分布變頻技術(shù)在無人值守?zé)崃φ局械膽?yīng)用

王凱，孟凡月，田雷

（山東鼎超熱電設(shè)計有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

分布變頻技術(shù)在無人值守?zé)崃φ局械膽?yīng)用

王凱，孟凡月，田雷

（山東鼎超熱電設(shè)計有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

城市集中供暖已成為我國熱網(wǎng)節(jié)能改造的主要發(fā)展趨勢，將分布變頻技術(shù)應(yīng)用在無人值守?zé)崃φ局校哂泄?jié)約電能、運行成本低、運行安全系數(shù)高的特點。

無人值守?zé)崃φ?；分布變頻泵;節(jié)能；應(yīng)用

合理利用能源和減少污染是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中所面臨的重大課題，目前，節(jié)能減排已被國家提高到了前所未有的新高度。我國目前熱網(wǎng)能效在30%左右，遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)國家。熱力站是熱網(wǎng)的熱交換樞紐，它的作用舉足輕重，將分布變頻技術(shù)應(yīng)用在無人值守?zé)崃φ局?，以熱力站為出發(fā)點實現(xiàn)整個熱網(wǎng)節(jié)能減排的目的。

1 傳統(tǒng)的供熱模式簡述

在傳統(tǒng)的供熱模式中，一個總的循環(huán)泵被設(shè)置在熱源處，通過這個總的循環(huán)泵實現(xiàn)熱源、熱力管網(wǎng)以及熱力用戶之間的水力循環(huán)功能，依據(jù)一次網(wǎng)的總流量以及最不利環(huán)路的阻力來選擇循環(huán)泵的流量、揚(yáng)程以及功率，采用調(diào)節(jié)閥或電動閥消耗水泵多余的用戶壓頭。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)流程圖

傳統(tǒng)供熱模式易形成冷熱不均現(xiàn)象,主要原因是供熱系統(tǒng)末端用戶循環(huán)壓力不足。要想改善末端用戶的供熱效果,就需要提升末端用戶實現(xiàn)供熱循環(huán)所需壓力。傳統(tǒng)方式一般采用提升循環(huán)泵的揚(yáng)程或在末端用戶附近安裝增壓循環(huán)泵,這種方式會使整個供熱系統(tǒng)的循環(huán)流量大大增加。采用調(diào)節(jié)閥消耗多余的壓頭,一部分動力實際上被無功消耗，進(jìn)而形成大流量、小溫差、大能耗、大熱源、低產(chǎn)出的運行方式。

（1）大電耗：流量增加1倍，電耗增加8倍。根據(jù)目前的實際工程，供熱系統(tǒng)輸送動力的電耗約為0.35w/m2。折合成熱耗量，電耗占熱耗的2.5%。若供熱系統(tǒng)循環(huán)流量提高1.4倍，則電耗占熱耗升為6.9%；若循環(huán)流量增加到一倍，電耗占熱耗的比例上升為20%，顯然是難以承受的。

（2）大熱耗：在冷熱不均的情況下，近端過熱開窗戶，末端不熱，采取別的熱源補(bǔ)充，里外都是熱量浪費；當(dāng)增大循環(huán)流量受到限制時，為改善末端供熱效果，常常采取提高供水溫度的做法，此時，所有熱用戶室溫普遍提高，將會造成更大的浪費。這種熱量浪費通常情況下，都在20%～30%之間。

2 分布式變頻泵技術(shù)基本原理及優(yōu)勢

2.1 分布式變頻泵技術(shù)基本原理

分布式變頻泵技術(shù)基本原理為：在熱源處的總循環(huán)泵只承擔(dān)熱源側(cè)內(nèi)部的循環(huán)動力。在熱力站內(nèi)設(shè)置分布變頻泵，利用分布在熱力站內(nèi)的分布變頻泵取代一次網(wǎng)上的調(diào)節(jié)閥，由分布式變頻泵提供必要的資用壓頭代替原來調(diào)節(jié)閥上消耗多余的資用壓頭。由熱力站內(nèi)的PLC控制器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)按需取熱。分布式變頻泵技術(shù)基本原理如圖2所示。

