集中一次網(wǎng)供暖中循環(huán)水泵的優(yōu)化調(diào)節(jié)及電耗分析

李 瑞 軍

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

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集中一次網(wǎng)供暖中循環(huán)水泵的優(yōu)化調(diào)節(jié)及電耗分析

李 瑞 軍

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

通過實(shí)例，從質(zhì)調(diào)節(jié)、閥門調(diào)節(jié)、分時段變化供熱流量調(diào)節(jié)以及變頻調(diào)節(jié)等方面，分析了供熱系統(tǒng)不同優(yōu)化調(diào)節(jié)方式的電耗情況，指出采用變頻調(diào)節(jié)方法，其電能消耗量以及系統(tǒng)運(yùn)行成本均較小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

集中一次網(wǎng)供暖，水泵，電耗，供熱系統(tǒng)

0 引言

我國北方很多城市在冬季寒冷的季節(jié)中所選用的采暖方式均為集中供熱采暖方式。而在我國城市化進(jìn)程不斷加速的過程中，使城市中涉及的供暖范圍持續(xù)的擴(kuò)大。在此大環(huán)境中，城市建筑集中供熱采暖的節(jié)能性也被逐漸的重視。在集中一次網(wǎng)的供熱采暖體系中，鍋爐房水泵需要給管網(wǎng)中的所有換熱站供給初始熱能，其發(fā)揮著非常重要的作用。循環(huán)水泵在設(shè)計和選用的過程中，要選用揚(yáng)程相對高、功率相對大的型號，這樣才可以滿足整個供熱系統(tǒng)的需求。而選用這樣的循環(huán)水泵，同樣也導(dǎo)致了一次網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行中所消耗的能量非常多。所以，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)循環(huán)水泵的能耗情況，對影響循環(huán)水泵能耗量的因素加以分析與梳理，從而尋找到簡便易行的系統(tǒng)能耗優(yōu)化方案，以降低集中一次網(wǎng)供熱系統(tǒng)的能耗量。

1 實(shí)例分析

某地一小區(qū)的一次網(wǎng)供熱所使用的循環(huán)水泵數(shù)量為3臺，型號為40CQB25-200，供熱系統(tǒng)所要求的流量值為465 m3/h，揚(yáng)程值為38 m。

3臺水泵的標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)見表1。

表1 水泵相關(guān)參數(shù)

我們對循環(huán)水泵進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，是為了盡可能的減小供熱系統(tǒng)所消耗的電能。對于循環(huán)水泵來說，其電能消耗多少和水泵的流量有著緊密的聯(lián)系。所以，怎樣計算供熱系統(tǒng)所擁有的最佳流量值，并確保其可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求，是非常關(guān)鍵的。通過供熱調(diào)節(jié)公式：Qxd=(tg+th-2tn)(1+b)/(tg′+th′-2tn)，能夠得到：冬季時，外界的氣溫波動直接影響到供熱系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷和供熱量大小。同時，也是我們對供熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。對于供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，可以采用量調(diào)節(jié)與質(zhì)調(diào)節(jié)兩種方法。如果供熱系統(tǒng)的整體供熱總量保持不變，那么改變系統(tǒng)水流量的數(shù)值，將會使系統(tǒng)供水溫度發(fā)生改變，而系統(tǒng)的供水量能夠在供熱系統(tǒng)的運(yùn)行過程中容易控制與改變。我們對供熱調(diào)節(jié)公司進(jìn)一步的整理可得到：

1=lgGxd/lgQxd+lgΔtxd/lgQxd。

其中，lgGxd/lgQxd為供熱系統(tǒng)處于正常的狀況下，系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)時流量的調(diào)整所占供熱調(diào)節(jié)比例值；lgΔtxd/lgQxd為供熱系統(tǒng)處于正常的情況下，對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)的質(zhì)量調(diào)整所占供熱調(diào)節(jié)的比例值。

我們能從中得出，當(dāng)lgGxd/lgQxd=1時，供熱系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)將全部是通過流量調(diào)節(jié)來完成的。供熱系統(tǒng)在所規(guī)定的工況下運(yùn)行，供熱流量會根據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷的改變實(shí)時地做出改變，并且此時所涉及的流量是理論中最小的流量值。當(dāng)lgGxd/lgQxd=0時，則供熱系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)全部是通過質(zhì)量調(diào)節(jié)來完成的。整個供熱系統(tǒng)所涉及的水流量未發(fā)生變化，而這種情況下供熱系統(tǒng)的水流量是理論中的最大流量值。

而在供熱系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)過程中，lgGxd/lgQxd大小范圍在0～1之間。下面我們在lgGxd/lgQxd=1的情況下，對系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)進(jìn)行分析。此時系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)全部由流量調(diào)節(jié)來承擔(dān)，具體的數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同環(huán)境溫度條件下優(yōu)化調(diào)節(jié)循環(huán)水量

從表2數(shù)據(jù)中可以看出，如果室外的環(huán)境溫度增加3 ℃，供熱系統(tǒng)所需的水流量將減小11%左右。從而也可以看出，在一次網(wǎng)供熱系統(tǒng)中，通過優(yōu)化流量的調(diào)節(jié)能夠確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時也能夠顯著地減少系統(tǒng)對電能的消耗。對于循環(huán)水泵的流量優(yōu)化調(diào)節(jié)一般通過下列方法完成。

