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      變頻二級泵技術的節能理論分析與實用性

      2011-07-27 00:00:00
      admin
      原創
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                                                              天津市恒安供熱發展有限公司總經理   張賀記   

          摘要:供熱資源整合是供熱的發展趨勢,雖然可以通過大型集中供熱,使鍋爐效率大大提高,但也會帶來管網輸配能耗的增加。本文從理論上分析了全新的變頻二級泵技術的節能原理,并介紹在天津恒安供熱公司的實際應用中解決傳統供熱系統輸配能耗過大的情況,表明大力推廣該項技術必將有利于促進供熱資源整合的順利進行。

      關鍵詞:供熱節能變頻 二級泵 供熱資源整合

          我公司是在 2006 年中國建筑業協會建筑節能專業委員會供熱網第三次年會上初步了解變頻二級泵技術的。我公司的寶平供熱站, 2005 2006 年的供暖面積為 53 萬平方米,其中 18 萬平方米供應生活熱水。 2007 2008 年決定把距供熱站 6 公里外的三個新住宅小區及規劃的政府行政區約 70 萬平方米納入并網規劃。為解決主管網越連越長,水力失調難以解決的問題。決定與北京金房暖通節能技術公司合作,在該供熱站采用 “變頻二級泵技術”。

      一、傳統供熱系統與二級泵供熱系統水壓圖分析

          為了區分二者,以下把僅在鍋爐房設主循環泵的供熱系統稱為傳統供熱系統,而后者稱為二級泵供熱系統。

            

         水壓圖一為傳統供熱系統的水壓示意圖,由圖一可以看出傳統供熱系統的水壓圖為喇叭型水壓圖,供熱管網越長、阻力越大,其 A-B 端開口越大,需要的循環水泵揚程越高,同時使近端用戶與遠端用戶的壓差的差距也越大,不利于水力平衡。且傳統供熱系統的水泵揚程、流量一經確定,其供熱半徑也就確定了。傳統供熱系統循環水泵的揚程,是由鍋爐房內部阻力、鍋爐房至最遠端或最不利點的供回水管道阻力及換熱站內部阻力三個部分組成,有供熱半徑的局限性。水壓圖二為二級泵供熱系統水壓示意圖,由圖二可看出其為啞鈴型水壓圖,啞鈴的兩端有各自的循環水泵。鍋爐房內的一級泵只保證鍋爐及鍋爐房內管網的阻力損失,各換熱站內的二級泵揚程滿足從鍋爐房至換熱站管網阻力損失及站內機組系統損失,根據換熱站距離不同,各二級泵揚程選擇也不同,理論上供熱半徑可無限延伸,沒有局限性。

          為滿足節能環保要求,供熱資源整合是當前燃煤鍋爐供熱的必然趨勢,整合后的鍋爐房一般單臺鍋爐容量都大于 29MW ,如果采用傳統設計,鍋爐房一次循環泵揚程 H 1 50mH 2 O ,而一般鍋爐房內系統總阻力約 10 15mH 2 O ,所以二級泵系統中鍋爐房內水泵揚程 H' 1 20mH 2 O 形成 H 1 H' 1 2.5:1 。

          在傳統供熱系統中,不僅鍋爐房內循環水泵揚程過高,而且一次網普遍存在水力失調問題,為保證各換熱站熱力平衡,只有人為地將富裕壓頭用調節閥消耗掉。而二級泵供熱系統各換熱站的用熱是通過二級泵按需自取,各站間互不影響,不存在水力失調問題。

          綜上得出變頻二級泵技術有以下優點:

      ⑴二級泵供熱系統從鍋爐房內、外網至換熱站承壓,比傳統供熱系統低 2 3 倍,從運行上減少了安全隱患,大大延長了系統使用年限。

      ⑵二級泵系統供熱半徑比傳統系統靈活性更大,這樣有利于供熱資源整合過程中逐步并網聯片的發展。

      ⑶二級泵技術不存在一次網水力失調問題,供熱系統穩定。

      二、二級泵技術理論節能分析

      動、勢能的轉換公式:

      mgh=( 1/2 mv 2

      伯努力方程:

      p/r(壓強水頭)+ Z (位置水頭)+ V 2 /2g (流速水頭)= C (常數)

