二級循環水泵供熱系統的研究及應用

文/陳大偉 遼寧省城鄉建設集團有限責任公司 遼寧沈陽 110006

1、傳統循環水泵的選配原則及存在的問題

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

2、二級循環水泵供熱系統的基本原理

二級循環水泵供熱系統中循環水泵的流量都是設計流量，只是揚程選擇不同。熱源循環水泵只負擔熱源內部的阻力，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定性，而且降低了耗電量。

熱網循環水泵要考慮熱網及用戶在最大流量下的阻力，其揚程按熱網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。熱網循環水泵的臺數可根據供熱負荷的發展情況及運行調節模式而定，容量可大小匹配，以單臺泵為宜。

熱源循環水泵與熱網循環水泵的入口通過均壓管相連接，當熱網循環水泵流量大于熱源循環水泵流量時，熱網回水經均壓管后，一部分流向熱源循環水泵入口，一部分流向熱網循環水泵入口與熱源供水混合。當熱網循環水泵運行流量小于熱源循環水泵運行流量時，熱網回水在均壓管與熱源部分供水混合后，全部流向熱源循環水泵入口。對于不同的運行工況，通過改變均壓管中的水流方向，就能自動實現二級循環水泵不同循環流量的協調與均衡。熱網循環泵安裝在供水管道上，雖然熱網循環泵的工作溫度較高，但鍋爐承壓相應降低。

3、二級循環水泵供熱系統的調節與自動控制

供熱系統循環水泵由單級循環水泵改為二級循環水泵，就是為適應熱網循環流量根據熱負荷不斷變化的需求進行調節創造條件，對于設備的設置和管道的連接以及控制，要適應質調節和量調節，還可實現質量并調，為節能運行打下基礎。

對于熱源循環水泵，根據熱負荷的需求，確定鍋爐運行臺數，隨之確定循環流量、循環水泵臺數。在鍋爐能力范圍內，鍋爐的熱功率根據熱負荷的需求進行調節。

熱網循環水泵通常按照質量并調進行自動控制。根據實測的室外溫度，氣候補償器首先計算出熱網循環水泵的給定循環流量（在整個供暖期內，熱網循環泵的運行流量在設計流量的50%～100%變化），并指令熱網循環泵通過變頻器改變其轉速，使循環流量達到預期值。熱網循環泵流量是否符合給定值，一般根據熱網供回水壓差的測試來判斷。氣候補償器在計算熱網循環流量給定值的同時，還計算出了熱網供水溫度的給定值，借以指導鍋爐的運行操作。當熱網循環流量小于鍋爐循環流量時，則鍋爐的入口水溫高于熱網的回水溫度，以此判斷工況是否正常。

為了使均壓管壓力穩定，小型供熱系統均壓管管徑宜3倍于相鄰管道的管徑；對于較大規模的供熱系統，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，壓力傳感器反應均壓管的壓力，手動平衡閥可調整均壓管的壓力。一是為了讓均壓管發揮解耦作用，提高系統的工況穩定性；二是使均壓管按相鄰管段同直徑設計，有利于系統的施工安裝。

對于間接連接系統一級管網熱力站間的水力平衡，除了通常采用的在熱力站一級側進出口安裝電動閥進行自控調節外，對于小型的間接連接系統，為降低造價，也可以在熱力站一級側的進出口安裝限流定阻閥進行熱力站間的水力平衡調節，其方法是根據每個熱力站的最大熱負荷和一級側供熱介質的參數對限流定阻閥設定最大流量，然后通過簡單調節對其動閥芯予以固定，以保證阻力特性系數不變。

由于供熱系統各熱力站間的流量比取決于阻力特性系數比，各熱力站間的阻力特性系數一定，則流量比也一定。根據此原理，小型間接連接系統可以僅對熱網循環水泵實施自控，各熱力站間的一級側流量側根據上述原理按等比分配，以滿足二級管網隨著室外溫度變化對換熱量的需求。這樣可以免去二級網安裝電動閥和自控設備，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基地供熱工程鍋爐房工程，安裝2臺29MW和3臺14MW,并預留2臺29MW燃氣熱水鍋爐，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，工藝采用直接連接系統。

從運行結果看，有以下優點：由于鍋爐循環水泵選型得當，鍋爐實現了按額定循環流量運行，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。熱網循環泵按照氣候補償器的控制隨著室外溫度變化實時改變流量，熱力站一級側實現了質量并調，減少了熱網循環水泵的耗電量，也能配合用戶的主動調節。從運行統計數據看，采用二級循環水泵供熱系統比相近規模的單級循環泵供熱系統綜合節電15%。循環水泵由單級循環泵時的大泵分解成二級循環泵時小泵，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。

結語：

綜上所述，和單級循環水泵供熱系統相比，二級循環水泵供熱系統作為一種新型的供熱系統運行形式，通過合理的設計，可以顯著降低供熱一次管網的總電的安裝容量，尤其是鍋爐房內主循環泵功率大幅度降低。