1.1 閥門調(diào)節(jié)方法

此方法是通過變化供熱網(wǎng)管道的輸送路徑，來使供熱管網(wǎng)的阻力系數(shù)得以改善。對于一次網(wǎng)供熱系統(tǒng)來說，所包含的設(shè)備主要為鍋爐設(shè)備以及換熱設(shè)備，管網(wǎng)所擁有的總阻力相對小。而該小區(qū)內(nèi)的一次網(wǎng)供熱壓力是2.0×105MPa左右。所以，采用的循環(huán)泵具備相對高的揚(yáng)程，為39 m。從而導(dǎo)致供熱系統(tǒng)中水流總量過于高，有時會導(dǎo)致水泵的電機(jī)出現(xiàn)因超負(fù)荷而發(fā)生跳閘的問題。所以，應(yīng)當(dāng)在開啟1臺水泵的前提下，而將一部分出水閥閉合，提高供熱系統(tǒng)的總阻力值，以降低系統(tǒng)的水流量值，從而達(dá)到和供熱系統(tǒng)適宜的揚(yáng)程。

1.2 分時段變化流量方法

要依據(jù)冬季室外環(huán)境的溫度改變情況，結(jié)合系統(tǒng)的工作負(fù)荷與供熱量的改變情況，來科學(xué)的計算出所需啟動的循環(huán)水泵數(shù)量。在對當(dāng)?shù)氐耐饨鐪囟雀淖兲卣鬟M(jìn)行分析的同時，依據(jù)供熱系統(tǒng)自身的熱負(fù)荷情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。如果外界的溫度達(dá)到零上3 ℃，將其中1臺水泵關(guān)閉，只開啟其中1臺水泵。采用此種安排方法，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)供熱流量總和的100%與75%分別的選取不同型號的2臺循環(huán)水泵，這樣才可以更好的應(yīng)對供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷發(fā)生的變化。

1.3 增設(shè)變頻設(shè)備方法

變頻器是采取變化對電機(jī)的供電頻率值，以完成控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。一般情況下，電機(jī)所擁有的轉(zhuǎn)差率均不大，如果電機(jī)自身的極對數(shù)不變，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速和供電頻率是有著直接關(guān)系的。采用變頻的方法來優(yōu)化調(diào)節(jié)具有下列優(yōu)勢：

1)依照供熱系統(tǒng)實(shí)時的變化情況，通過對系統(tǒng)流量、水泵揚(yáng)程以及水溫差值等數(shù)據(jù)分析，來實(shí)現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)控，以確保整個供熱系統(tǒng)一直處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

2)采用變頻調(diào)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率相對小得多，所需的電能也非常小，可以讓異步電機(jī)達(dá)到快速調(diào)速的目標(biāo)。

2 優(yōu)化調(diào)節(jié)的電耗分析

針對該小區(qū)的一次網(wǎng)供熱系統(tǒng)，分別進(jìn)行多種循環(huán)水量的優(yōu)化調(diào)節(jié)，并對閥門調(diào)節(jié)的方法、分時段變化供熱流量調(diào)節(jié)方法以及變頻調(diào)節(jié)方法進(jìn)行比對，所得數(shù)據(jù)見表3。

表3 供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)不同調(diào)控方式的能耗數(shù)據(jù)

要是該小區(qū)選用質(zhì)調(diào)節(jié)優(yōu)化方法，當(dāng)啟用1臺循環(huán)水泵時，其功率為62.8 kW。而據(jù)2014年—2015年該小區(qū)的供熱總時長為24 h/d×151 d=3 624 h計算，供熱系統(tǒng)中的電能消耗量就是227 587 kW·h。而假定生產(chǎn)用電的費(fèi)用為0.8元/(kW·h)來進(jìn)行計算，可知采用質(zhì)調(diào)節(jié)優(yōu)化方法所需的電費(fèi)182 070元，采用閥門調(diào)節(jié)優(yōu)化方法時所需的電費(fèi)為130 446元，采取分時段變化流量優(yōu)化調(diào)節(jié)方法時所需電費(fèi)為101 206元，采取變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化方法時所需電費(fèi)為45 657元。根據(jù)上述的對比我們能看出，采取變頻優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法要比采用質(zhì)調(diào)節(jié)優(yōu)化方法、閥門優(yōu)化調(diào)節(jié)方法、分時段變化流量優(yōu)化調(diào)節(jié)方法分別節(jié)約電能消耗量為170 516 kW·h,105 986 kW·h,86 270 kW·h，分別節(jié)約電費(fèi)成本為136 413元，84 789元，69 016元。由此可知，采用變頻調(diào)速的優(yōu)化調(diào)節(jié)方法具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益。

3 結(jié)語

針對集中一次網(wǎng)供熱系統(tǒng)，通過采取量調(diào)節(jié)的優(yōu)化方法，可以確保供熱系統(tǒng)正常的運(yùn)行，并表現(xiàn)出了顯著的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性。在今后變頻工藝持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展的過程中，其在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用定會越來越廣泛，為供熱系統(tǒng)的節(jié)能化與智能化發(fā)展提供了有力的保障。

[1] 張玉中,孫 鵬,秦 冰,等.降低一次網(wǎng)回水溫度提高吸收式熱泵效率的實(shí)施案例[J].區(qū)域供熱，2016(2)：23-24.

[2] 胡建平，常 亮.供熱一次網(wǎng)集中量調(diào)節(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)探討[J].區(qū)域供熱，2015(6)：44-45.

Optimized adjustment and power consumption analysis of water circulating pump in once centralized network heating

Li Ruijun

(TaiyuanThermalPowerCorporation,Taiyuan030024,China)

By example, starting from aspects of quality regulation, valve regulation, time-change heating flow control, and frequency regulation, the paper analyzes power consumption conditions of different optimized adjustment methods, and points out that: the power consumption and system operation cost are lower by applying frequency-changing regulation method, which has better economic and social benefits.

once centralized network heating, water pump, power consumption, heating system

1009-6825(2016)31-0149-02

2016-08-20

李瑞軍(1980- )，男，工程師

TU832.2

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