分布式變頻泵系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：分布式變頻泵系統(tǒng)作為一種新型的循環(huán)泵多點布置形式，與傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)循環(huán)泵單點布置相比，具有節(jié)約電能、運行成本低的特點。本文對此進行了詳細介紹，并針對該系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用中應(yīng)注意的若干問題提出解決辦法，以期拋磚引玉，共同完善。

關(guān)鍵詞：分布 變頻 泵 設(shè)計 應(yīng)用 　　

一、分布式變頻泵系統(tǒng)的原理

　　在傳統(tǒng)的供熱枝狀管網(wǎng)系統(tǒng)中，一般是在熱源處或換熱站內(nèi)設(shè)有一組循環(huán)泵，根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的流量和最不利環(huán)路的阻力選擇循環(huán)泵的流量、揚程及臺數(shù)；管網(wǎng)系統(tǒng)各用戶末端設(shè)手動調(diào)節(jié)閥或自力式流量控制閥等調(diào)節(jié)設(shè)備，以消耗掉該用戶的剩余壓頭，達到系統(tǒng)內(nèi)各用戶之間的水力平衡；個別既有熱網(wǎng)由于用戶熱負荷的變化，資用壓頭不夠，增裝了供水或回水加壓泵，但由于不易調(diào)節(jié)，往往對上游或下游用戶產(chǎn)生不利的影響。

　　隨著新型調(diào)節(jié)設(shè)備和控制手段的出現(xiàn)，使得對水泵的數(shù)字控制成為可能，這樣理論上可以取消管網(wǎng)中的調(diào)節(jié)設(shè)備，代之以可調(diào)速的水泵，在管網(wǎng)的適當(dāng)節(jié)點設(shè)置，以滿足其后的水力工況要求。如果控制管網(wǎng)中適當(dāng)節(jié)點的壓差，該點稱之為壓差控制點，對于主循環(huán)泵的選擇，只要能夠滿足流量和熱源到壓差控制點的阻力即可，這樣可大大降低循環(huán)泵的揚程，使得主循環(huán)泵電機功率下降許多；經(jīng)濟控制點之后的每個用戶設(shè)置相應(yīng)分布變頻泵，成為分布式變頻泵系統(tǒng)，使得原來閥門節(jié)流的能量不再白白地損失，由于水泵可用變頻器調(diào)速，主循環(huán)泵可大大降低電能消耗，理論上可省去調(diào)節(jié)設(shè)備，同時供熱系統(tǒng)可工作在較低的壓力水平，系統(tǒng)更加安全。中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會也已將分布式變頻泵系統(tǒng)的研究開發(fā)列為“十五”科技規(guī)劃。

　　二、分布式變頻泵系統(tǒng)的設(shè)計

　　在分布式變頻泵系統(tǒng)中，設(shè)計時應(yīng)按以下步驟進行：

　　1、管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計，計算管網(wǎng)的阻力。

　　2、選擇壓差控制點，不同的壓差控制點對應(yīng)不同的設(shè)備初投資和管網(wǎng)運行費用，應(yīng)按技術(shù)經(jīng)濟分析進行選擇。

　　3、選擇主循環(huán)泵，主循環(huán)泵的選擇考慮兩方面：

　　A：流量要求，應(yīng)能提供管網(wǎng)的全部循環(huán)流量；

　　B：揚程要求，應(yīng)滿足熱源到壓差控制點間管網(wǎng)阻力。

　　4、分布泵的選擇，主要考慮滿足該分支用戶的阻力和流量。

　　三、分布式變頻泵系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　按照以上思想，唐山市熱力總公司對所屬龍東鍋爐房供熱系統(tǒng)進行了改造。本文以此為例來說明分布式變頻泵系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。

　　1、龍東供熱系統(tǒng)由一座4×10t/h熱水鍋爐房和兩個間供站組成，基礎(chǔ)參數(shù)如下：

　　(1)供熱建筑面積：

　　龍南站：181814.31m2

　　龍北站：139891.62m2

　　合計：321705.93m2

　　(2)設(shè)備：主循環(huán)泵兩臺，開一備一，ISR200－150－400，功率N為90KW，流量Q為400m3/h，揚程H為50m水柱。

　　(3)管網(wǎng)：

　　1－2管徑DN300，溝長L=500m

　　2－3管徑DN250，溝長L=536m

　　3－4管徑DN250，溝長L=650m

　　根據(jù)近幾年實際運行情況，取熱源供回水溫度105℃/65℃，鍋爐房內(nèi)部阻力損失10m水柱，龍北站內(nèi)阻力損失10m水柱，龍南站內(nèi)部阻力損失5m水柱，建筑熱指標(biāo)取55kcal/m2h。

