鍋爐房二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)基本原理和調(diào)節(jié)控制方式。比較了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)和二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的運行方式，結(jié)合工程實例，說明二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的耗電量比傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)低。
摘要：介紹了二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)基本原理和調(diào)節(jié)控制方式。比較了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)和二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的運行方式，結(jié)合工程實例，說明二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的耗電量比傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)低。
關(guān)鍵詞：二級循環(huán)泵；供熱；變頻；鍋爐房
Application of Heat-supply System with Secondary Circulation Pump to Boiler Room
XU Junjie，ZHANG Liangang，ZHAO Xingang，ZHANG Jingna，YANG Ying
Abstract：The basic principle and adjustment control mode of heat-supply system with secondary circulation pump are introduced.The operation mode of conventional heat-supply system is compared with that of heat-supply system with secondary circulation pump.Combined with an engineering example，it is indicated that the electricity consumption of heat-supply system with secondary circulation pump is less than that of conventional heat-supply system.
Key words：secondary circulation pump；heat-supply；frequency conversion；boiler room
1 傳統(tǒng)的設(shè)計思想及存在的問題
   過去傳統(tǒng)的設(shè)計思想：對于區(qū)域鍋爐房供熱系統(tǒng)，在熱源處集中設(shè)置一組大揚程的循環(huán)泵，肩負著熱源、熱網(wǎng)、用戶3種循環(huán)泵的功能，為單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)。循環(huán)泵流量的確定是按最大熱負荷計算的流量考慮，揚程是按在確定流量下熱源、熱網(wǎng)和最不利環(huán)路的壓力損失之和為基礎(chǔ)選用。
   由于熱負荷在供暖期是動態(tài)變化的，供暖始末期，室外溫度較高時，熱負荷較低；供暖中期，室外溫度較低時，熱負荷較高。熱負荷在最大熱負荷的27%～100%范圍內(nèi)變化，而單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)受鍋爐限制，流量調(diào)節(jié)范圍在額定流量的70%～110%范圍內(nèi)變化[1]，限制了系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)幅度。在采用量調(diào)節(jié)時，為了使系統(tǒng)流量在低于70%的設(shè)計流量下運行，又不影響鍋爐的正常運行，采用二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)就成為必然。
2 二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的基本原理
    二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)中循環(huán)泵的流量都是系統(tǒng)的設(shè)計流量，只是揚程的選擇不同。熱源循環(huán)泵只負擔(dān)熱源內(nèi)部的阻力(包括鍋爐本體的阻力及鍋爐房管子及附件的阻力)，不必增加富余壓頭，采用工頻定流量運行。由于熱源循環(huán)泵始終保持在鍋爐的額定流量下運行，不但提高了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，而且降低了耗電量，效果十分明顯。
    熱網(wǎng)循環(huán)泵要考慮熱網(wǎng)及用戶(熱力站)在最大流量下的阻力，其揚程按熱網(wǎng)及用戶在最大流量下的阻力加富余壓頭選定，并采用變頻變流量運行。熱網(wǎng)循環(huán)泵的數(shù)量也是根據(jù)供熱負荷的發(fā)展情況及運行調(diào)節(jié)模式而定。
    熱源循環(huán)泵與熱網(wǎng)循環(huán)泵的入口通過均壓管相連接(見圖1)，當熱網(wǎng)循環(huán)泵運行流量大于熱源循環(huán)泵運行流量時，熱網(wǎng)回水經(jīng)均壓管后，一部分流向熱源循環(huán)泵入口，一部分流向熱網(wǎng)循環(huán)泵入口與鍋爐供水混合。當熱網(wǎng)循環(huán)泵運行流量小于熱源循環(huán)泵運行流量時，熱網(wǎng)回水在均壓管與鍋爐部分供水混合后，全部流向熱源循環(huán)泵入口。對于不同的運行工況，通過改變均壓管中的水流方向，就能自動實現(xiàn)二級循環(huán)泵不同循環(huán)流量的協(xié)調(diào)與均衡[2]。由圖1可知，熱網(wǎng)循環(huán)泵安裝在供水管道上，雖然熱網(wǎng)循環(huán)泵的工作溫度較高，但鍋爐承壓相應(yīng)降低。
 