圖2 分布式變頻泵技術(shù)基本原理

分布輸配系統(tǒng)只有最大程度上降低一次網(wǎng)循環(huán)流量，提高熱力輸送效率，才能較好地實現(xiàn)節(jié)能的目的。用最小的能耗，輸送最多的熱量。

“用泵代閥”是分布輸配系統(tǒng)最大的特點，通過變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)各個熱力用戶供熱流量，而不是通過電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度，實現(xiàn)節(jié)流式調(diào)節(jié)供熱流量。使用分布變頻泵調(diào)節(jié)供熱流量可以達(dá)到全自動無人值守控制，不存在節(jié)流能量損失，而且調(diào)節(jié)精度更高更準(zhǔn)，是無級變速調(diào)節(jié)。對二次網(wǎng)側(cè)的溫度進(jìn)行檢測和分析,由PLC計算出最佳供水溫度,通過循環(huán)泵變頻調(diào)節(jié)一次網(wǎng)側(cè)循環(huán)流量,使得二次網(wǎng)側(cè)的供水溫度接近于計算的最佳供水溫度,在滿足用戶供熱需求的前提下，以供回水溫差為依據(jù)設(shè)定值PID智能控制分布式變頻泵頻率，保證供熱質(zhì)量，做到經(jīng)濟(jì)運行，保證最佳工況。

采用集中變壓變流量調(diào)節(jié)，減少循環(huán)流量，降低電能損耗，改善了熱力工況，消除了冷熱不均，節(jié)熱也更加明顯；節(jié)省了電動調(diào)節(jié)閥及有關(guān)的其它流量調(diào)節(jié)閥；減去了昂貴的流量計。采用分布式變頻泵的無人值守?zé)崃φ竟崃鞒桃妶D3。

圖3 采用分布式變頻泵的無人值守?zé)崃φ竟崃鞒虉D

在無人值守?zé)崃φ局袘?yīng)用分布式變頻泵技術(shù)的設(shè)計思想，將在熱源處的總循環(huán)泵的功能單一化，在熱力站設(shè)置一級分布式變頻泵I。再在熱力站分單元或用戶組設(shè)置二級分布式變頻泵II。其原則是盡量少設(shè)置沿途加壓泵，多在熱力站設(shè)置分布變頻泵。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析來確定工程設(shè)計具體的方案。一般來說，在管網(wǎng)上設(shè)置增壓泵要比在熱力站內(nèi)設(shè)置分布變頻泵費用高。采用分布變頻泵系統(tǒng)，循環(huán)泵的裝機(jī)總?cè)萘棵黠@降低，且變頻變流量調(diào)節(jié)，其運行能耗可節(jié)電大約50%。當(dāng)一次網(wǎng)側(cè)供回水溫差為約50℃時，循環(huán)流量約為1.3kg/ m2·h；回水溫度降低時，供回水溫差加大,流量應(yīng)在0.6～1.3kg/m2·h變化。一次網(wǎng)和二次網(wǎng)都使用分布變頻泵的調(diào)節(jié)方式時，二次網(wǎng)側(cè)的供水溫度通過一次網(wǎng)側(cè)分布變頻泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；二次網(wǎng)側(cè)的循環(huán)流量通過二次網(wǎng)側(cè)的分布變頻泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。這樣，通過調(diào)節(jié)一、二次網(wǎng)的分布變頻泵的轉(zhuǎn)速，就可以同時調(diào)節(jié)二次網(wǎng)側(cè)的供熱流量和供水溫度，調(diào)節(jié)更加方便準(zhǔn)確。

根據(jù)熱量計算公式: Q=C×M×()可得,熱力用戶要想獲得相同的供熱量Q,其供熱的供回水溫差ΔT=是與其供熱循環(huán)量M成反比的。分布變頻泵供熱系統(tǒng)一般采用定零壓差點控制方式。典型的分布式變頻泵供熱系統(tǒng)控制策略如圖4所示。

分布變頻供熱系統(tǒng)中變頻泵的數(shù)量雖然多了，但每個泵的電耗卻大大減小了。根據(jù)資料統(tǒng)計，分布變頻的供熱系統(tǒng)比傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)節(jié)電25%～30%左右。在無人值守?zé)崃φ局袘?yīng)用分布式變頻泵技術(shù)，運行費用大大降低，無功調(diào)節(jié)損耗大大減小。分布式變頻泵技術(shù)可以改善供熱系統(tǒng)負(fù)荷不均和負(fù)荷波動對整個熱網(wǎng)運行的影響,而且基本沒有節(jié)流能量損失。

