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大高差枝状管网的动态模拟与仿真

贺兴旺  
【摘要】: 随着我国经济不断的发展和城市环保的要求,城市集中供热事业得到长足发展。伴随能源短缺和国家节能政策的进程,这就对集中供热的能耗问题提出了更高要求。如何科学合理地配置集中供热才能有效地降低能耗、节约能源,成了人们普遍关心的问题。 集中供热枝状管网因其管网布置简单、投资省、运行管理方便等特点,是集中供热管网最普遍采用的方式。水泵能耗是集中供热中主要能耗之一,目前传统的枝状管网采用只在热源处设置循环水泵的方案。运行调节时为了保证最不利热用户正常供热,通常网路近端热用户的作用压差很大,在选择热用户分支管路的管径时,又受到管道内热媒流速和管径规格的限制,其剩余作用压差需在热网投入运行时靠热用户入口阀门节流消耗掉。本文就针对传统的枝状管网只采用循环水泵的循环方案带来能量浪费,提出枝状管网采用在热源处设置循环水泵并在热用户处配以回水加压泵的循环方案。为了研究这种循环方案可行性和节能性,在大高差枝状管网中应用这种循环方案。本文给出了大高差枝状管网的设计方法,认真研究水力工况、热力工况理论基础和基本规律的基础上,建立其水力工况和热力工况数学模型;采用Matlab中的Simulink动态仿真功能,建立了基于Simulink的大高差枝状管网设计工况仿真模型,并结合具体工程实例的实测数据进行了仿真模型验证。仿真模型验证是一个反复调整模型参数、反复验证的过程,直到仿真数据与实测数据的误差在可接受范围内才能确定仿真模型的合理性;并分析了产生误差和一次网回水温度升高的原因。对合理的设计工况下仿真模型,分别从水力工况和热力工况进行分析;从水力工况分析得出管网和用户的压力、流量分布情况;对热力工况分析得出由于管网散热损失,管网远端用户的供回水温度偏离了设计状态下理想供回水温度,进而导致热力失调;为了消除热力失调,必须对用户的流量进行重新分配。指出了大高差枝状管网两种循环方案初调节的本质区别,并给出初调节和运行调节方法,为解决系统的水力失调、热力失调提供了有效措施。 最后对大高差枝状管网的经济性进行了定性分析。通过对大高差枝状管网两种循环方案的水泵能耗分析,得出采用回水加压泵循环方案中水泵能耗最小的情况;对设计工况下两种循环方案水泵总能耗比较,得出采用回水加压泵后节能13.82%并绘出两种循环方案直观的能耗对比图。通过对两种方案压力工况分析,得出其管网及设备承压等级;进而定性地确定了两种方案的经济性。由于大高差枝状管网采用回水加压泵的循环方案不仅降低了水泵能耗,而且降低管网及设备的承压,充分体现了其具有的合理性、节能性、安全性、经济性;因此大高差枝状管网采用分布式回水加压泵是一种值得推广应用的循环方案,而且这种循环方案也适用于集中供热其它布置形式的管网。


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