng)過三次變變化后將剩余余熱水送往最最后一個(gè)熱力力站。在本課課題研究中，，為建立數(shù)學(xué)學(xué)模型，假設(shè)設(shè)主干線輸送送的熱水流量量從熱源廠出出口開始沿主主干線至末端端是連續(xù)均勻勻減少的，即即主干線上接接出的所有支支干線和支線線（B——熱力站1，C——熱力站2等）均可以認(rèn)認(rèn)為是由主干干線上連續(xù)均均勻地接出無無數(shù)等流量的的細(xì)小管線匯匯集而成，如如圖3.4中細(xì)線表示的的無數(shù)管線。。GZB=Gm+（Gw-Gm）（L-X）(3-10)L根據(jù)上述假設(shè)設(shè)，中間加壓壓泵站的流量量GZB可以表達(dá)為：：式中Gm——主干線末末端的流量；；Gw——主干線始始端的流量，，即設(shè)計(jì)總流流量；L——主干線的的長度（km）；X——中間加壓壓泵站沿管道道敷設(shè)中心線線至熱源廠的的距離（km）；其它符號(hào)意義義同前。3.2.2最小能耗對(duì)中中間加壓泵位位置的要求NZB=K[Gm+（Gw-Gm）（L-X）][2△Hw-2R(1+α)X](3-11)L由公式（3-6）可以得到：：HZB=2△Hw-2R(1+α)X，則中間加壓泵的計(jì)算軸功率NZB=KGZBHZB為：將上式整理后得：NZB=2K△HwGw-2KGwR(1+α)X-2K△Hw（Gw-Gm）X+2KR(1+α)（Gw-Gm）X2LL熱源廠熱網(wǎng)主主循環(huán)泵的計(jì)計(jì)算軸功率為為：Nw=KGwHw=KGw（△Hr+2△Hw+△Hy-HZB）（3-12）式中Hw——熱源廠熱熱網(wǎng)主循環(huán)泵泵的揚(yáng)程；△Hr——熱源廠管管線的總阻力力；其它符號(hào)意義義同前。將HZB=2△Hw-2R(1+α)X代入式（3-12）經(jīng)整理后得得：Nw=KGw[△Hr+△Hy+2R(1+α)X]（3-13）這樣，熱網(wǎng)水循環(huán)環(huán)所需水泵的總計(jì)計(jì)算軸功率為：N=NZB+Nw（3-14）將公式（3-11）、（3-13）代入（3-14）經(jīng)整理后得到：：N=KGw(2△Hw+△Hr+△Hy)-2K△Hw（Gw-Gm）X+2KR（Gw-Gm）(1+α)X2LL令dX=0，則：dN將上式對(duì)X求導(dǎo)數(shù)，并令其等等于零即得到熱網(wǎng)網(wǎng)主循環(huán)泵、中間間加壓泵計(jì)算軸功功率之和的最小值值對(duì)應(yīng)的中間加壓壓泵站至熱源廠的的距離，即：-2K△Hw（Gw-Gm）+4KR（Gw-Gm）(1+α)X=0LL整理后得X=△Hw

（3-15）2R(1+α)X=△Hw=LR(1+α)=1L（3-16）2R(1+α)2R(1+α)2將△Hw=LR(1+α)代入（3-15）式后得到：熱網(wǎng)網(wǎng)主循環(huán)泵、中間間加壓泵計(jì)算軸功功率之和的最小值值對(duì)應(yīng)的中間加壓壓泵站至熱源廠的的距離為：3.3工程實(shí)例檢驗(yàn)由第二章分析、研研究結(jié)果可以查到到上述工程實(shí)例主主干線水力計(jì)算（（詳見附表1）的有關(guān)資料為：：△Hw=727kPa，L=13630m，Hj=370kPa，則：R=△Hw=727000=53.34

Pa/mL(1+α)13630(1+α)(1+α)將有關(guān)資料代入公公式（3-18）得到：HZB≤2△Hw+Hj-100=2×727+370-100=574.66

kPa33

Xmin=HZB-Hj+50=（575-370+50）/53.34=4.78

kmR(1+α)Xmax=2△Hw-HZB=（2×727-575）/（2×53.34）=8.24

km2R(1+α)1L=6.82km2通過前面對(duì)設(shè)置中中間加壓水泵所涉涉及的水力工況以以及能耗情況的全全面比較、分析和和研究，將分析、、研究結(jié)果進(jìn)行綜綜合，即可得到中中間加壓泵在滿足足水力工況和能耗耗要求的情況下，，其設(shè)置位置和揚(yáng)揚(yáng)程為：2△Hw-HZB≥X≥1L（3-17）2R(1+α)