分布式變頻泵系統(tǒng)的設計與應用
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)各用戶末端設手動調(diào)節(jié)閥或自力式流量控制（control)閥等調(diào)節(jié)設備，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(influence)。
隨著新型調(diào)節(jié)設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)設備，代之以可調(diào)速的水泵，在管網(wǎng)的適當節(jié)點設置，以滿足其后的水力工況要求。如果控制管網(wǎng)中適當節(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，只要可以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(jīng jì)控制點之后的每個用戶設置相應分布變頻泵，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)的設計
在分布式變頻泵系統(tǒng)中，設計時應按以下步驟進行：
1、管網(wǎng)系統(tǒng)(system)設計，計算管網(wǎng)的阻力。
2、選擇(xuanze)壓差控制（control)點，不同的壓差控制點對應不同的設備(shèbèi)初投資和管網(wǎng)運行費用，應按技術經(jīng)濟分析(Analyse)進行選擇。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機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)開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉(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充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經(jīng)蝸殼而進入出水管。
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，應能提供管網(wǎng)的全部循環(huán)流量;
B：揚程要求，應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)(system)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)(system)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(guò chéng)。
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)設備(shèbèi)：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(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)集團有限公司性能的技術參數(shù)有流量、吸程、 揚程、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(Condition)下盡量提高分布變頻泵的負荷，最大化減少主循環(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)(system)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)應在熱力站的供水或盡量靠近經(jīng)濟控制點處的供水管。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司性能的技術參數(shù)有流量、吸程、 揚程、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、對于補水點處的補水定壓值應重新核算(hé suàn)，由于一般情況下將分布泵布置在管網(wǎng)經(jīng)濟(jīng jì)控制點處時有困難，當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，適當提高補水定壓值。
3、在設備(shèbèi)選擇(xuanze)上，主循環(huán)泵技術參數(shù)應適當留有裕量。
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)(system)中，由于水泵產(chǎn)品(Product)的技術參數(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。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的 機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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