分布式變頻泵系統(tǒng)實例淺析

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

分布式變頻泵系統(tǒng)實例淺析

  【摘 要】隨著集中供熱負荷的不斷增長，某市集中供熱網(wǎng)已規(guī)劃接入新的熱源。該新熱源與原有兩個熱電廠的熱源均位于該市城西7km外的1km地域范圍內(nèi)，為供熱管網(wǎng)的調(diào)整帶來了較大困難。由于再敷設(shè)新的管道條件苛刻，只能利用原有兩條主管道的輸送余力，同時在管道壓差不滿足要求的地方設(shè)置加壓措施。文中對兩種方案進行了分析比較，一為在管網(wǎng)支干線增加管網(wǎng)回水加壓泵房的方法，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的各熱力站內(nèi)增加回水加壓泵的方法，即為采用分布式變頻泵系統(tǒng)的方法。采用分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案，較之采用管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，既節(jié)省了初投資和運行費，同時適應熱負荷變化能力也較強。
  【關(guān)鍵詞】供熱 管網(wǎng) 分布式變頻泵
  1.概述
  某市集中供熱管網(wǎng)目前總供熱面積接近1000萬平米，熱源為兩個熱電廠。隨著城市的不斷發(fā)展，兩個熱源的供熱能力已經(jīng)難以滿足集中供熱負荷的需求，目前已規(guī)劃在兩個熱源附近建新的熱電廠，利用該熱電廠發(fā)電后的抽汽供熱。預計該熱電廠供熱能力將達到300萬平米，并計劃于2006年接入200萬平米，可解決該部分區(qū)域現(xiàn)有供熱系統(tǒng)效率低、污染嚴重的現(xiàn)狀，獲取較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
  為適應城市新增供熱負荷的需要，該市集中供熱網(wǎng)也須做出相應的調(diào)整。三個熱源均位于該市城西，三個熱源相互間距離很近，但距離城區(qū)較遠，約為7km。管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：
  在2005年采暖季時，其中一個熱源通過DN1000的主管道供應城東城南區(qū)域，另一個熱源則通過DN800的主管道供應城西城北區(qū)域，在兩個熱源水泵基本滿出力的運轉(zhuǎn)條件下，管網(wǎng)最不利端熱力站的資用壓頭剛剛能滿足要求。
  由于已建的DN1000管道和DN800管道已經(jīng)占據(jù)從電廠至城區(qū)的兩條道路的路由，再敷設(shè)一條新管道從電廠進市已相當困難，而且投資也很高，故只考慮利用已敷設(shè)的兩條供熱管道把熱量輸送進市區(qū)的方案，在管道壓差不滿足要求的地方設(shè)置加壓措施。如圖中資用壓頭分界線所示，約有一半的熱力站資用壓頭將不能滿足要求。
  為解決管網(wǎng)輸送問題，文中討論了兩種解決方案，一為在管網(wǎng)支干線上增加管網(wǎng)回水加壓泵房的方法，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的熱力站內(nèi)增加回水加壓泵的方法，即為分布式變頻泵系統(tǒng)的方法［1］，文中對這兩種方案進行了分析比較［2］。
  2.管網(wǎng)回水加壓泵方案淺析
  2.1. 管網(wǎng)回水加壓泵
  為解決管網(wǎng)輸送問題，方案之一為在回水支干線上增設(shè)回水加壓泵房。經(jīng)水力計算發(fā)現(xiàn)，有三條主干線上需增加管網(wǎng)回水加壓泵，如圖2所示：
  圖中所示各熱力站節(jié)點對應的數(shù)據(jù)為該熱力站的資用壓頭，圖中還給出了三個回水加壓泵所在位置及設(shè)計工況下的所需提供的最小揚程和最小流量，在進行設(shè)備選型時，還需考慮一定的安全系數(shù)。
