區域供熱系統優化節電技術應用

于洋 程志慶 盛亮（大慶油田礦區服務事業部外圍物業管理公司）

區域供熱系統優化節電技術應用

于洋 程志慶 盛亮（大慶油田礦區服務事業部外圍物業管理公司）

傳統的供熱系統熱源泵必須按滿足最不利用戶的資用壓頭設計，靠閥門調節各熱力站的水力平衡，閥門的截流損失浪費了大量電能，各熱力站水力工況相互耦合，水力平衡調節難度很大。而分布式變頻二級泵技術的供熱系統，實質性地把傳統的供熱系統改變成了一種柔性的供熱系統。大慶油田礦區服務事業部外圍物業管理公司慶新區域供熱系統改造方案，驗證了分布式變頻二級泵技術的節電效果，系統改造后總功率降低45.88%，年節約電能 40%以上。

供熱系統 分布式變頻 二級泵 節電

多年來，傳統的區域供熱系統總體結構一直沒有根本性的變化。系統設計之初，熱源的循環泵必須保證供熱系統中最不利環路具有足夠的資用壓頭，各熱力站的閥門截流浪費了大量的電能，熱能輸配的效率較低。近年來，國內提出了分布式變頻泵和二級泵等新的供熱理念，尤其是將兩種技術結合提出的分布式變頻二級泵技術，為從根本上解決熱能輸送效率低的問題提供了新的、革命性的思路。為了驗證該技術的實用性和效果，2009年，外圍物業管理公司在慶新供熱處開展了分布式變頻二級泵技術的研究和應用，通過一個采暖季的運行觀察，節電效果比較明顯。

1 供熱系統改造前狀況分析

1.1原生產運行狀況

慶 新 燃 煤 鍋 爐 設 計 運 行 參 數 為 115/70 ℃ ，1.0MPa， 鍋 爐 房 的 水 處 理 間 設 3 臺 1014t/h 流 量 、66m揚程、280kW 循環泵，整個采暖期采用兩開一備的運行方式，鍋爐房（一級網）最大循環水量為 1665t/h。

如圖1所示，每臺鍋爐在額定流量下運行，一級網實際流量大于3臺鍋爐的額定流量之和，多出的水經旁通管參與循環。二級管網供回水溫度設計運行參 數為 95/70 ℃。 一、二級管網的失水 統一 在燃煤鍋爐房得到補充，由補水泵將除氧后的軟化水補入回水系統，保證系統回水壓力控制在0.15～0.2MPa。

圖1 鍋爐房系統

如圖2所示，每座熱力站二級網回水總管上安裝混水循環泵，均采用直供混水換熱方式。

圖2 熱力站系統

1.2系統存在的弊端

系統一級網主循環泵設置在熱源，泵的參數設計必須滿足熱網中最不利用戶的資用壓頭，各熱力站平衡調節采用閥門調節方式，超過 30%～50%以上的資用壓頭消耗在調節閥上，造成熱量輸配效率低下。

為滿足一級網的運行流量，要求熱源運行流量與其相適應，2臺280kW 循環泵在整個采暖期始終運行，造成了電能浪費。

2 分布式變頻二級泵供熱技術

把傳統供熱系統中包含熱源和一次網的集中大循環水泵分解,熱源供回水總管上安裝均壓管，形成熱源和熱網都具有各自獨立的水動力循環系統（圖3）。

圖3 分布式變頻二級泵供熱技術原理

2.1技術特點

1）分 布 變頻泵 技 術方案 通 過在 各 熱力站 安 裝小循環泵的運行方式取代傳統的統一大循環泵的運行方式，這有效地解決了各熱力站富裕資用壓力造成大量電能浪費的問題，降低了供熱成本。

2）二 級 泵技術 方 案在以 混 水方 式 實現了 熱 源向熱網傳遞熱量的同時解決了熱源運行流量長期受困于熱網運行流量的難題，從而很好地解決了在供熱運行中熱網流量超出鍋爐額定流量引起電能浪費的問題。

3）應 用 分布變 頻 二級泵 技 術的 供 熱系統 實 質性地把傳統的供熱系統改變成了一種柔性的供熱系統。系統允許熱網可以根據平衡需要，變頻調節各熱力站的循環泵，節約了電能。

2.2節電原理

如圖4所示，a是根據傳統供熱系統最不利用戶資用壓頭選擇循環水泵，b是分布式變頻系統配置。

圖4 分布式變頻二級泵供熱技術原理

由圖4可見，配置傳統循環水泵供熱系統需要在確定了供熱系統的水壓圖基礎上，通過確定一次網最 大 循 環 水 量 Qmax和 滿足 最 不 利 環 路 壓 力 要 求 的系統 揚 程 Hmax后 確定。

傳統循環水泵的功率 N1為

而對于由各熱力站一次網循環水泵組成循環水系統的分布變頻供熱系統，其循環水量由各熱力站流量求和確定：

由各個熱力站小循環泵確定的供熱水系統總功率 N2可 由 式 （3）確 定 ：

因此，可以得到不等式（4）

式 （4）表明 了 分布變 頻 供 熱系統 降 低了把 熱能傳輸到各熱力站的電能消耗的工作原理。顯然，其節電的本質是解決了集中熱源循環泵方案根據最不利環路壓力要求的設計帶給其余所有熱力站過大的資用壓頭問題（這些過大的資用壓頭幾乎全部需要安裝在各熱力站的閥門消耗）。

3 供熱系統優化方案

慶新燃煤鍋爐房循環泵改造方案如圖5所示。

在熱源供回水總管上安裝均壓管，每臺鍋爐配1 臺 45kW 循環泵。

慶新燃煤鍋爐房熱網分布變頻供熱技術改造方案如圖6所示。

熱力站一級網回水安裝1臺變頻循環泵，二級網供水安裝1臺變頻循環泵。

圖5 熱源供熱系統方案

圖6 改造后熱力站系統

4 節電效果

如表1所示，系統改造前，循環泵運行總功率為 995kW， 系 統 改 造 后 ， 循 環 泵 運 行 總 功 率 為538.5kW， 總 功 率 降 低 45.88% ， 年 節 約 電 能 40%以上。

表1

5 結語

分布式變頻二級泵工藝方案是對供熱系統水循環動力重新優化分配的節能技術，是供熱系統結構上的改造，是對傳統供熱理念的變革。分布式變頻二級泵技術節電效果顯著，該技術必將成為區域供熱技術的發展方向。

[1]錢錫俊,陳弘.泵和壓縮機[M].2版.東營:中國石油大學出版社,2007:24.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.012.005

2013-07-23）

于洋，高級工程師，1994年畢業于吉林工業大學，從 事 物 業 、 供 熱 等 方 面 的 技 術 管 理 工 作 ，E-mail： yuyang010@cnpc. com.cn，地址：黑龍江省大慶油田礦區服務事業部外圍物業管理公司技術服務中心，163453。