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熱負荷逐年增加的供熱系統中循環泵的優化選擇問題

放大字體  縮小字體 發布日期:2013-03-01  瀏覽次數:56569
  本文分析了目前熱力公司存在供熱設備大馬拉小車的現象,提出了循環水泵的優化選擇,并簡要說明這一目標的實現對節能降耗的貢獻。
  隨著我國國民經濟的快速發展,我國人民居住水平不斷提高,房地產行業迅猛發展,供熱需求不斷增加。即使是縣級城鎮,每年也有十萬平方米左右的新增供熱面積。同時,國家為了保護日益惡化的大氣環境,減少污染物的排放,各地都在有計劃地關閉各種效率低下、污染嚴重的供暖小鍋爐房,新建大型集中供熱的熱力系統,將零散熱用戶并入集中供熱的大網中。由于小鍋爐房的取締和新增新建的房地產小區是有計劃的、逐年不斷擴大的,因此,有許多的集中供熱工程,它的熱負荷也是逐年增加的。經調查發現,對于這樣的供熱工程,設計部門往往是按滿負荷時需要的設備進行選型,在供熱負荷不高的最初幾個采暖期里,大量存在供熱設備“大馬拉小車”的現象。
  “大馬拉小車”運行的后果是造成了巨大的供熱能源浪費,這種浪費在循環水泵方面最為突出。如吉林雙遼市陽光供熱公司,設計供熱面積120萬平方米,2006-2007供熱期供熱面積80萬平米,循環水泵按設計部門設計的3臺,693t/h流量,115米揚程,配套電機功率315kW。在2006-2007供熱期,運行一臺水泵時電機超流,同時流量不夠,只好運行兩臺水泵。即使是運行兩臺水泵,還是存在水泵電機超流現象,水泵的出口閥門也只能打開1/4,電機總功率達到630kW。根據實際運行的數據,實際流量1200t/h、實際揚程65米,如果選擇合適的循環泵,只需要一臺315kW的水泵就富富有余。造成電耗浪費在一個供熱期內達到一百多萬元。因此,根據實際供熱負荷的大小,邀請相關專家,通過科學合理的水力計算,選擇適合當前供熱系統的循環水泵,對于供熱企業的節能降耗有著十分重要的意義。本文將以伊通縣天源熱力有限公司集中供熱建設的工程實例,對循環水泵的優化選擇的相關問題進行仔細地論述。
  在具體論述之前,先明確幾個關于循環泵功率的幾個概念:
  水泵軸功率(水泵的輸入功率):指水泵在一定的揚程下輸出一定的水量所需要的電功率,在電機和水泵的泵軸直接連接的情況下,水泵的軸功率等于電機的輸出功率。
  簡化公式:NZ=G×H/367/η1。
  NZ:水泵的軸功率,單位kW。有些廠家的樣本或水泵的銘牌上面標有額定軸功率值。
  G:水泵輸出的流量,單位m3/h。廠家的樣本或水泵的銘牌上面標有額定流量值,并標有水泵的高效區。
  H:水泵的揚程,單位m·H2O。廠家的樣本或水泵的銘牌上面標有額定揚程值
  η1:水泵的效率,效率低的水泵65%~80%,效率高的水泵達到82%~86%。有些廠家的樣本或水泵的銘牌上面標有水泵的最高效率。
電機的額定輸出功率:指電機實際傳送給水泵的額定功率。電機名牌上面的額定功率是電機所能提供給水泵的最大功率。人們常說的電機功率多少kW,指的就是這個功率。
  公式:NDC=I·V·1.732·cosφ·η2
  NDC:電機的輸入功率,單位kW。
  I:輸入電機的電流,單位A。
  V:輸入電機的電壓,單位V。
  Cosφ:電機的功率因數,一般值80%~84%左右。
  η2:電機的效率,一般95%~97%左右。
  對于供熱系統的循環泵而言,電機和水泵大多采用直接連接,因此,電機實際的運行功率就等于循環泵的實際工作功率。
電機的輸入功率:電機實際耗電功率。在實際供熱工作中,這個輸入功率是最應引起關注的,因為它是循環泵真正的電耗,這個功率大多通過電流大小來進行計算。