濟(jì)南某供熱片區(qū)對熱力站進(jìn)行了分布變頻的無人值守?zé)崃φ炯夹g(shù)改造,技改效果良好,單位能耗大大降低，耗能從2.89KW·h/m2降低到1.93KW·h/m2。

2.2 采用分布式變頻泵技術(shù)優(yōu)勢

分布式變頻泵技術(shù)在無人值守?zé)崃φ緫?yīng)用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）可實現(xiàn)按用戶需求供熱。采用分布式變頻技術(shù)的供熱系統(tǒng)，在熱力站分別設(shè)置一級分布式變頻泵I，通過變頻調(diào)速泵代替電動調(diào)節(jié)閥，有效地實現(xiàn)“用泵代閥”，能夠根據(jù)天氣溫度的變化對變頻泵的頻率進(jìn)行PID智能調(diào)節(jié)，通過改變一次網(wǎng)側(cè)的供熱流量，對二次網(wǎng)側(cè)的供熱溫度進(jìn)行精確控制，有效的節(jié)約能源，減少排放。

（2）改善水力失調(diào)問題。分布式變頻泵采用了PID調(diào)節(jié)自動控制，能夠有效提高一次網(wǎng)側(cè)供水溫度，增大供回水水溫差，減少一次供回水水流量，能夠有效降低一次側(cè)水壓降，確保供熱系統(tǒng)遠(yuǎn)端自用壓頭，從而有效改善了各熱力站之間的水力失調(diào)平衡問題。

（3）供熱系統(tǒng)更加安全。在熱力站設(shè)置一級分布變頻泵I，熱源處主循環(huán)泵只承擔(dān)熱源內(nèi)部的水循環(huán)工作，對主循環(huán)泵揚(yáng)程要求相對較低，有效降低了供熱熱源處的承受壓力，提升了供熱系統(tǒng)的安全性。同時，如果熱源處發(fā)生停電時，依靠各未停電熱力站的分布變頻泵提供的動力進(jìn)行流動，確保了整個供熱循環(huán)系統(tǒng)的安全運行。

（4）在很大程度上改善了最遠(yuǎn)端用戶的供熱質(zhì)量。供熱半徑過大會使得供熱管道阻力增大、流速降低、熱水流量不足，供熱管道溫度損失相對較大，直接影響最遠(yuǎn)端回路用戶的供熱質(zhì)量。在熱力站設(shè)置分布式變頻泵，克服管道阻力，能夠有效加快流量循環(huán)，降低供熱管道熱損失，大大提高最遠(yuǎn)端最不利環(huán)路的供熱質(zhì)量。

（5）能夠自動調(diào)節(jié)水力平衡點。在熱力站內(nèi)設(shè)置分布變頻泵，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)水力平衡點，保障水力平衡點周圍的用戶的供熱質(zhì)量。

圖4 典型的分布式變頻泵供熱系統(tǒng)控制策略圖

3 結(jié)語

在無人值守?zé)崃φ局袘?yīng)用分布式變頻泵技術(shù)，實施節(jié)能措施改造，同時利用基于HMI、PLC、分布變頻以及GPRS通訊技術(shù)的自動智能型無人值守?fù)Q熱站，可以有效的解決水利失調(diào)現(xiàn)象，流量調(diào)節(jié)更加平穩(wěn)，消除”近熱遠(yuǎn)冷”；根據(jù)供熱條件精確自動調(diào)節(jié)，用戶按需供熱，提升供熱安全和效率，自行平衡水力平衡點，改善供熱質(zhì)量，節(jié)能減排，改變了不合理的小溫差大流量的傳統(tǒng)供熱運行方式。在熱力站節(jié)能改造過程中，具有實用性和推廣使用價值。

參考資料：

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[3]潘軍華,陳亮.實例淺析分布式變頻泵系統(tǒng)方案在城市集中供熱中的應(yīng)用[J].區(qū)域供熱,2014,(1):58-63,7.

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TU995

A

1671-0711（2017）06（下）-0101-03