          由上述兩個公式可以看出勢能的大小與流體流速成平方關系;阻力與流速也是成平方關系。由此可推導出泵與風機相似率理論方程,使我們得出水泵的流量、揚程、功率與水泵的轉速關系。

          Q/Q m =n/n M

            H/H m =(n/n m ) 2

                   N/N m =(n/n m ) 3

          這里 Q -代表水泵流量; n -代表水泵轉數; H -代表水泵揚程; N -代表水泵軸功率。

          由此可見,水泵的轉數與揚程成平方關系;與功率成立方關系。在二級泵供熱系統中,由于鍋爐房內有解耦管,各換熱站有二級泵,這樣組成了兩個既獨立又關聯的循環系統。任何一個鍋爐房內內部阻力基本是定值,一般小于 20mH 2 O ,這樣使鍋爐房內的循環系統水泵揚程大大降低,各二級泵的流量、揚程又是按實際需要選擇,不存在傳統供熱系統中大馬拉小車現象和水力失調等問題,并且由于采用變頻技術控制,即使某些站流量發生變化也是通過降低轉速節電能去實現,減少了傳統系統中消耗在調節閥上的能耗。

      三、寶平供熱站改造成變頻二級泵技術的實例分析

          恒安供熱公司寶平供熱站 2007 年計劃把距供熱站 6 公里外的三個新住宅小區及規劃的政府行政區約 70 萬平方米供熱逐步納入并網。由于原循環泵流量、揚程有限,計劃采用“中間加壓站”,對不利環路進行加壓循環。但根據以往的經驗,經常出現采用“中間加壓站”后,反而會造成許多換熱站水力失調。而在建筑節能專業委員會供熱網年會上研討的二級泵技術,使我們找到了解決遠距離供熱的新方法,我公司與北京金房暖通節能技術有限公司合作將寶平供熱站和所屬的各換熱站,改成變頻二級泵供熱系統,加裝一、二級泵及變頻控制柜十六臺、套,投資 60 余萬元。改造前,當二臺 29MW 鍋爐運行時,采用 160KW 的循環水泵,當三臺 29MW 鍋爐運行時,采用 250KW 的循環水泵。改造后,循環水泵分別改為 75KW 90KW ,各換熱站二級泵也按照經多次水力計算得出的結果進行選型。改造后的運行記錄顯示,初寒期、末寒期一般頻率在 30 赫茲左右,寒冷期在 40 45 赫茲。取 2007 年度改造為變頻二級泵系統后全冬的運行數據與 2006 年度沒有改造相比較,不但收回了投資成本且節電 41 %、節煤 23 %。

                寶平供熱站一次水系統改造前后水泵功率比較

      一次水循環泵

      2006 年度

      2007 年度

      二臺鍋爐

      三臺鍋爐

      二臺鍋爐

      三臺鍋爐

      總功率( KW)

      160

      250

      75

      90

      煤、電消耗對比表(含各換熱站耗電)

      年度

      供熱面積

      (萬

      標煤總耗

      (噸 / 季)

      標煤單耗

      (公斤 /

      電總耗

      (度 / 季)

      電費單耗

      (元 /

      電單耗

      (度 /

      2006

      53

      12500

      23.6

      2396166

      2.83

      4.52

      2007

      97

      17200

      17.7

      2598843

      1.68

      2.68

          通過上述兩個表中數據對 2006 年度與 2007 年度能耗比較,雖然有兩個年度鍋爐使用率不同的影響,但從理論分析到實際應用都可證實,通過二級泵技術的應用,可以大幅度地節煤、節電,是勿庸置疑的。所以在水壓圖分析得出二級泵技術三大優勢中應增加第⑷條,即二級泵技術的使用能顯著地節約煤炭,節約電能。

      四、結論

          變頻二級泵供熱系統是全新的供熱系統,以上針對變頻二級泵技術從理論到實際應用得出了四大優勢,有些可能分析的不準確或用詞不恰當,但二級泵實實在在的實用結果會得到供熱同行的認同,我認為應在供熱行業大力推廣這項技術。在這里,我衷心感謝供熱網溫麗主任、楊建勛秘書長及丁琦工程師對恒安工作及技術改造的支持。




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