二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

文/陳大偉 遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110006

1、傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配原則及存在的問題

傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配通常是幾臺泵并聯(lián)成一組泵，同時滿足熱源、熱網(wǎng)和熱用戶流量和揚程的需求，稱為單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)。循環(huán)水泵的選擇，主要是確定設(shè)計循環(huán)流量和設(shè)計揚程。單級循環(huán)水泵循環(huán)流量是按設(shè)計熱負(fù)荷計算確定的，揚程是按在確定流量下熱源、熱網(wǎng)和最不利用戶內(nèi)部的壓力損失之和乘以1.05～1.1倍系數(shù)。由于熱負(fù)荷在供暖期是動態(tài)變化的，供暖始末期，室外溫度較高時，熱負(fù)荷較低；供暖期，室外溫度較低時，熱負(fù)荷較高。熱負(fù)荷在最大熱負(fù)荷的27%～100%范圍內(nèi)變化，而單級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)受鍋爐限制，流量調(diào)節(jié)范圍在額定流量的70%～110%范圍內(nèi)變化，限制了系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)幅度。在采用量調(diào)節(jié)時，為了使系統(tǒng)流量在低于70%的設(shè)計流量下運行，又不影響鍋爐的正常運行，采用二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)就成為必然。

2、二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)的基本原理

二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵的流量都是設(shè)計流量，只是揚程選擇不同。熱源循環(huán)水泵只負(fù)擔(dān)熱源內(nèi)部的阻力，不必增加富裕壓頭，采用工頻流量運行。由于熱源循環(huán)水泵始終保持在鍋爐的額定流量下運行，不但提高了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，而且降低了耗電量。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵要考慮熱網(wǎng)及用戶在最大流量下的阻力，其揚程按熱網(wǎng)及熱用戶在最大流量下的阻力加富裕壓頭選定，并采用變頻流量運行。熱網(wǎng)循環(huán)水泵的臺數(shù)可根據(jù)供熱負(fù)荷的發(fā)展情況及運行調(diào)節(jié)模式而定，容量可大小匹配，以單臺泵為宜。

熱源循環(huán)水泵與熱網(wǎng)循環(huán)水泵的入口通過均壓管相連接，當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵流量大于熱源循環(huán)水泵流量時，熱網(wǎng)回水經(jīng)均壓管后，一部分流向熱源循環(huán)水泵入口，一部分流向熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口與熱源供水混合。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行流量小于熱源循環(huán)水泵運行流量時，熱網(wǎng)回水在均壓管與熱源部分供水混合后，全部流向熱源循環(huán)水泵入口。對于不同的運行工況，通過改變均壓管中的水流方向，就能自動實現(xiàn)二級循環(huán)水泵不同循環(huán)流量的協(xié)調(diào)與均衡。熱網(wǎng)循環(huán)泵安裝在供水管道上，雖然熱網(wǎng)循環(huán)泵的工作溫度較高，但鍋爐承壓相應(yīng)降低。

3、二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與自動控制

供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵由單級循環(huán)水泵改為二級循環(huán)水泵，就是為適應(yīng)熱網(wǎng)循環(huán)流量根據(jù)熱負(fù)荷不斷變化的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件，對于設(shè)備的設(shè)置和管道的連接以及控制，要適應(yīng)質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)，還可實現(xiàn)質(zhì)量并調(diào)，為節(jié)能運行打下基礎(chǔ)。

對于熱源循環(huán)水泵，根據(jù)熱負(fù)荷的需求，確定鍋爐運行臺數(shù)，隨之確定循環(huán)流量、循環(huán)水泵臺數(shù)。在鍋爐能力范圍內(nèi)，鍋爐的熱功率根據(jù)熱負(fù)荷的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵通常按照質(zhì)量并調(diào)進(jìn)行自動控制。根據(jù)實測的室外溫度，氣候補(bǔ)償器首先計算出熱網(wǎng)循環(huán)水泵的給定循環(huán)流量（在整個供暖期內(nèi)，熱網(wǎng)循環(huán)泵的運行流量在設(shè)計流量的50%～100%變化），并指令熱網(wǎng)循環(huán)泵通過變頻器改變其轉(zhuǎn)速，使循環(huán)流量達(dá)到預(yù)期值。熱網(wǎng)循環(huán)泵流量是否符合給定值，一般根據(jù)熱網(wǎng)供回水壓差的測試來判斷。氣候補(bǔ)償器在計算熱網(wǎng)循環(huán)流量給定值的同時，還計算出了熱網(wǎng)供水溫度的給定值，借以指導(dǎo)鍋爐的運行操作。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)流量小于鍋爐循環(huán)流量時，則鍋爐的入口水溫高于熱網(wǎng)的回水溫度，以此判斷工況是否正常。

