供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)

《供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵設(shè)計(jì)》

　　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題

       供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)最遠(yuǎn)、最不利用戶選擇循環(huán)水泵，并設(shè)置在熱源處，用于克服熱源、熱網(wǎng)和熱用戶系統(tǒng)阻力。這種設(shè)計(jì)思想，從根本上帶來(lái)了如下難以克服的缺點(diǎn):

　　1、在供熱系統(tǒng)的近端(靠近熱源處)熱用戶，形成了過(guò)多的資用壓頭。為了滿足近端熱用戶循環(huán)流量，必須設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，將多余的資用壓頭消耗掉，這種無(wú)謂的節(jié)流損失是循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方法本身造成的。

　　2、極易形成冷熱不均現(xiàn)象。由于近端熱用戶出現(xiàn)過(guò)多的資用壓頭，在沒(méi)有很好的調(diào)節(jié)手段的情況下，近端熱用戶流量超標(biāo)，是很難避免的;這種近端流量超標(biāo)，必然又帶來(lái)遠(yuǎn)端流量不足，形成供熱系統(tǒng)冷熱不均現(xiàn)象。

　　3、為落后的大流量運(yùn)行方式提供了平臺(tái)。在出現(xiàn)冷熱不均現(xiàn)象的同時(shí)，從水力工況的角度考慮，必然形成喇叭形的水壓圖，也就是系統(tǒng)的末端出現(xiàn)供回水壓差過(guò)小即熱用戶資用壓頭不足的現(xiàn)象。在這種情況下，為提高供熱效果，增加末端熱用戶的資用壓頭，往往采用加大循環(huán)水泵和(或)末端增設(shè)加壓泵的作法，從而使供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的超標(biāo)，進(jìn)而形成大流量小溫差運(yùn)行方式。

　　4、造成了供熱系統(tǒng)能效水平的低下。供熱系統(tǒng)能效高低，取決于二方面因素:一是無(wú)效供熱量的多少，無(wú)效供熱量包括鍋爐熱損失、外網(wǎng)熱損失和系統(tǒng)冷熱不均引起的無(wú)效熱量;二是管網(wǎng)熱媒輸送中的無(wú)效電能的數(shù)量。其中冷熱不均的無(wú)效熱量和熱媒輸送過(guò)程的無(wú)效電能都與循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)方法不合理有直接關(guān)系。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與理想設(shè)計(jì)即分布式變頻設(shè)計(jì)方法比較

　　對(duì)圖1兩種水壓圖下的循環(huán)水泵進(jìn)行功率N計(jì)算，(各管段的流量、壓降都是已知的設(shè)計(jì)值)，則公式中的NW，即為系統(tǒng)的無(wú)效電耗，其中Na、Nb分別為這二種設(shè)計(jì)方法下的循環(huán)泵電功率。從計(jì)算過(guò)程可以了解到:NW=Nb-Na。雖然各外網(wǎng)管段的壓降與傳統(tǒng)方案對(duì)應(yīng)管段的壓降相等，但這二個(gè)方案提供的功率卻是不同的。

　　設(shè)計(jì)模型

       為方便起見，將供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為10熱用戶(或10個(gè)熱力站)，供回水設(shè)計(jì)溫度85 /70℃，各熱用戶設(shè)計(jì)流量均為30t/h，熱用戶資用壓頭lOmH2o，供回水管道總長(zhǎng)度7692. 3m，設(shè)計(jì)比摩阻60Pa / m，局部阻力系數(shù)為30%。各熱用戶之間的外網(wǎng)供、回水干管長(zhǎng)度各為384. 62m。熱源所在管段的壓力損失為lOmH2O，水泵效率按70%選取。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，循環(huán)水泵揚(yáng)程為80mH20循環(huán)流量為300t /h 。理論功率為93.4KW。

　　各方案節(jié)電比較

　　注:方案0，為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，即在熱源處設(shè)置單泵主循環(huán)泵。