  根據(jù)計算結(jié)果，可繪制出水壓圖如圖3所示［3］［4］：
  2.2. 方案淺析
  采用管網(wǎng)回水加壓泵房的方案有如下幾個特點：
  首先，回水加壓泵房的方案，系統(tǒng)無用功消耗大，運行費用高。回水加壓泵的運行，需能滿足系統(tǒng)中最不利用戶的要求，但其他換熱站仍需采用閥門調(diào)節(jié)來消耗剩余的資用壓頭。在設(shè)計工況下，三個回水加壓泵泵房所需要提供的最小功率約為550kW，而這部分功率僅在閥門上消耗即超過50％，有效功率不到50％，節(jié)流損失是很大的。而在部分負荷時，由于各用戶負荷變化的不一致性，節(jié)流損失的比例又會遠遠大于設(shè)計工況下的節(jié)流損失。三臺回水加壓泵全年功耗將超過120萬度電，而在閥門上的消耗就將近70萬度電，無用功消耗是驚人的。
  其次，回水加壓泵房的方案，適應熱負荷變化的能力較差?；厮訅罕梅康姆桨甘窃诰唧w的熱負荷分布情況、城市管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)等諸多已知條件下，經(jīng)水力計算并考慮一定安全系數(shù)后形成的。但城市熱負荷的發(fā)展是逐步形成的，在負荷發(fā)展初期，遠端熱力站未能達到設(shè)計負荷時，系統(tǒng)往往會因為幾個供熱不能達標的熱力站而開啟管網(wǎng)回水加壓泵，其工作揚程、流量均會偏離設(shè)計工況，水泵很可能工作在低效區(qū)域，使得無用功消耗比例增大。而在負荷充分發(fā)展后，熱負荷的分布與設(shè)計時的預想往往會產(chǎn)生偏差，也有可能會出現(xiàn)回水加壓泵運行效率低的情況。
  第三，回水加壓泵房的方案，初投資較大且可移動能力較差?；厮訅罕帽梅康慕ㄔO(shè)較為復雜，需考慮占地、土建、電增容、水增容等諸多因素，初投資較大。而且，正如前所述，回水加壓泵房的方案是在具體的熱負荷分布情況、城市管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)等諸多已知條件下，經(jīng)水力計算并考慮一定安全系數(shù)后形成的，設(shè)想在回水加壓泵泵房建設(shè)完成后，熱負荷的分布與設(shè)計時的預想產(chǎn)生嚴重偏差，或者出現(xiàn)集中供熱網(wǎng)引入其它熱源導致水力工況發(fā)生巨大變化時，由于回水加壓泵房的位置的移動、調(diào)整較為困難，已建成的泵房就將面臨報廢的風險。
  3.分布式變頻泵系統(tǒng)方案淺析
  3.1. 分布式變頻泵系統(tǒng)
  為解決管網(wǎng)輸送問題，方案之二為在資用壓頭不足的熱力站增加站內(nèi)回水加壓泵，即構(gòu)建分布式變頻泵系統(tǒng)的方案。
  經(jīng)水力計算后［5］，管網(wǎng)資用壓頭分布如圖4所示：
  如圖中所示為各熱力站節(jié)點對應的數(shù)據(jù)為該熱力站的資用壓頭，圖中還給出了設(shè)計工況下各站回水加壓泵的揚程分布情況。根據(jù)計算結(jié)果，可繪制出水壓圖如圖5所示：
  在進行設(shè)備選型時，泵流量即為該熱力站的設(shè)計流量、揚程即為該熱力站資用壓頭不足之值，并考慮一定的安全系數(shù)后形成。如圖6所示給出了各站回水加壓泵的電機容量的分布曲線。
  從圖中可知，由于有些站供熱負荷較小使得回水加壓泵工作流量小、有些站靠近熱源使得回水加壓泵的揚程較小，這樣大部分熱力站站內(nèi)回水加壓泵總功率在10kW以內(nèi)，而最大的回水加壓泵總功率也未超過30kW，一方面泵體較小，站內(nèi)安裝改造方便，另一方面大部分熱力站無須因增加了回水加壓泵發(fā)生電路改造等電增容的工作量，同時這為泵的可移動性也帶來了較多的便利條件。
  3.2. 方案淺析
