熱力站分布式系統(tǒng)與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)比

□□ 馬 峰

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

研究探討

熱力站分布式系統(tǒng)與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)比

□□ 馬 峰

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

以某工程實(shí)例為研究對(duì)象,采用對(duì)比分析熱力站傳統(tǒng)供熱和分布式回水變頻泵系統(tǒng)的工作效率，得出了采用分布式回水變頻泵供熱系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)節(jié)能約40%的結(jié)論。

分布式；節(jié)能；降壓

引言

某城市集中供熱項(xiàng)目，供熱面積約為200萬(wàn)m2，其中有20個(gè)熱力站，熱源與熱力站(用戶)之間地勢(shì)高差較大，且供熱范圍較大。除最不利環(huán)路之外，還有a～k共計(jì)11條支線。熱源距離城市較遠(yuǎn)，位于離城市約8.3Km的山頂上，熱源與最低點(diǎn)熱力站高差約為110m。其中最不利環(huán)路上有13個(gè)供熱站。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作壓力為1.6 MPa，系統(tǒng)供回水溫度為130 ℃/70 ℃。本文采用水力計(jì)算、水壓圖分析等方法來(lái)研究供熱系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的工況，來(lái)確定哪一種系統(tǒng)更有效率。最不利環(huán)路水力計(jì)算表見(jiàn)表1。

表1 最不利環(huán)路水力計(jì)算表

由表1可知，以熱電廠鍋爐的系統(tǒng)循環(huán)泵入口為定壓點(diǎn)，定壓壓力取20 kPa，因?yàn)?30 ℃水的汽化壓力為176 kPa，繪制最不利環(huán)路水壓圖如圖1所示。圖1中的實(shí)線代表動(dòng)水壓線，虛線代表系統(tǒng)管線的工作壓力。

圖1 最不利環(huán)路水壓圖

1 傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)

如果采用傳統(tǒng)方式的供熱系統(tǒng)，為了滿足20個(gè)熱力站的流量需求，需通過(guò)水力計(jì)算確定最不利環(huán)路所需資用壓頭，為系統(tǒng)選擇循環(huán)水泵，并且在每個(gè)熱力站處安裝調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)外網(wǎng)壓力。由圖1可知，最近的1號(hào)換熱站所需工作壓力僅為0.5 MPa，小于最初的設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，也小于實(shí)際的系統(tǒng)工作壓力2.3 MPa。由此可見(jiàn)，外網(wǎng)提供的壓頭有77%的能耗消耗在了調(diào)節(jié)閥上，造成了極大的浪費(fèi)。

以此類推，從1號(hào)到12號(hào)換熱站所需資用壓頭均要小于外網(wǎng)實(shí)際所提供的2.3 MPa工作壓力，而這些多出來(lái)的資用壓力需全部靠熱力站處設(shè)置的調(diào)節(jié)閥來(lái)消耗，并未真正用于管道系統(tǒng)的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)流損失是非常大的。

2 分布式回水變頻泵供熱系統(tǒng)

一次網(wǎng)分布式回水變頻泵供熱系統(tǒng)是指在熱力站換熱器一次網(wǎng)側(cè)的回水管上安裝回水加壓泵完成流量大小的調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)資用壓差不足時(shí)，不但能夠減小系統(tǒng)的工作壓力，而且還可以進(jìn)行供熱系統(tǒng)的變頻調(diào)節(jié)，減少因調(diào)節(jié)閥造成的能量損失，是一種運(yùn)行成本較為低廉的供熱系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)在熱力站內(nèi)的安裝示意圖如圖2所示。

圖2 分布式變頻泵供熱系統(tǒng)熱力站內(nèi)安裝示意圖

分布式回水變頻泵供熱系統(tǒng)在水壓圖中有供水、回水動(dòng)壓線的交點(diǎn)，該點(diǎn)的供水壓力與回水壓力相等，因此該點(diǎn)的資用壓力為0，即為零壓差點(diǎn)。零壓差點(diǎn)的位置選擇與系統(tǒng)總流量、一次網(wǎng)總的供回水壓差及每個(gè)熱力站的流量大小等因素相關(guān)，合理地確定零壓差點(diǎn)對(duì)于分布式回水變頻泵系統(tǒng)的揚(yáng)程有重要的意義。經(jīng)綜合比較，零壓差點(diǎn)的位置取在支線a之后，采用分布式系統(tǒng)后的管網(wǎng)水壓圖如圖3所示。