　　結(jié)論：

　　1，與傳統(tǒng)方案(方案0)相比，方案1、2、3、4的循環(huán)水泵總功率皆由93.43KW下降為61.90 KW ，節(jié)電31.53 KW,即節(jié)電33.75%。對(duì)比水壓圖，可以明顯看出，方案1、2、3、4無(wú)論熱源泵、熱網(wǎng)泵和熱用戶泵，所提供的電功率全部在各自的行程內(nèi)有效地被消耗掉，而沒(méi)有無(wú)效電耗。亦即，方案1、 2、3、4單從節(jié)電的角度考慮，都是優(yōu)選方案。

　　2.觀察方案1、2、3可以發(fā)現(xiàn)，只要不是每個(gè)干管都加裝加壓泵，而只是在熱網(wǎng)干線上設(shè)置有限數(shù)量的加壓泵，必然產(chǎn)生無(wú)效電耗。在實(shí)際工程中、要在熱網(wǎng)供回水每個(gè)干管上都裝加壓泵，是很不現(xiàn)實(shí)的，不但從初投資考慮不經(jīng)濟(jì)，而且運(yùn)行管理也很不方便。

　　3.從整體考慮，方案4、5是**方案，該方案的特點(diǎn)是取消獨(dú)立的熱網(wǎng)循環(huán)泵，熱源循環(huán)泵只承擔(dān)熱源內(nèi)部的水循

　　環(huán)，熱用戶循環(huán)泵既承擔(dān)熱網(wǎng)循環(huán)泵的熱媒輸送功能，又承擔(dān)在熱用戶建立必要的資用壓頭的功能。在熱用戶(含熱力站、熱用戶入口)設(shè)置熱用戶循環(huán)水泵，不但有節(jié)電的優(yōu)越性，而且也比較經(jīng)濟(jì)，其初投資遠(yuǎn)比每個(gè)供回水干線上加裝加壓泵要少的多。

　　方案4，**的特點(diǎn)是熱用戶循環(huán)泵承擔(dān)了供熱系統(tǒng)熱媒的輸送功能。該方案與傳統(tǒng)方案比較，傳統(tǒng)方案是將熱媒在管道中“推著走”，**方案則是在管道中讓熱媒“抽著走”;反映在水壓圖上，**的區(qū)別是，傳統(tǒng)方案供水壓力(供水壓線)大于回水壓力(回水壓線); 方案4則是回水壓力(回水壓線)大于供水壓力(供水壓線)。

　　4.當(dāng)直連供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模較大時(shí)，在提高一次網(wǎng)供水溫度同時(shí)，把方案4中的熱用戶循環(huán)水泵改為加壓混水泵，既起加壓泵的作用，又起混水作用，即方案5，其節(jié)電效果更好。這主要是因?yàn)樵谔岣吖┧疁囟鹊耐瑫r(shí)，加大了一次網(wǎng)供、回水溫差，進(jìn)而降低了一次網(wǎng)循環(huán)流量，由于循環(huán)流量與電功率是三次方關(guān)系，所以節(jié)電效果更明顯。方案5的系統(tǒng)一次網(wǎng)供水溫度為95℃，回水溫度70℃ ，二次網(wǎng)供水溫度85 ℃ ，回水溫度70 ℃，其混水比u=2/3(即一次網(wǎng)流量18t/h，二次網(wǎng)混水量12t/h，熱用戶循環(huán)水量仍保持30t/h)。

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)過(guò)上述分析，方案4和方案5為**設(shè)計(jì)方案。在供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)與運(yùn)行的討論中，都以方案4和5的系統(tǒng)形式為基礎(chǔ)進(jìn)行。

　　1.循環(huán)泵的選擇

　　循環(huán)水泵的選擇，主要是確定設(shè)計(jì)揚(yáng)程和設(shè)計(jì)循環(huán)流量。對(duì)于熱源循環(huán)泵，其設(shè)計(jì)揚(yáng)程即熱源內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的總壓力損失，包括鍋爐、配套設(shè)備以及管路的壓力損失之和。設(shè)計(jì)流量即為供熱系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)流量，取決于供熱系統(tǒng)的總熱負(fù)荷和供回水設(shè)計(jì)溫度的取值。

