分布式變頻泵系統的設計與應用

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

關鍵詞：分布 變頻 泵 設計 應用 　　

一、分布式變頻泵系統的原理

　　在傳統的供熱枝狀管網系統中，一般是在熱源處或換熱站內設有一組循環泵，根據管網系統的流量和最不利環路的阻力選擇循環泵的流量、揚程及臺數；管網系統各用戶末端設手動調節閥或自力式流量控制閥等調節設備，以消耗掉該用戶的剩余壓頭，達到系統內各用戶之間的水力平衡；個別既有熱網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，但由于不易調節，往往對上游或下游用戶產生不利的影響。

　　隨著新型調節設備和控制手段的出現，使得對水泵的數字控制成為可能，這樣理論上可以取消管網中的調節設備，代之以可調速的水泵，在管網的適當節點設置，以滿足其后的水力工況要求。如果控制管網中適當節點的壓差，該點稱之為壓差控制點，對于主循環泵的選擇，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泵的揚程，使得主循環泵電機功率下降許多；經濟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，使得原來閥門節流的能量不再白白地損失，由于水泵可用變頻器調速，主循環泵可大大降低電能消耗，理論上可省去調節設備，同時供熱系統可工作在較低的壓力水平，系統更加安全。中國城鎮供熱協會也已將分布式變頻泵系統的研究開發列為“十五”科技規劃。

　　二、分布式變頻泵系統的設計

　　在分布式變頻泵系統中，設計時應按以下步驟進行：

　　1、管網系統設計，計算管網的阻力。

　　2、選擇壓差控制點，不同的壓差控制點對應不同的設備初投資和管網運行費用，應按技術經濟分析進行選擇。

　　3、選擇主循環泵，主循環泵的選擇考慮兩方面：

　　A：流量要求，應能提供管網的全部循環流量；

　　B：揚程要求，應滿足熱源到壓差控制點間管網阻力。

　　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、分布式變頻泵系統的實現

　　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進行了改造。本文以此為例來說明分布式變頻泵系統的實現過程。

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

　　(1)供熱建筑面積：

　　龍南站：181814.31m2

　　龍北站：139891.62m2

　　合計：321705.93m2

　　(2)設備：主循環泵兩臺，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：

　　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

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

　　2、由以上參數，經計算選擇實驗改造方案如下：

　　1鍋爐房主循環泵換成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，并在原有管段增加閥門。

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

　　3、按照鍋爐房主循環泵提供鍋爐房內部和1－2點阻力損失，各站分布變頻泵分別克服2－3、2－4及站內阻力損失的原則，本年度我公司對改造后的龍東供熱系統進行了調試運行。在調試過程中，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，減少主循環泵的負荷，以期盡可能節約電能消耗。分布式變頻泵系統投運后，與原有單點設置循環泵系統相比，電流消耗實測如下：

　　系統單點循環泵一臺運行時消耗電流為130A；

　　分布式變頻泵多點運行時，實測數據表如下：

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

　　5、分析

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

　　四、結論

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

　　1、節約電能；

　　2、系統整體壓力水平較低，系統更加安全。

　　五、幾點體會

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

　　2、對于補水點處的補水定壓值應重新核算，由于一般情況下將分布泵布置在管網經濟控制點處時有困難，當將分布泵布置在站內時，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、在設備選擇上，主循環泵技術參數應適當留有裕量。

　　4、壓差控制點處壓差的控制：由于供熱管網距離較遠，信號傳輸不易實現或實現成本較高，采用計算值折算到主循環泵進出口；或在壓差控制點供回水管安裝壓力表，參考壓力表數值調整主循環泵進出口的壓差。

　　5、在分布式變頻泵系統中，由于水泵產品的技術參數是不連續的，不可能正好滿足實際需要，即使進行變頻調節也不可能正好滿足，系統中個別點的閥門調節仍然是有需要的。