在供熱鍋爐房中二級循環(huán)泵的應用

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【摘 要】本文介紹了將鍋爐房的循環(huán)水泵分設成用于克服鍋爐水阻力、鍋爐房管道及局部阻力的鍋爐房循環(huán)泵和用于克服外網(wǎng)阻力及用戶阻力的熱網(wǎng)循環(huán)泵，承擔兩種功能的泵分別設置又互相連通的設計理念，以及通過對按此理念設計的兩座供熱鍋爐房的實際運行所獲得的改善鍋爐燃燒和節(jié)能降耗的實踐體會。

【關鍵詞】鍋爐房供熱 二級循環(huán)水泵 限流定阻閥 節(jié)能降耗   1 前言 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵是供熱系統(tǒng)的心臟，它擔負著驅動熱媒傳遞熱能的功能，其選用的設備匹配是否合理，直接影響著輸送效果和能耗的高低。為實現(xiàn)供熱系統(tǒng)節(jié)能運行，降低供熱成本，對循環(huán)水泵如何選型、如何配置進行分析、探討和改進是十分必要的。 2 傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配原則及存在問題 傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配通常是幾臺泵并聯(lián)成一組泵，同時滿足鍋爐房、熱網(wǎng)和熱用戶流量和揚程的需求，可稱之為單級循環(huán)泵系統(tǒng)。其流量的確定是按熱負荷計算的最大流量的1.05倍考慮；揚程是按在確定流量下熱源、熱網(wǎng)和最不利環(huán)路的壓力損失之和再加2—3mH2O的富裕壓頭選用；水泵臺數(shù)視供熱規(guī)模確定，一般選用3臺，運行2臺，備用1臺。按以上原則設計和配置的循環(huán)水泵存在以下問題： 2.1 由于按熱負荷（供熱面積）計算的最大循環(huán)水量與按鍋爐額定流量計算的總循環(huán)水量不一致，一般是按熱負荷計算的最大循環(huán)水量遠遠高于按鍋爐額定流量計算的總循環(huán)水量，如不采取措施，使按熱負荷計算的最大循環(huán)水量全部流經(jīng)鍋爐，會使鍋爐超額定流量運行。由于鍋爐的水阻力與流量的平方成正比，將會大大提高鍋爐房的壓力損失；將高溫水鍋爐按低溫水鍋爐運行，壓力損失更大。有的鍋爐房壓力損失可達0.3MPa以上，不得不提高水泵的揚程，增加水泵功率，造成電能的嚴重浪費。有經(jīng)驗的設計者或管理者一般采用安裝與鍋爐并聯(lián)的旁通管，使總循環(huán)水量分流，從而保證流經(jīng)鍋爐的循環(huán)水為額定流量。采取這種措施雖然能降低一些水泵的能耗，但未根本解決問題。 2.2 間供系統(tǒng)從節(jié)能考慮，其供熱鍋爐提供的一次水應為可變流量，進行質量并調(diào)，按傳統(tǒng)原則設計的循環(huán)水泵系統(tǒng)，由于要保證流經(jīng)鍋爐的循環(huán)水量不低于額定流量，很難實現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。建筑物采暖系統(tǒng)采用分戶熱計量方式，熱用戶有能力主動調(diào)節(jié)時，顯然循環(huán)水泵也應是變流量的，基于上述的同樣原因，傳統(tǒng)的循環(huán)水泵系統(tǒng)設計思想也是不能滿足用戶主動調(diào)節(jié)要求的。 2.3 一些鍋爐房的循環(huán)水泵系統(tǒng)，由于設計理念的原因，使鍋爐超額定流量運行，不僅大大增加了水阻力，造成電能浪費，還會由于鍋爐內(nèi)部循環(huán)水流速過快，水冷壁溫度低，造成爐膛溫度也低，鍋爐燃燒狀況不佳，效率低。一次熱網(wǎng)水在低溫運行時也存在同樣的問題。 3 二級循環(huán)泵系統(tǒng)的設計理念 清華大學石兆玉教授等人曾先后發(fā)表“供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)設計思想亟待更新”和“供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設計”兩篇論文，文中提出的理念和推薦的設計方案是先進的、最節(jié)能的，但實施起來必須有相應的設備、自控技術和資金，有待進一步創(chuàng)造條件。