　　2、由以上參數(shù)，經(jīng)計算選擇實驗改造方案如下：

　　1鍋爐房主循環(huán)泵換成H=24m，Q=480m3/h,N=45KW變頻泵

　　2龍南站一次供水加一臺變頻泵，H=12.5m　Q=200m3/h　N=15KW

　　3龍北站一次供水加一臺變頻泵，H=24m　Q=240m3/h　N=22KW

　　4龍南、龍北站變頻泵與原有管段并聯(lián)，并在原有管段增加閥門。

　　需要指出的是，由于水泵的參數(shù)不可能完全正好滿足管網(wǎng)的需要，在設(shè)備選擇過程中均有不同程度的取整。

　　3、按照鍋爐房主循環(huán)泵提供鍋爐房內(nèi)部和1－2點阻力損失，各站分布變頻泵分別克服2－3、2－4及站內(nèi)阻力損失的原則，本年度我公司對改造后的龍東供熱系統(tǒng)進行了調(diào)試運行。在調(diào)試過程中，我們本著在滿足供熱要求的前提下，盡量使兩個熱力站的一次回水溫度平衡，并且在可能的情況下盡量提高分布變頻泵的負荷，減少主循環(huán)泵的負荷，以期盡可能節(jié)約電能消耗。分布式變頻泵系統(tǒng)投運后，與原有單點設(shè)置循環(huán)泵系統(tǒng)相比，電流消耗實測如下：

　　系統(tǒng)單點循環(huán)泵一臺運行時消耗電流為130A；

　　分布式變頻泵多點運行時，實測數(shù)據(jù)表如下：

　　4、分布式變頻泵系統(tǒng)投運前后主循環(huán)泵出口壓力由0.6Mpa下降為0.39Mpa。

　　5、分析

　　幾臺泵電機的功率因數(shù)差別不大，均在0.78－0.81之間，如不考慮其差異，節(jié)能率為(130－56－17.1－26.8)/130×100％=23.15％

　　四、結(jié)論

　　分布式變頻泵系統(tǒng)是一種新型的水泵布置型式，與傳統(tǒng)的單點布置相比具有如下優(yōu)點：

　　1、節(jié)約電能；

　　2、系統(tǒng)整體壓力水平較低，系統(tǒng)更加安全。

　　五、幾點體會

　　1、由于主循環(huán)泵一般布置在熱源回水，對于分布泵的布置（除主循環(huán)泵以外）應(yīng)在熱力站的供水或盡量靠近經(jīng)濟控制點處的供水管。

　　2、對于補水點處的補水定壓值應(yīng)重新核算，由于一般情況下將分布泵布置在管網(wǎng)經(jīng)濟控制點處時有困難，當(dāng)將分布泵布置在站內(nèi)時，對于分支線較長時，有可能引起補水點的飄移。對于此種工況，一種辦法是將補水點設(shè)在管網(wǎng)壓力最低點，另一種辦法是仍在熱源總回水處集中補水，適當(dāng)提高補水定壓值。

　　3、在設(shè)備選擇上，主循環(huán)泵技術(shù)參數(shù)應(yīng)適當(dāng)留有裕量。

　　4、壓差控制點處壓差的控制：由于供熱管網(wǎng)距離較遠，信號傳輸不易實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本較高，采用計算值折算到主循環(huán)泵進出口；或在壓差控制點供回水管安裝壓力表，參考壓力表數(shù)值調(diào)整主循環(huán)泵進出口的壓差。

　　5、在分布式變頻泵系統(tǒng)中，由于水泵產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)是不連續(xù)的，不可能正好滿足實際需要，即使進行變頻調(diào)節(jié)也不可能正好滿足，系統(tǒng)中個別點的閥門調(diào)節(jié)仍然是有需要的。