3 二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制
    供熱鍋爐房的循環(huán)泵由單級循環(huán)泵改為二級循環(huán)泵，就是為適應(yīng)熱網(wǎng)循環(huán)流量根據(jù)熱負荷不斷變化的需求進行調(diào)節(jié)而創(chuàng)造條件，對于設(shè)備的設(shè)置和管道的連接以及控制，要既能適應(yīng)質(zhì)調(diào)節(jié)，也能適應(yīng)量調(diào)節(jié)，還可實現(xiàn)質(zhì)量并調(diào)，為節(jié)能運行打下基礎(chǔ)。
    對于熱源循環(huán)泵，根據(jù)熱負荷的需求，確定鍋爐運行數(shù)量，隨之流量、循環(huán)泵的運行數(shù)量也就確定了。在鍋爐能力范圍內(nèi)，鍋爐的熱功率根據(jù)熱負荷的需求進行調(diào)節(jié)。
    熱網(wǎng)循環(huán)泵通常按照質(zhì)量并調(diào)進行自動控制。根據(jù)實測的室外溫度，氣候補償器(根據(jù)室外溫度調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)泵的流量)首先計算出熱網(wǎng)循環(huán)泵的給定循環(huán)流量(在整個供暖期，熱網(wǎng)循環(huán)泵的運行流量在設(shè)計流量的30%～100%變化)，并指令熱網(wǎng)循環(huán)泵通過變頻器改變其轉(zhuǎn)速，使循環(huán)流量達到預(yù)期值。熱網(wǎng)循環(huán)流量是否符合給定值，一般根據(jù)熱網(wǎng)供回水壓差來判斷。氣候補償器在計算熱網(wǎng)循環(huán)流量給定值的同時，還計算出了熱網(wǎng)供水溫度的給定值，借以指導(dǎo)鍋爐的運行操作。
    為了使均壓管的壓力穩(wěn)定，小型供熱系統(tǒng)的均壓管管徑宜3倍于相鄰管道的管徑；對于較大規(guī)模的供熱系統(tǒng)，由于供熱管道管徑較大，在實際工程中，均壓管的管徑與相鄰管道的管徑相等。
    為了使均壓管的壓力穩(wěn)定，采用旁路補水定壓，在旁通管上安裝手動平衡閥、壓力傳感器，壓力傳感器反映均壓管的壓力，手動平衡閥可調(diào)整均壓管的壓力。一是為了讓均壓管更好地發(fā)揮解耦作用，提高系統(tǒng)的工況穩(wěn)定性；二是使均壓管按相鄰管段同直徑設(shè)計，不再增大管徑，有利于系統(tǒng)的施工安裝。
    對間接連接系統(tǒng)一級管網(wǎng)熱力站間的水力平衡，除了通常采用的在熱力站一級側(cè)進出口安裝電動閥進行自控調(diào)節(jié)外，對于小型的間接連接系統(tǒng)，為降低造價，也可以在熱力站一級側(cè)的進出口安裝限流定阻閥進行熱力站間的水力平衡調(diào)節(jié)，其方法是根據(jù)每個熱力站的最大熱負荷和一級側(cè)供熱介質(zhì)的參數(shù)對限流定阻閥設(shè)定最大流量，而后通過簡單調(diào)節(jié)對其動閥芯予以固定，以保證阻力特性系數(shù)不變。
    由于供熱系統(tǒng)各熱力站間的流量比取決于阻力特性系數(shù)比，各熱力站間的阻力特性系數(shù)一定，則流量比也一定。根據(jù)此原理，小型間接連接系統(tǒng)可以僅對熱網(wǎng)循環(huán)泵實施自控，各熱力站間的一級側(cè)流量則根據(jù)上述原理按等比分配，以滿足二級管網(wǎng)隨著室外溫度變化對換熱量的需求。這樣可以免去二級管網(wǎng)安裝電動閥和白控設(shè)備，從而降低造價。
4 工程實例
    目前國內(nèi)已有多座鍋爐房采用二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)，并取得明顯的節(jié)能效果。天津市武清區(qū)6×58MW鍋爐房，供熱面積為600×104m2，供回水溫度為130、70℃，采用間接連接系統(tǒng)。若采用單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)，根據(jù)循環(huán)流量選擇6臺熱源循環(huán)泵，單臺流量為1016m3/h，揚程為66m，額定功率為250kW，年耗電量為258.5×104kW·h/a。采用二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)，根據(jù)循環(huán)流量選擇3臺熱源循環(huán)泵、3臺熱網(wǎng)循環(huán)泵。熱源循環(huán)泵的單臺流量為1656m3/h，揚程為16m，功率為110kW。熱網(wǎng)循環(huán)泵的單臺流量為1632m3/h，揚程為45m，功率為280kW。年耗電量為191.3kW·h/a，節(jié)電率為26%。
    從運行結(jié)果看，明顯顯示了以下優(yōu)點：由于熱源循環(huán)泵選型得當，鍋爐實現(xiàn)了按額定循環(huán)流量運行，其揚程正好克服鍋爐房阻力，沒有額外的壓力損失，避免了電能浪費。熱網(wǎng)循環(huán)泵按照氣候補償器的控制隨著室外溫度的變化實時改變流量，熱力站一級側(cè)實現(xiàn)了質(zhì)量并調(diào)，減少了熱網(wǎng)循環(huán)泵的耗電量，也能配合用戶的主動調(diào)節(jié)。從運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，二級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)比相近規(guī)模的單級循環(huán)泵供熱系統(tǒng)節(jié)電。由于穩(wěn)定地保證了鍋爐出水溫度，改善了鍋爐的燃燒效果，提高了鍋爐熱效率。如果進一步在一級管網(wǎng)采用分布式變頻泵代替熱網(wǎng)循環(huán)泵[3～8]，則系統(tǒng)運行電耗將進一步降低。
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(本文作者：徐軍杰1 張連鋼1 趙欣剛1 張景娜2 楊穎1 1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院 天津300074；2.天津市管道工程集團有限公司保溫管廠 天津 300400)