  公式:NDR=I·V·1.732
  NDR:電機的輸入功率,單位kW。
  水泵的輸入功率和電機的輸入功率(電機實際消耗電功率)的關系:
  PDR=PZ/cosφ/η=NDC·cosφ·η2
  在供熱工程中,很多人把水泵的輸入功率(額定功率)當作是電機的輸入功率(耗電量),這樣的認識是錯誤的。
  工程概況:
  吉林省伊通縣天源熱力有限公司于2005年建設并投入運行,設計供熱面積160萬平方米,2005-2006年供熱期供熱面積80萬平方米,2007年供熱面積達到120萬平方米,2008年供熱面積達到160萬平方米。設計熱源為14MW熱水鍋爐4臺,鍋爐熱媒參數130℃/90℃,一次網循環水泵3臺,循環水泵流量576t/h,揚程63米,循環泵電機功率200kW。
 2005-2006年供熱期運行情況:
  在2005-2006年供熱期,運行一臺循環泵時出現電機超流過熱和一次網流量分配不均問題,開兩臺泵同時運行之后,電機超流過熱問題解決了,各個換熱站之間的流量失調問題仍然很嚴重。整個供熱期采用兩臺循環泵同時運行的運行方式。運行的實際參數:循環流量1400t/h,實際揚程34米。電機總功率400kW。
  分析原因,優化選泵:
  2006年初,在對上一年度供熱實際情況進行詳細分析的基礎上,經過仔細的水力計算,當供熱滿負荷時,供熱系統的阻力應該是50米,原來的設計選型時63米,明顯偏高。而當供熱熱負荷在80萬平方米時,相應的系統阻力應該是25米。根據筆者水力計算的結果(一次網循環泵的流量按每平方米1.2公斤計算,揚程根據水利計算確定),適應伊通縣天源熱力公司的不同時期的一次網循環泵參數如下:
  80萬平米 流量:960t/h 揚程:25米?水泵軸功率:90kW
  100萬平米 流量:1400t/h 揚程:36米 水泵軸功率:190kW
  120萬平米 流量:1900t/h 揚程:50米 水泵軸功率:315kW
  由于循環泵的選取不當,本來90kW的循環泵就夠用了,實際運行達到了400kW,一年供熱期按160天計算,多耗電能153.6萬kW·h,電費按0.8元/kW·h計算,浪費122.88萬元,浪費驚人。
  對于不使用變頻器的循環水泵的選。
  在供熱面積80萬平方米時,應選擇90kW的,流量960t/h左右,揚程小于等于25米的泵,這一臺泵即可以滿足80萬平方米的供熱,還可為供暖120萬平方米時初、末寒期使用。07年再選擇一臺190kW的、不大于1400t/h流量、36米揚程的泵。這一臺泵可滿足120萬平方米的供熱需求,同時可在供暖160萬平方米時初末、寒期使用。08年再選擇1800~1900t/h流量的大泵,揚程50米,電機功率315kW,可以滿足滿負荷時嚴寒期的供熱。雖然原來的兩臺泵并聯使用也能達到滿負荷的需要,但兩臺泵的功率達到400kW,和一臺315kW的泵相比,運行成本過高,其一年多浪費的電費可以買幾臺水泵。由此也可以看出,循環泵的正確選型對于節能與否至關重要,F在有很多的供熱企業,只看到買水泵時多花了多少錢,買普通水泵比優質水泵少花了多少錢,卻看不到使用不合適的水泵、使用效率低下的水泵每年多花的電錢,比在水泵上面多投入的錢要多得多。
  對于準備使用變頻器的循環泵的選擇:
  如果選用90kW、流量960t/h左右、揚程小于等于25米的泵循環泵,外加90kW變頻器,第二年以后90kW的變頻器基本無用了,有浪費投資之嫌。
  如果選用190kW的不大于1400t/h流量,36米揚程的循環泵,外加190kW的變頻器,通過變頻運行,可以滿足80萬平方米初、末寒期的供熱,第二年,通過頻率調節還可以滿足120萬平方米初末寒和嚴寒期的供熱。當供熱系統滿負荷達到160萬平方米時,可以再選擇一臺1800~1900t/h流量、揚程50米、電機功率315kW的大泵,由于使用時間短,可以不用另加變頻器。