　　各熱用戶循環(huán)水泵設(shè)計(jì)流量，不論是加壓泵還是混水加壓泵，都按各熱用戶的設(shè)計(jì)流量選取。當(dāng)一次網(wǎng)供回水設(shè)計(jì)溫度與二次網(wǎng)供、回水設(shè)計(jì)溫度不一致時(shí)，選用二次網(wǎng)供、回水設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行計(jì)算。各熱用戶循環(huán)水泵揚(yáng)程的確定，要在整個(gè)供熱系統(tǒng)水力計(jì)算(計(jì)算方法全同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。具體步驟是:先確定各熱用戶的循環(huán)環(huán)路，如熱用戶l由管路1、11、21組成;熱用戶10則由管路10、11～20和21 ～ 30組成。分別計(jì)算各熱用戶所有組成管段的壓力損失之和，其值即為該熱用戶循環(huán)水泵的揚(yáng)程。

　　2、**匯交點(diǎn)的確定

　　在供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的研究中，有人提出供熱系統(tǒng)水壓圖**匯交點(diǎn)的確定問(wèn)題。當(dāng)熱源循環(huán)泵和部分熱用戶循環(huán)泵都各兼有熱網(wǎng)循環(huán)泵的功能時(shí)，即供熱系統(tǒng)靠近熱源端的熱用戶熱媒由熱源循環(huán)泵“推送”，而遠(yuǎn)離熱源端的熱用戶熱媒由熱用戶循環(huán)泵“抽送”，此時(shí)，系統(tǒng)水壓圖如圖所示。在水壓圖匯交點(diǎn)左側(cè)，即靠近熱源端的水壓圖，供水壓力大于回水壓力，在水壓圖的右側(cè)，即熱源的遠(yuǎn)端水壓圖，回水壓力大于供水壓力，在水壓圖匯交點(diǎn)處，供水壓力和回水壓力相等。從圖可以發(fā)現(xiàn):確定水壓圖匯交點(diǎn)的位置，本質(zhì)上是確定“推送”;”“抽送”，的“勢(shì)力范圍”。

　　從**方案4和5的闡述過(guò)程，已經(jīng)清楚地了解到其熱源循環(huán)泵只承擔(dān)熱源內(nèi)部的熱媒循環(huán)，不再擔(dān)任任何熱網(wǎng)循環(huán)泵的熱媒輸送功能，因此水壓圖**匯交點(diǎn)的位置是在熱源出口處。

　　3.沿途加壓泵的設(shè)置

       當(dāng)供熱系統(tǒng)供熱規(guī)模過(guò)大，供熱半徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，**方案4和5的供水壓力可能過(guò)低，回水壓力可能過(guò)高，此時(shí)在供熱干線上有必要適當(dāng)設(shè)置沿途加壓泵，以改善系統(tǒng)的壓力工況。其設(shè)計(jì)方法全同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　4、調(diào)節(jié)閥的取舍

       在分布式變頻循環(huán)水泵的**方案中，由于基本上消除了無(wú)效電耗，沒(méi)有多余的資用壓頭需要節(jié)流，其**的特點(diǎn)是幾乎很少選用流量調(diào)節(jié)閥。如果采用變流量調(diào)節(jié)，通常選用變頻裝置，依靠改變熱用戶循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)從而可以免裝大量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，不但節(jié)電，而且節(jié)約投資。在方案4,5的**方案中，為了提高熱用戶各室溫的可調(diào)性，在每個(gè)散熱器上必須安裝的流量調(diào)節(jié)設(shè)備是恒溫閥，除此之外，為了保證恒溫閥的工作壓差，可根據(jù)室內(nèi)供暖系統(tǒng)的具體情況，在建筑物熱入口可適當(dāng)安裝少量的手動(dòng)平衡閥或自力式平衡閥亦或壓差調(diào)節(jié)閥，借以節(jié)流10m水柱中的多余資用壓頭。在方案5中，混水加壓泵不能調(diào)節(jié)混合比，因此，在均壓管的上游管段上應(yīng)安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，借以調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的進(jìn)水量，從而改變混合比，實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)供水溫度的要求。

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