受上述兩篇論文的啟發(fā)，根據(jù)現(xiàn)實條件，打破傳統(tǒng)的設計思想，將原來滿足于鍋爐房、熱網(wǎng)和熱用戶流量和揚程要求的單級循環(huán)泵系統(tǒng)改變?yōu)槎壯h(huán)泵系統(tǒng)，即分別設置鍋爐房循環(huán)泵和熱網(wǎng)循環(huán)泵，作為實現(xiàn)分布式變頻循環(huán)水泵最佳設計方案的過渡方案。 3.1 鍋爐房循環(huán)泵的流量按鍋爐額定流量選擇，其揚程按鍋爐在額定流量下的水阻力加上鍋爐房的管線及附件的阻力確定，不必增加富裕壓頭，可一爐一泵，也可兩爐一泵或多爐一泵，視供熱負荷的發(fā)展情況和供熱運行的調(diào)節(jié)模式而定，采用工頻定流量運行。鍋爐房循環(huán)泵只負擔能滿足鍋爐運行時額定循環(huán)水量的輸送，其揚程僅克服額定流量下的鍋爐水阻力加上鍋爐房管道及附件的阻力，流量和揚程均不考慮富裕量。由于鍋爐房循環(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，而且降低了電耗，效益十分明顯。 3.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵的流量按系統(tǒng)供熱負荷計算的最大流量考慮，其揚程按熱網(wǎng)及用戶在最大流量下的阻力加2—3mH2O的富裕壓頭選定。為適應間供系統(tǒng)一次水需要變流量和直供系統(tǒng)實施分戶計量的熱用戶能主動調(diào)節(jié)的需求，采用變頻變流量運行。水泵臺數(shù)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，容量可大小匹配，以單臺泵為宜。 3.3 鍋爐房循環(huán)泵與熱網(wǎng)循環(huán)泵的入口通過均壓管相連接（見圖所示），均壓管與相鄰管道同口徑。當熱網(wǎng)循環(huán)泵運行流量大于鍋爐房循環(huán)泵運行流量時，熱網(wǎng)回水經(jīng)均壓管后，一部分流向鍋爐房循環(huán)泵入口，一部分流向熱網(wǎng)循環(huán)泵入口與鍋爐供水相混合;當熱網(wǎng)循環(huán)泵運行流量小于鍋爐房循環(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，全部流向鍋爐房循環(huán)泵入口。不難看出，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。 4 二級循環(huán)泵系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵由單級循環(huán)泵改為二級循環(huán)泵，就是為適應熱網(wǎng)循環(huán)水量根據(jù)熱負荷不斷變化的需求進行調(diào)節(jié)而創(chuàng)造條件，從設備的設置和管路的連接以及控制方面，要既能適應質調(diào)節(jié)，也能適應量調(diào)節(jié)，還可實現(xiàn)質量并調(diào)，為節(jié)能運行打下基礎。 4.1 鍋爐房循環(huán)泵從選型原則可知，根據(jù)熱負荷的需求，調(diào)度要確定起爐臺數(shù)，隨之循環(huán)水量和循環(huán)水泵的臺數(shù)也就確定了。在鍋爐能力范圍內(nèi)，鍋爐的出力根據(jù)熱負荷的需求進行質調(diào)節(jié)，隨著熱負荷變化，調(diào)度指令可確定所需的鍋爐出力和起爐臺數(shù)。 4.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵通常按照質量并調(diào)進行自動控制。根據(jù)實測的室外溫度，控制器首先計算出熱網(wǎng)循環(huán)泵的給定循環(huán)流量（在整個供暖期間，熱網(wǎng)循環(huán)泵的運行流量在設計流量的50-100%之間變化），并指令熱網(wǎng)循環(huán)泵通過變頻器改變其轉速，使其循環(huán)流量達到預期值。熱網(wǎng)循環(huán)流量是否符合給定值，一般根據(jù)熱網(wǎng)供回水壓差的測試來判斷?？