  而如果直接選用一臺315kW的循環泵外加變頻器,雖然也可以滿足從80萬到160萬平方米的供熱需要,但在供熱80萬平方米時,雖有變頻器,水泵的工作點也將嚴重偏離水泵的高效區,造成電能浪費,不論初投資還是運行成本都不經濟。
  通過上面的分析,根據伊通天源熱力的具體情況,得出了兩個循環水泵的優化方案:
  第一個方案,循環泵不使用變頻器時,先選擇一臺90kW、流量960t/h左右、揚程小于等于25米的泵循環泵,原來的三臺泵拆除一臺,其余兩臺作為臨時備用。第二年,如果供熱負荷達到120萬平方米左右,再拆除一臺原來的水泵,更換一臺190kW、不大于1400t/h的流量、36米揚程的循環泵。第三年,再拆除90kW的泵,增加一臺1800~1900t/h流量、揚程50米、電機功率315kW的循環泵,其它的泵作備用。
  第二方案,循環泵使用變頻器。先選擇一臺190kW、1400t/h流量、36米揚程的循環泵,同時裝配同功率的變頻器一臺,原來的三臺泵拆除一臺,其余兩臺作為臨時備用。當熱負荷不足時,根據實際供熱面積大小和天氣情況,采用變頻調節水泵出力,當達到滿負荷160萬平方米時,再增加一臺不配置變頻器,1800~1900t/h流量、揚程50米、電機功率315kW的循環泵,用于滿負荷嚴寒期的供熱。
  由于原來的循環泵電機功率是200kW,只比實際需要的190kW大10個千瓦,因此,可以使用原來的電機,只更換一個水泵泵頭即可。
  實際改造情況:
  經過分析比較,伊通縣天源熱力公司準備采用第二方案。后來由于資金原因,天源熱力公司沒有完全按照第二方案進行實施,只是將原來的循環水泵增加了一套200kW的變頻器,而原來的循環泵沒有按要求更換。
  2006-2007年供熱期實際運行情況:
  2006-2007年供熱期實際運行時,一開始使用一臺泵滿負荷運行,循環流量1030t/h。由于循環流量比上一年減小許多,一次網原來就存在的水力失調情況更加嚴重,后來聘請水力平衡專家進行精心的平衡調節(一次網流量按每平方米1公斤),基本消除了一次網的水力失調,循環流量降低到830t/h。
  一次網平衡調節好之后,經測量實際循環流量830~850t/h,水泵實際揚程23米,電機電流133安培,電機功率88kW。與上05-06供熱期循環泵400kW相比,在供熱面積不變的前提下,電耗同比下降78%。
  值得一提的是,經筆者測算,如果采用筆者建議的更換循環泵泵頭、增加變頻器的第二種方案,由于循環泵的流量和揚程與系統的特性曲線更加匹配,在今年的運行參數下(循環流量850t/h,水泵實際揚程23米),電流只需116安培,電機功率只需76kW。兩者相比,還可再節約電耗(88-76)·24·160=46080kWh,電價按0.8元/kWh計算,折合電費36864元。
  通過伊通天源熱力公司循環泵改造的這個實例,也證明了只有在循環泵的流量、揚程參數合理,水泵運行在高效率區的前提下,使用變頻器才能達到最大的節能、節電。
  總結:
  根據伊通縣天源熱力公司循環水泵改造前的情況和實施循環水泵優化改造方案后實際運行的數據所進行的分析,可以看出:供熱系統的循環泵必須根據不同供熱系統的實際情況,由經驗豐富的專業技術人員進行選型?筛鶕煌膳镜呢摵汕闆r確定水泵型號、參數,同時對這一時期的循環泵變頻調速。在具體運行時,還要同時做好水力平衡調解工作,水力平衡的調節、水泵運行的調節互相協調才能達到最理想的運行工況。--吉林嘉潤熱力集團有限公司 李 軍
 
 
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