熱耦合與分布式變頻二級(jí)泵技術(shù)在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙鳳海（大慶方興油田開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司）

熱耦合與分布式變頻二級(jí)泵技術(shù)在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙鳳海（大慶方興油田開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司）

為了改變供暖系統(tǒng)大流量小溫差的強(qiáng)制循環(huán)模式，大慶某單位管理處采用了熱耦合與分布式變頻二級(jí)泵技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，不同之處在于將供熱系統(tǒng)中的集中大循環(huán)水泵分解，由原來(lái)相互關(guān)聯(lián)的水動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)變成獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，有效的解決了水力平衡問(wèn)題。熱耦合均壓管處通過(guò)2套水動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行完成熱源對(duì)熱網(wǎng)的熱能傳輸過(guò)程，每個(gè)分支系統(tǒng)為了達(dá)到供熱的目的，按照需求從系統(tǒng)中抽取流量。從而使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效安全穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，采取措施后可以明顯節(jié)約能源。

分布式變頻二級(jí)泵；熱耦合；按需供熱

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.005

我國(guó)能源問(wèn)題日益突出，建筑能耗占全體社會(huì)能耗的比重越來(lái)越大，其中供暖能耗是建筑能耗中的主要部分，也是浪費(fèi)最嚴(yán)重的部分，供熱系統(tǒng)的綜合效率為35%～55%。對(duì)大慶某單位分散供熱方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造試驗(yàn)，通過(guò)改造前后對(duì)比分析，為今后供熱系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造提供參考依據(jù)。

1 采暖系統(tǒng)概況

大慶某單位原采暖系統(tǒng)包括燃煤鍋爐房1座，燃?xì)忮仩t房1座，熱力站6座（其中調(diào)峰鍋爐房1座），3臺(tái)燃煤鍋爐和4臺(tái)燃?xì)忮仩t，供暖服務(wù)面積42×104m2。熱力系統(tǒng)循環(huán)泵的裝機(jī)容量為1005 kW。

現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐房3臺(tái)并聯(lián)在一起的循環(huán)泵組成的一組泵和熱力站的循環(huán)泵，出水壓力維持在0.7MPa，具有流量大溫差小的特點(diǎn)。

工藝流程采用串連回路，由一次熱網(wǎng)（鍋爐房）與二級(jí)熱網(wǎng)（熱力站）的循環(huán)泵組成，在對(duì)供熱進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，由于一、二級(jí)管網(wǎng)互相影響，使熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)很難達(dá)到要求。各分支管之間的水力平衡效果不好。在采暖期鍋爐房如果停電，主循環(huán)泵停止運(yùn)行，鍋爐水循環(huán)不能維持，鍋爐運(yùn)行存在安全隱患（圖1）。

圖1 設(shè)備改造前熱網(wǎng)流程

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

為解決原采暖系統(tǒng)的問(wèn)題，對(duì)原采暖系統(tǒng)進(jìn)行改造，在熱源鍋爐房增設(shè)“熱耦合均壓管”，對(duì)熱源循環(huán)泵參數(shù)及布置方式進(jìn)行調(diào)整，增設(shè)熱力站一次網(wǎng)循環(huán)泵，采用熱源的二級(jí)泵系統(tǒng)方案和熱力站的分布變頻泵系統(tǒng)方案，可以有效地滿(mǎn)足熱源和熱網(wǎng)的需要，改造后，熱力系統(tǒng)循環(huán)泵總裝機(jī)容量為675 kW。熱源和熱網(wǎng)可以調(diào)整其運(yùn)行流量，以滿(mǎn)足實(shí)際需要，二者之間實(shí)現(xiàn)了熱量傳遞功能要求，改變了它們流量強(qiáng)耦合關(guān)系[1-2]。解決了原供暖系統(tǒng)由于一、二級(jí)管網(wǎng)互相影響，使熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)很難達(dá)到要求這一問(wèn)題。設(shè)備改造后熱網(wǎng)流程見(jiàn)圖2。

通過(guò)熱網(wǎng)改造，熱源循環(huán)水的運(yùn)行動(dòng)力依據(jù)鍋爐運(yùn)行情況、熱源內(nèi)部管網(wǎng)的循環(huán)水阻力運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)1臺(tái)泵方案。當(dāng)鍋爐停止工作時(shí)，其對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵也相應(yīng)停止工作。

圖2 改造后熱網(wǎng)流程

二級(jí)泵系統(tǒng)是在鍋爐房設(shè)置一次主循環(huán)泵，根據(jù)鍋爐房?jī)?nèi)阻力計(jì)算揚(yáng)程；一次網(wǎng)回水泵設(shè)置在換熱站內(nèi)[3]。為了滿(mǎn)足一次網(wǎng)回水泵可以達(dá)到按照需求從系統(tǒng)中取熱量的目的，PLC變頻控制柜在換熱站內(nèi)得到應(yīng)用。各換熱站之間的水力平衡問(wèn)題通過(guò)自動(dòng)控制等措施的采用能夠有效解決[4]。