  較之在管網(wǎng)上增加回水加壓泵房的第一方案，采用分布式變頻泵的方案的實際上是將回水加壓泵化整為零，只在供回水差壓不足的熱力站的站內(nèi)回水管上增設(shè)變頻加壓泵。本方案如下幾個特點：
  首先，分布式變頻泵的方案，系統(tǒng)無用功消耗小，運行費用低。各站回水加壓泵的運行，只需滿足本站運行的資用壓頭即可。在設(shè)計工況下，各站回水加壓泵所需要提供的最小功率約為200kW，而有效功率達到100％。在部分負荷時，由于各用戶負荷變化的不一致性，仍可調(diào)節(jié)本站回水加壓泵的轉(zhuǎn)速以滿足網(wǎng)絡運行需求即可，基本無閥門的節(jié)流損失。經(jīng)計算可知，約50個熱力站的回水加壓泵全年功耗約為50萬度電。相對于管網(wǎng)回水加壓泵房的方案節(jié)能在50％以上。
  其次，分布式變頻泵的方案，回水加壓泵功率小、揚程低，移動動力強，適應熱負荷變化的能力也強。在城市熱負荷的發(fā)展初期，遠端熱力站未能達到設(shè)計負荷時，可在遠端幾個不能滿足要求的熱力站增加幾個揚程較小的回水加壓泵即可。而在負荷充分發(fā)展后，熱負荷的分布與設(shè)計時的預想往往會產(chǎn)生偏差時，在將揚程小的回水加壓泵移動到離熱源較近的熱力站，而在遠端用戶增加揚程較高的回水加壓泵。如在匹配水泵時充分考慮系統(tǒng)的運行工況變化，保持各水泵在調(diào)節(jié)過程中能在高效率點工作，其節(jié)能效益是不言而喻的。
  4.結(jié)論和建議
  隨著集中供熱負荷的增長，某市集中供熱網(wǎng)即將在網(wǎng)絡末端出現(xiàn)熱力站資用壓頭不足的情況，為解決此問題本文針對兩種方案進行了討論，一為在管網(wǎng)支干線增加管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的地方增加熱力站回水加壓泵的方法，即為分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案。采用分布式變頻泵系統(tǒng)有如下好處：
  1）降低系統(tǒng)投資和運行費用
  采用回水加壓泵房的方案閥門節(jié)流損失大，運行能耗高。該方案回水加壓泵房的全年耗電將超過120萬度電，而在閥門上的消耗將超過70萬度電。若采用分布式變頻泵的方案，可將各站回水加壓泵全年總耗電降低到約50萬度電。
  2）適應管網(wǎng)熱負荷的變化能力強
  分布式變頻泵的方案，由于站回水加壓泵功率小、揚程低，移動動力強，適應管網(wǎng)熱負荷變化的能力也強。但若采用回水加壓泵房的方案，由于回水加壓泵泵房的建設(shè)較為復雜，初投資較大且移動能力較差。若在回水加壓泵泵房建設(shè)完成后，熱負荷的分布與設(shè)計時的預想產(chǎn)生嚴重偏差或者集中供熱網(wǎng)引入新的熱源導致水力工況發(fā)生巨大變化時，由于回水加壓泵房的位置不可能相應移動、調(diào)整，已建成的泵房將面臨報廢的風險。
  經(jīng)分析可知，采用分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案較之管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，即可降低設(shè)備初投資和管網(wǎng)運行費用，同時適應熱負荷變化能力更強，綜合考慮以上因素，采用分布式變頻泵的解決方案較優(yōu)。

參考文獻

［1］秦緒忠.區(qū)域供熱供冷輸配系統(tǒng)動力學特性研究［D］. 北京：清華大學，2000年
［2］秦冰.集中供熱系統(tǒng)熱動態(tài)特性研究［D］. 北京：清華大學，2004年
［3］賀平、孫剛.供熱工程［M］. 中國建筑工業(yè)出版社，1993年
［4］E.Я.索柯洛夫.熱化與熱力網(wǎng)［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，1988年
［5］秦緒忠、江億.集中供熱系統(tǒng)的可及性分析。暖通空調(diào)，2000年