圖3 分布式系統(tǒng)最不利環(huán)路水壓圖

從圖3可以看出，分布式回水變頻泵系統(tǒng)主循環(huán)泵的揚(yáng)程從200 kPa降為130 kPa，這是因?yàn)橹餮h(huán)泵只提供系統(tǒng)循環(huán)的部分動(dòng)力，剩余動(dòng)力由各個(gè)熱力站的回水加壓泵提供，所以使得主循環(huán)泵的功耗得到了極大的降低。隨著管線的延伸，直至管網(wǎng)的最不利點(diǎn)，供水壓力也未超過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。

此時(shí)相對(duì)于支線a來(lái)講，主干線上的資用壓差就可以達(dá)到系統(tǒng)的壓力需求，不需要安裝回水變頻泵。而對(duì)于支線b～k則超過(guò)了系統(tǒng)所需壓力，需調(diào)節(jié)支線運(yùn)行壓力，以便達(dá)到各支線系統(tǒng)的壓力需求。在支線b～k所安裝的回水變頻泵的揚(yáng)程和流量見(jiàn)表2。

3 系統(tǒng)運(yùn)行功率

根據(jù)特蘭根定律，以上兩種系統(tǒng)理論運(yùn)行的總功率計(jì)算公式如下：

表2 支線b～k安裝回水變頻泵的流量和揚(yáng)程

N0=∑GiΔHi

(1)

(2)

式中：Gi———供熱系統(tǒng)各管段的流量，t/h；ΔHi———供熱系統(tǒng)各管段的壓降損失，kPa；η———水泵效率，取70%；N0———由特蘭根定律計(jì)算的循環(huán)水泵總功率，kW；N———循環(huán)水泵總功率，kW。

傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)與分布式供熱系統(tǒng)的能耗比較見(jiàn)表3。

表3 傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)與分布式供熱系統(tǒng)的能耗比較

4 結(jié)論

4.1 采用分布式變頻泵系統(tǒng)可以隨外網(wǎng)總流量的變化而進(jìn)行變頻泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，降低了熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的難度，也盡可能地減少了由于停電所引起的水擊危害。以該工程為例，若采用傳統(tǒng)供熱方式，在最不利環(huán)路上的13處換熱站，有12處的工作壓力需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且停電時(shí)造成的水擊壓力波也是非常大的，會(huì)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響。

4.2 采用分布式回水變頻泵供熱系統(tǒng)不但可以增加管網(wǎng)的輸送效率，而且還可以減少約40%的能耗，系統(tǒng)的運(yùn)行成本大大低于傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)。

4.3 采用分布式變頻泵系統(tǒng)，加壓泵只需設(shè)在熱力站內(nèi)，同時(shí)由于降低了系統(tǒng)的工作壓力，則管道的公稱壓力也可以隨之得到大幅度降低。與傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)相比，極大地減少了管網(wǎng)的初投資，節(jié)約了成本，且便于運(yùn)行管理。

[1]秦冰，秦緒忠.分布式變頻泵供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式[J].區(qū)域供熱，2007(2)：73-75.

[2] 狄洪發(fā)，袁濤.分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)在供熱中的節(jié)能分析[J].暖通空調(diào)，2003(2)：90-93.

[3] 石兆玉.供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[4] 石兆玉，李德英，王紅霞.供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想亟待更新[A].2004年全國(guó)供熱技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)，2004.

(編輯 盛晉生)

1009-9441(2015)05-0039-02

TU 833

B

馬峰(1981-)，男，山西興縣人，講師，2005年7月畢業(yè)于太原理工大學(xué)暖通專業(yè)，從事教學(xué)工作。

2015-09-14