分布式变频二级泵供热系统

一、传统供热系统中存在的问题

基于节能和环保的要求,现在燃煤锅炉供热的趋势是将小型供热锅炉房整合到一起,新建大型供热厂。锅炉房供暖面积通常在几百万平方米,甚至达到上千万平方米。大型集中锅炉房的建立,可以选用效率较高,符合环保要求的锅炉,但也必然带来供热管网过长,系统输配能耗过大的问题,尤其是一次循环水泵的电耗过大。传统的设计方法中选择一次循环水泵扬程时,其外线阻力,是按照最远、最不利换热站的一次管线计算的,除最远换热站外,其它换热站的资用压头往往大于其所需要的压头,而且换热站距离锅炉房越近,资用压头富裕量就越大。因此必须在这些换热站的一次供水管道上设置调节阀,以消耗掉多余的资用压头。这种阀门调节的方法是靠增加各换热站一次管线的阻力,达到控制流量的目的的。这种传统的设计方法必然造成如下问题:

1、安全隐患。传统设计的安全隐患主要体现在两方面:首先由于锅炉在系统循环水泵出口,锅炉不但承受系统静压,而且承受系统动压,造成锅炉运行压力过高;其次,循环水泵和锅炉在一起,一旦发生停电事故后果不堪设想。

2、极易形成近热远冷现象。由于循环水泵扬程按照最远端用户选择,近端热用户有过多的资用压头,在没有很好的调节手段的情况下,近端热用户流量超标,是很难避免的;这种近端流量超标,必然又带来远端流量不足,形成供热系统冷热不均现象。

3、一次循环水泵选择过大。由于系统很大,造成水泵配用功率过大,以至于在部分锅炉房不得不选用660V水泵,做为一次循环泵,增加了配电系统投资。

4、输配电耗过大。为解决水力失调问题,不得不在近端用户设置高阻力元件,消耗多余的资用压头,这样近端有70%-80%压头消耗在阀门上,整个循环系统有20%-30%电耗消耗在阀门上。

为解决上述问题,国内和国外专家提出了分布式循环泵理论。

二、分布式变频二级泵系统原理

1、分布式二级泵技术

所谓分布式变频二级泵系统就是在锅炉房内设置一级主循环泵,负责锅炉房内循环流量及循环动力,一级泵的扬程按照锅炉房内阻力(包括锅炉阻力、锅炉房内管线阻力和锅炉附属设备的阻力)计算;在各个换热站内设置配有变频调速装置的二级循环泵,负责各换热站循环流量及克服外线和换热站的循环阻力,各二级泵的扬程为各换热站内一次侧阻力和本站与锅炉房之间阻力之和。也就是说,分布式变频二级泵是用换热站内的二级泵取代了传统系统中换热站内的一次水调节阀,即“以泵代阀”,由原来在阀门上消耗多余的资用压头,转变为用二级泵提供必要的资用压头。采用此方式时,还要在换热站内配置由气候补偿器调节的变频控制器,使二级循环渠达到按照用户需求从系统中取热的目的。图1所示为分布式变频二级泵系统在n个换热站应用简图。

根据系统调节需要,在锅炉供回水管设置解耦管。解耦管将系统分为两个水力工况相对独立的部分:热源部分和热用户部分。解耦管的设置实现了锅炉定流量、各换热站变流量的运行方式,并且有效地避免了用户调节时锅炉与二级泵的相互干扰。

二级泵系统有效地解决了间供式供热一次水系统的水力失调问题,大幅度降低了输配动力电耗;改变了传统供热系统的“大流量小温差”的运行方式,降低了锅炉运行压力,防止因铝炉房主循环泵意外停泵时,确保一次管线还能有足够的流量,避免锅炉发生汽化,保证锅炉安全运行。

2、配套技术

在采用分布式二级泵技术时,其配套技术有二:一是气候补偿技术,二是水泵变频控制技术。

气候补偿器可根据室外温度变化,实时计算出最适宜的,二次供水温度,通过控制变频控制器调节二级泵的转速,实时改变进入换热器的一次循环水量,达到控制二次水温度、维持用户室内温度恒定、实现按需供热、节约能源的目的。

通过变频调节所节省的水泵电耗主要包括两部分:一部分为设备选型的富余量过大引起的电耗,另一

部分为水泵未按照负荷的变化进行变频调节时无谓流量所消耗的电耗。不难看出,气候补偿和水泵变频两项配套技术的主要任务是以最节能的方式为用户提供浦足要求的供水温度。由于气候补偿器通过调整二级泵频率控制二次供水温度,是采用高精度PID调节算法,因而可保证控制稳定可靠。

三、应用实例分析

我公司在津热集团(北辰)都旺供热站中应用了分布式变频二级泵技术。供热厂首先改变了原来一次水“大流量,小温差”的运行方式,增大了系统供回水温差,降低了一次水系缚量,这样首先减小了供热厂主循环泵的负荷。其次,在各换热站设置一次水的二级泵

代阀,大幅度节约了电能。

1、测试数据

2、测试结论：

在我公司对外网二级泵进行完热态调试后,外网各换热站内二级泵均已达到自动运行的状态。整个系统进行完二级泵改造后,现严寒期二级泵总功率为42.3kw,都旺锅炉房内一次循环泵运行功率为75kw,整个系统运行功率为117.3kw.比原系统两个锅炉房一次循环水泵的总功率200kw,减少了近41%的电耗,节能效果十分显著。

四、采用分布式变频二级泵系统的优点和推广意义

1、采用分布式变频二级泵系统的优点

(1)二级泵系统与传统的供热向供式系统相比,具有:有利于一次水系统的水力平衡、锅炉运行压力低、自动控制水平高、节能、锅炉安全性高等优点。

(2)通过使用气候补偿技术和循环泵变频控制技术,实现系统根据室外温度变化完全的自动控制。

(3)由于采用分布式二级循环系,系统的水力工况得到改善,各换热站一次水达到平衡状态,未出现近端过热,远断不热的现象,估计可节约燃煤10%左右。

(4)经过我们实际测试,应用了分布式变额二级泵技术的系统,经过一个采暖季的运行,节能效果显著,估算可节约电能41%,并且一个采暖季即可收回系统改造的全部投资。

2、采用分布式变频二级泵系统的推广意义

分布式变频二级泵系统的出现,不仅能适应燃煤锅炉供热规模较大的发展趋势,而且可从根本上解决传统间供式供热系统存在的不利供热的安全性和节能性等诸多问题,节能效果显著。分布式变频二级泵技术不仅可以应用在间供式供热系统,在燃煤锅炉直供式系统或燃气锅炉供热系统也可应用。分布式变频二级泵系统的出现,为供热系统运行的自控水平和实现节能提供一个全新的途经,值得予以大力扶持和推广