刂破髟谟嬎銦峋W(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，借以指導鍋爐的運行操作。當熱網(wǎng)循環(huán)流量小于鍋爐循環(huán)流量時，則鍋爐的入口水溫高于熱網(wǎng)的回水溫度，以此判斷工況是否正常。 4．3 為了使均壓管的壓力穩(wěn)定，小型供熱系統(tǒng)的管徑宜3倍于相鄰管道的口徑；對于較大的供熱系統(tǒng)，由于管道口徑較大，難以實施，我們在實際工程中，將均壓管的口徑與相鄰管道的口徑取為相等，通過旁通定壓的調(diào)整，將均壓管的壓力鎖定為系統(tǒng)恒壓點的壓力值，同樣達到了穩(wěn)壓的目的，詳見圖示。 4.4 對于間供系統(tǒng)一次網(wǎng)換熱站間的水力平衡，除了采用通用的在換熱站一次水的進（出）口安裝電動閥進行自控調(diào)節(jié)外，對于小型的間供系統(tǒng)，為降低投資，也可以在換熱站一次水的進（出）口安裝限流定阻閥進行換熱站間的水力平衡調(diào)節(jié)，其方法是根據(jù)每個換熱站的最大熱負荷和一次水的供熱參數(shù)對限流定阻閥設定最大流量，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)各換熱站間的流量比取決于阻力特性系數(shù)比，各換熱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，小型間供系統(tǒng)可以僅僅對熱網(wǎng)循環(huán)泵實施自控，各換熱站間的一次水循環(huán)量則根據(jù)上述原理按等比分配，以滿足二次網(wǎng)隨著大氣溫度變化對換熱量的需求。這樣可以免去二次網(wǎng)安裝電動閥和自控設備的投資，降低造價。 5 二級循環(huán)泵系統(tǒng)的供熱鍋爐房運行效果 自2005年以來，筆者先后設計并運行了兩座采用二級循環(huán)泵系統(tǒng)的供熱鍋爐房，兩座鍋爐房規(guī)模一樣，總容量為56MW，鍋爐配置為2臺21MW和1臺 14MW，水溫參數(shù)為115/70℃，間供系統(tǒng)。由于受熱負荷發(fā)展的限制，初建安裝了1臺21MW和1臺14MW鍋爐及相應的配套輔機，分別建換熱站4座和7座。一座鍋爐房已運行了兩個采暖期，從運行結果看，明顯顯示了以下優(yōu)點： 5.1 由于鍋爐房循環(huán)泵選型得當，鍋爐實現(xiàn)了按額定循環(huán)水量運行，其揚程正好克服鍋爐房系統(tǒng)水阻力，沒有額外的壓力損失，避免了電能浪費。 5.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵按著自控系統(tǒng)的控制隨著大氣溫度的變化實時變頻變流量，換熱站一次水實現(xiàn)了質量并調(diào)，減少了熱網(wǎng)循環(huán)泵的電耗，也能配合用戶的主動調(diào)節(jié)。 5.3 從運行統(tǒng)計看，采用二級循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)比相近規(guī)模采用單級循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)綜合節(jié)電15%，若僅以循環(huán)水泵統(tǒng)計，節(jié)電將更多。 5.4 由于穩(wěn)定地保證了鍋爐出水溫度的高品質，改善了鍋爐的燃燒效果，提高了鍋爐效率。 5.5 循環(huán)水泵由單級循環(huán)泵時的大泵，分解成二級循環(huán)泵時的小泵，降低了水泵噪音，改善了工作環(huán)境。 6 結束語 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵由單級循環(huán)泵改為二級循環(huán)泵僅僅是一個嘗試，雖然按此理念已建成兩座鍋爐房，并有兩個采暖期的運行實踐，獲得了明顯的節(jié)能效果并改善了工作環(huán)境，但由于熱負荷發(fā)展的限制，所有設備尚未按設計規(guī)模完全到位，滿負荷的運行效果尚未顯示出來，還有待于今后在實踐中總結，進一步完善設計構思和調(diào)整調(diào)度運行模式。 由于筆者水平有限，文中提到的論點和做法錯誤在所難免，望廣大業(yè)內(nèi)人士給予批評指正，不勝感謝。