混水供热系统节能改造

1.混水系统的定义

混水系统通过混水站将外网供热系统分为高温水一次网和低温水二次网两部分。二次网的回水一部分回到一次网变成一次网的回水，另一部分回水通过混水站加压与一次网供水混合变成二次网的供水。

2.混水系统的优点

混水供热方式没有换热器，也就没有换热器的散热损失，所以混水直供相对于间接供热的热利用率更高。

混水直供热力站没有换热器，在检修期间相对间接供热方式节省大量的维护费用，换热器通常需要每隔一两年做定期的除垢清洗，特别是板式换热器流道间隙窄，容易结垢，换热板间严密性要求高，密封垫在拆装过程中容易损坏，这样造成热力站维修成本增加，经测算平均每年单台换热器维护费用为2500元左右。

因热力站工艺结构上没有换热器，无单独定压系统，混水热力站可节省换热器及变频补水系统的投资。另外，由于设备占地面积少，热力站土建造价明显下降，所以混水热力站相对于间接供热造价明显降低。

3.混水系统的缺点

因整个系统水质相同，因此锅炉水质不易单独控制。采用的水处理方式不当，或根本没有水处理时，就会造成锅炉腐蚀严重。

因整个系统是连在一起的，运行时系统任何地方失水或倒空(进空气) 都会影响全系统的供热，甚至造成全系统无法正常运行。因此，系统运行的稳定性和安全性低，不适合超过200万m²的大中型供热系统。

由于在直供混水系统中既存在一级网循环泵，又存在多个热力站的混水泵，这些泵同时串联、并联在同一个大系统中，各台泵的运行工况和各种阀门的调节都会直接影响一级网和二级网的流量和压力的变化。运行时既要保证一级网的水力平衡和理想的水压图状态，又要保证二级网的供热量和供回水压力，因此运行调节难度大。如果没有较好的调控设备和调节手段，就会造成严重的冷热不均或供回水压力不稳定的状态，使供热质量难以保证，且对运行人员的技术水平要求较高。

各热力站混水方式的选择、水泵型号的选择等都应根据现场情况和它在热网中水压图的位置确定，因此设计难度增加，很难找到与理想的设计参数相匹配的循环水泵，进一步增加了运行调节的难度。

4.混水系统设计注意事项

1)不超压。不超过热用户对于承压能力的要求。

2)不倒空。应满足热用户最高点对定压的要求。

3)水能流。应满足热用户系统对压差的要求。

4)能混水。应满足混水系统回水混合进供水的压力要求。

5)混水系统不宜采用的范围如下：一次网站内压力偏高(大于二次网最大承压能力)的系统不宜采用混水供暖，一次网压力不稳定的系统不宜采用混水供暖(间歇供暖且系统较小的，压力随温度变化较大)，失水量大的系统不宜采用混水供暖，技术水平较差的公司不宜采用混水供暖。

6)混水系统混水比根据混水流量与温度确定：

式中，U为混合比；Gh为进入混水装置的回水流量，m³/h；G1g为混水装置之前热网供水流量，m³/h；t1g为热网供水温度℃；t2g、t2h为混水装置后供回水温度℃；t1g=t2g+U(t2g-t2h)。

5.混水系统改造系统图

混水系统水压图如图所示。

混水系统水压图

混水系统的基本形式如下：

1)水泵旁通加压。适用于二次网所需的供回水压力在一次网供回水压力之间。变频混水泵设置在混水旁通管路上，一次网供水管上装一个流量控制阀，一次网回水管上装一个手动调节阀。利用水泵将二次网的一部分回水加压打入一次网供水中，混合形成二次网供水，二次网的另一部分回水返回一次网回水管。

2)水泵供水加压。适用于二次网所需的供水压力在一次网供水压力以上。变频混水泵设置在二次网供水管上，一次网回水管上装一个流量控制阀，一次网供水管和旁通管上各装一个手动调节阀。调节流量控制阀设定好一次网的流量，同时满足了二次网的系统静压。当一次网供水压力高于二次网回水静压时，可调节一次网供水侧手动调节阀，使其阀后压力与二次网回水静压相平衡，利用水泵将二次网一部分回水及一次网供水同时吸入，混合形成二次网供水，另一部分二次网回水直接返回一次网回水管。当一次网供水压力低于二次网回水静压时，调节旁通管上的手动调节阀，使其阀前压力满足二次网系统静压 。

3)水泵回水加压。适用于二次网所需的回水压力在一次网回水压力以下。变频混水泵设置在二次网回水管上，一次网供水管上装一个流量控制阀，一次网回水管上装一个手动调节阀。调节流量控制阀设定好一次网的流量。当一次网回水压力低于二次网所需的供水压力时，可调节一次网回水侧手动调节阀，使其阀前压力满足二次网对供水压力的要求，利用水泵将二次网回水提压，一部分回水和一次网供水混合成为二次网供水，另一部分回水回到一次网。当一次网回水压力高于二次网所需的供水压力时，手动调节阀全开即可。

6.混水系统实例分析

某供热公司供暖系统为热电联产形式，热网为单热源枝状管网，热源为电厂，该管网于2010年建成，设计温度75℃/55℃，管设计压力1.3MPa，供暖形式采用低温循环水直供形式，由电厂循环泵提供动力，将低温循环热水供暖到热用户。其主管为DN800，供暖半径6000m左右。管网规划面积240万m²，入网面积226万m²，其中旧有建筑面积大约为130万m²。2010—2011年采暖期实际供暖面积140万m²。截至2021年，该热力公司实际供暖面积约为370万m²。

首站循环水泵参数如下：流量2200m³/h，扬程65mH₂O，功率630kW，2010—2011年采暖季运行两台循环水泵，实际循环流量4600m³/h，供回水温差10℃左右。供暖期间系统末端用户不热现象明显，人为放水严重，失水量过大 。

2010—2011年采暖季运行过程中，暴露问题较多，且比较严重，直供系统水力失调现象明显，需要增大循环流量满足末端，但是管网管径固定，增大循环流量势必造成管网阻力增大。经计算，直供系统增加循环流量以后，水泵出口压力约为5.4MPa，严重超压。该系统也可以进行换热站改造，但是一次网供水温度偏低，不利于换热器换热，热损较大，且初投资很大，综合考虑之下，对该公司进行混水系统改造。

混水改造后设计水压图如图所示。

混水改造后设计水压图

该水压图一次网循环流量按照1.5kg/h·m²计算，系统定压不超0.25MPa，首站内部阻力为0.15MPa。考虑利用原有水泵，且保证系统正常安全运行，热源出口压力不超过0.8MPa，使系统内设备在承压范围之内。综合考虑之下，一次网水压图就形成了交叉水压图，根据不同位置压力及压差情况划分混水站，包含旁通加压混水站、供水加压混水站、回水加压混水站及分布式混水站 。

改造效果见下表。

采暖季供暖数据表

将几个采暖季运行数据持续对比，平均耗热量、平均耗电量及平均补水量均逐年下降，用户满意度提升，热力公司收费率提高。截至2021年，该公司实际供暖面积达370万m²，混水站110座，运行效果良好。

混水系统是小规模热电联产设计和改造的优选方向，并且如何利用好混水系统也是值得长期讨论及实践的话题。

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