為了使均壓管壓力穩(wěn)定，小型供熱系統(tǒng)均壓管管徑宜3倍于相鄰管道的管徑；對于較大規(guī)模的供熱系統(tǒng)，由于供熱管道管徑較大，在實際工程中，均壓管管徑與相鄰管道的管徑相同。通過旁通定壓，在旁通管上安裝手動平衡閥、壓力傳感器，壓力傳感器反應(yīng)均壓管的壓力，手動平衡閥可調(diào)整均壓管的壓力。一是為了讓均壓管發(fā)揮解耦作用，提高系統(tǒng)的工況穩(wěn)定性；二是使均壓管按相鄰管段同直徑設(shè)計，有利于系統(tǒng)的施工安裝。

對于間接連接系統(tǒng)一級管網(wǎng)熱力站間的水力平衡，除了通常采用的在熱力站一級側(cè)進(jìn)出口安裝電動閥進(jìn)行自控調(diào)節(jié)外，對于小型的間接連接系統(tǒng)，為降低造價，也可以在熱力站一級側(cè)的進(jìn)出口安裝限流定阻閥進(jìn)行熱力站間的水力平衡調(diào)節(jié)，其方法是根據(jù)每個熱力站的最大熱負(fù)荷和一級側(cè)供熱介質(zhì)的參數(shù)對限流定阻閥設(shè)定最大流量，然后通過簡單調(diào)節(jié)對其動閥芯予以固定，以保證阻力特性系數(shù)不變。

由于供熱系統(tǒng)各熱力站間的流量比取決于阻力特性系數(shù)比，各熱力站間的阻力特性系數(shù)一定，則流量比也一定。根據(jù)此原理，小型間接連接系統(tǒng)可以僅對熱網(wǎng)循環(huán)水泵實施自控，各熱力站間的一級側(cè)流量側(cè)根據(jù)上述原理按等比分配，以滿足二級管網(wǎng)隨著室外溫度變化對換熱量的需求。這樣可以免去二級網(wǎng)安裝電動閥和自控設(shè)備，從而降低造價。

4、工程實例

筆者參與大慶沃爾沃乘用車生產(chǎn)基地供熱工程鍋爐房工程，安裝2臺29MW和3臺14MW,并預(yù)留2臺29MW燃?xì)鉄崴仩t，總安裝容量158MW，供回水溫度為130/70℃。低溫采暖為間接連接系統(tǒng)，工藝采用直接連接系統(tǒng)。

從運行結(jié)果看，有以下優(yōu)點：由于鍋爐循環(huán)水泵選型得當(dāng)，鍋爐實現(xiàn)了按額定循環(huán)流量運行，其揚程正好克服鍋爐房阻力，沒有額外壓力損失，避免了電能浪費。熱網(wǎng)循環(huán)泵按照氣候補(bǔ)償器的控制隨著室外溫度變化實時改變流量，熱力站一級側(cè)實現(xiàn)了質(zhì)量并調(diào)，減少了熱網(wǎng)循環(huán)水泵的耗電量，也能配合用戶的主動調(diào)節(jié)。從運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，采用二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)比相近規(guī)模的單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)綜合節(jié)電15%。循環(huán)水泵由單級循環(huán)泵時的大泵分解成二級循環(huán)泵時小泵，降低了水泵噪音。由于保證了鍋爐出水溫度，改善了燃燒效果，提高了效率。

結(jié)語：

綜上所述，和單級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)相比，二級循環(huán)水泵供熱系統(tǒng)作為一種新型的供熱系統(tǒng)運行形式，通過合理的設(shè)計，可以顯著降低供熱一次管網(wǎng)的總電的安裝容量，尤其是鍋爐房內(nèi)主循環(huán)泵功率大幅度降低。