變頻控制應(yīng)用在各換熱站的二級(jí)循環(huán)水泵。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如供熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，變頻水泵改變供水流量，起到了節(jié)約熱能的作用，同時(shí)也節(jié)約電能，有效解決傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)很難達(dá)到要求的問(wèn)題[5]。另外，工頻狀況下啟動(dòng)電流較高，應(yīng)用變頻改造后，可實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動(dòng)，水泵啟動(dòng)電流較低，防止燒壞設(shè)備，延長(zhǎng)水泵使用壽命[6]。

2.2 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

大慶某單位2009—2010年采用原采暖系統(tǒng)，2010—2011年采用改造后的采暖系統(tǒng)，為了檢驗(yàn)改造后的采暖系統(tǒng)節(jié)能效果，對(duì)改造前后2個(gè)采暖期相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

2009—2010年、2010—2011年，供暖期均為192天。采暖期供暖面積分別為42.517×104m2、42.774×104m2，項(xiàng)目實(shí)施前后采暖期室外平均氣溫分別為-10.4、-10.1℃；采暖室外計(jì)算溫度分別為-25.8、-26.1℃，采暖期室內(nèi)平均溫度均為20℃。采暖系統(tǒng)改造前后供熱能源消費(fèi)綜合情況見(jiàn)表1。

表1 采暖系統(tǒng)改造前后供熱能源消費(fèi)綜合情況表

采暖全年耗熱量如下式計(jì)算：

式中：Qah——采暖全年耗熱量，GJ/a；

N——采暖期天數(shù)，d；

Qh——采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW；

ti、ta、to.h——分別為采暖室內(nèi)、平均室外、采暖室外計(jì)算溫度，℃。

式中：qh——采暖熱指標(biāo)，W/m2；

A——采暖建筑物的建筑面積，m2。根據(jù)采暖熱指標(biāo)推薦值，qh選取50W/m2。經(jīng)計(jì)算得出每年可節(jié)約2 781.83 t（標(biāo)煤），節(jié)能效果明顯。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)改造后的采暖系統(tǒng)進(jìn)行研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果測(cè)試，可以得出以下結(jié)論：

1）分布式變頻二級(jí)泵技術(shù)的應(yīng)用把傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中熱源和一次網(wǎng)的集中大循環(huán)水泵分解，形成具有各自獨(dú)立的水動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的熱源和熱網(wǎng)。鍋爐房一旦停電，雖然主循環(huán)泵停止運(yùn)行，只要更換熱站的二級(jí)泵，鍋爐水循環(huán)仍能維持，大大提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。由于采用變頻控制，各分支管之間的水力平衡也得到了很好的解決。

2）熱耦合均壓管通過(guò)2套水動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行由熱源向熱網(wǎng)傳輸熱能。每個(gè)分支系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際供熱情況從系統(tǒng)中抽取流量，滿(mǎn)足各分支的供熱目的，減少了離熱源近的換熱站多余的壓頭消耗，有效地降低供熱一次系統(tǒng)耗電量。

3）熱耦合與分布式變頻二級(jí)泵技術(shù)的應(yīng)用減輕了工人工作量，大大降低了供暖成本，而且系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。

[1]魯微偉.淺談?dòng)吞锕嵯到y(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（7）：25.

[2]劉克讓.供熱系統(tǒng)合同能源管理項(xiàng)目中的節(jié)能量測(cè)量方法探討[J].石油石化節(jié)能，2015（5）：20.

[3]石兆玉，王紅霞，李德英.分布式變頻供熱輸配系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].區(qū)域供熱，2005（1）：31-38.

[4]張兆俠.供熱系統(tǒng)水力平衡技術(shù)措施在工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷，2009（6）：62-65.

[5]張昌勝.供暖系統(tǒng)工藝改造項(xiàng)目節(jié)能效果分析[J].石油石化節(jié)能，2012（9）：20.

[6]方旭，何岳，趙武.分布變頻泵、二級(jí)泵、分解泵技術(shù)在大慶慶新供熱中的綜合應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2013（4）：15.

2016-03-29

（編輯 賈洪來(lái)）

大慶煉化球罐

趙鳳海，工程師，1990年畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)（內(nèi)燃機(jī)專(zhuān)業(yè)），從事油田生產(chǎn)保障工作，E-mail：fxzhaofenghai@cnpc.com. cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)求實(shí)東路123號(hào)大慶方興油田開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，163458。