分布式變頻泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2017-12-20 16:30:04
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(yáng)程及臺(tái)數(shù);管網(wǎng)系統(tǒng)各用戶末端設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或自力式流量控制（control)閥等調(diào)節(jié)設(shè)備，以消耗掉該用戶的剩余壓頭，達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)各用戶之間的水力平衡;個(gè)別既有熱網(wǎng)由于用戶熱負(fù)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(duì)上游或下游用戶產(chǎn)生不利的影響(influence)。
隨著新型調(diào)節(jié)設(shè)備和控制手段的出現(xiàn)，使得對(duì)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(diǎn)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(diǎn)的壓差，該點(diǎn)稱之為壓差控制點(diǎn)，對(duì)于主循環(huán)泵的選擇，只要可以滿足流量和熱源到壓差控制點(diǎn)的阻力即可，這樣可大大降低循環(huán)泵的揚(yáng)程，使得主循環(huán)泵電機(jī)功率下降許多;經(jīng)濟(jì)(jīng jì)控制點(diǎn)之后的每個(gè)用戶設(shè)置相應(yīng)分布變頻泵，成為分布式變頻泵系統(tǒng)(system)，使得原來閥門節(jié)流的能量不再白白地?fù)p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(shí)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(huì)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(jì)
在分布式變頻泵系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
1、管網(wǎng)系統(tǒng)(system)設(shè)計(jì)，計(jì)算管網(wǎng)的阻力。
2、選擇(xuanze)壓差控制（control)點(diǎn)，不同的壓差控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備(shèbèi)初投資和管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)按技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析(Analyse)進(jìn)行選擇。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。凱泉泵業(yè)開動(dòng)前，先將泵和進(jìn)水管灌滿水，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在 葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補(bǔ)充了這個(gè)空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經(jīng)蝸殼而進(jìn)入出水管。
3、選擇(xuanze)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(yáng)程要求，應(yīng)滿足熱源到壓差控制點(diǎn)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)(system)的實(shí)現(xiàn)
按照以上思想，唐山市熱力總公司對(duì)所屬龍東鍋爐房供熱系統(tǒng)(system)進(jìn)行了改造。本文以此為例來說明分布式變頻泵系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程(guò chéng)。
1、龍東供熱系統(tǒng)由一座4×10t/h熱水鍋爐房和兩個(gè)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(jì)：321705.93m2
(2)設(shè)備(shèbèi)：主循環(huán)泵兩臺(tái)，開一備一，ISR200-150-400，功率N為90KW，流量Q為400m3/h，揚(yáng)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(shí)際運(yùn)行情況(Condition)，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(jì)算選擇實(shí)驗(yàn)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(tái)變頻泵，H=12.5m Q=200m3/h N=15KW
3龍北站一次供水加一臺(tái)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(shèbèi)選擇(xuanze)過程中均有不同程度的取整。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。
3、按照鍋爐房主循環(huán)泵提供鍋爐房內(nèi)部和1-2點(diǎn)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(Company)對(duì)改造后的龍東供熱系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試運(yùn)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(gè)熱力站的一次回水溫度平衡，并且在可能的情況(Condition)下盡量提高分布變頻泵的負(fù)荷，最大化減少主循環(huán)泵的負(fù)荷，以期盡可能節(jié)約電能消耗。分布式變頻泵系統(tǒng)投運(yùn)后，與原有單點(diǎn)設(shè)置循環(huán)泵系統(tǒng)相比，電流消耗實(shí)測如下：
系統(tǒng)單點(diǎn)循環(huán)泵一臺(tái)運(yùn)行時(shí)消耗電流為130A;
分布式變頻泵多點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，實(shí)測數(shù)據(jù)表如下：
4、分布式變頻泵系統(tǒng)投運(yùn)前后主循環(huán)泵出口壓力由0.6Mpa下降為0.39Mpa。
5、分析
幾臺(tái)泵電機(jī)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(diǎn)布置相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、節(jié)約電能;
2、系統(tǒng)(system)整體壓力水平較低，系統(tǒng)更加安全。
五、幾點(diǎn)體會(huì)
1、由于主循環(huán)泵一般布置在熱源回水，對(duì)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(jì)控制點(diǎn)處的供水管。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。
2、對(duì)于補(bǔ)水點(diǎn)處的補(bǔ)水定壓值應(yīng)重新核算(hé suàn)，由于一般情況下將分布泵布置在管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)(jīng jì)控制點(diǎn)處時(shí)有困難，當(dāng)將分布泵布置在站內(nèi)時(shí)，對(duì)于分支線較長時(shí)，有可能引起補(bǔ)水點(diǎn)的飄移。對(duì)于此種工況，一種辦法是將補(bǔ)水點(diǎn)設(shè)在管網(wǎng)壓力最低點(diǎn)，另一種辦法是仍在熱源總回水處集中補(bǔ)水，適當(dāng)提高補(bǔ)水定壓值。
3、在設(shè)備(shèbèi)選擇(xuanze)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(diǎn)處壓差的控制：由于供熱管網(wǎng)距離較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸不易實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本較高，采用計(jì)算值折算到主循環(huán)泵進(jìn)出口;或在壓差控制點(diǎn)供回水管安裝壓力表，參考?jí)毫Ρ頂?shù)值調(diào)整主循環(huán)泵進(jìn)出口的壓差。
5、在分布式變頻泵系統(tǒng)(system)中，由于水泵產(chǎn)品(Product)的技術(shù)參數(shù)是不連續(xù)的，不可能正好滿足實(shí)際需要，即使進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)也不可能正好滿足，系統(tǒng)中個(gè)別點(diǎn)的閥門調(diào)節(jié)仍然是有需要的。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。
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