分布式變頻泵系統(tǒng)實(shí)例淺析

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分布式變頻泵系統(tǒng)實(shí)例淺析

  【摘 要】隨著集中供熱負(fù)荷的不斷增長，某市集中供熱網(wǎng)已規(guī)劃接入新的熱源。該新熱源與原有兩個(gè)熱電廠的熱源均位于該市城西7km外的1km地域范圍內(nèi)，為供熱管網(wǎng)的調(diào)整帶來了較大困難。由于再敷設(shè)新的管道條件苛刻，只能利用原有兩條主管道的輸送余力，同時(shí)在管道壓差不滿足要求的地方設(shè)置加壓措施。文中對兩種方案進(jìn)行了分析比較，一為在管網(wǎng)支干線增加管網(wǎng)回水加壓泵房的方法，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的各熱力站內(nèi)增加回水加壓泵的方法，即為采用分布式變頻泵系統(tǒng)的方法。采用分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案，較之采用管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，既節(jié)省了初投資和運(yùn)行費(fèi)，同時(shí)適應(yīng)熱負(fù)荷變化能力也較強(qiáng)。
  【關(guān)鍵詞】供熱 管網(wǎng) 分布式變頻泵
  1.概述
  某市集中供熱管網(wǎng)目前總供熱面積接近1000萬平米，熱源為兩個(gè)熱電廠。隨著城市的不斷發(fā)展，兩個(gè)熱源的供熱能力已經(jīng)難以滿足集中供熱負(fù)荷的需求，目前已規(guī)劃在兩個(gè)熱源附近建新的熱電廠，利用該熱電廠發(fā)電后的抽汽供熱。預(yù)計(jì)該熱電廠供熱能力將達(dá)到300萬平米，并計(jì)劃于2006年接入200萬平米，可解決該部分區(qū)域現(xiàn)有供熱系統(tǒng)效率低、污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，獲取較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
  為適應(yīng)城市新增供熱負(fù)荷的需要，該市集中供熱網(wǎng)也須做出相應(yīng)的調(diào)整。三個(gè)熱源均位于該市城西，三個(gè)熱源相互間距離很近，但距離城區(qū)較遠(yuǎn)，約為7km。管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：
  在2005年采暖季時(shí)，其中一個(gè)熱源通過DN1000的主管道供應(yīng)城東城南區(qū)域，另一個(gè)熱源則通過DN800的主管道供應(yīng)城西城北區(qū)域，在兩個(gè)熱源水泵基本滿出力的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，管網(wǎng)最不利端熱力站的資用壓頭剛剛能滿足要求。
  由于已建的DN1000管道和DN800管道已經(jīng)占據(jù)從電廠至城區(qū)的兩條道路的路由，再敷設(shè)一條新管道從電廠進(jìn)市已相當(dāng)困難，而且投資也很高，故只考慮利用已敷設(shè)的兩條供熱管道把熱量輸送進(jìn)市區(qū)的方案，在管道壓差不滿足要求的地方設(shè)置加壓措施。如圖中資用壓頭分界線所示，約有一半的熱力站資用壓頭將不能滿足要求。
  為解決管網(wǎng)輸送問題，文中討論了兩種解決方案，一為在管網(wǎng)支干線上增加管網(wǎng)回水加壓泵房的方法，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的熱力站內(nèi)增加回水加壓泵的方法，即為分布式變頻泵系統(tǒng)的方法［1］，文中對這兩種方案進(jìn)行了分析比較［2］。
  2.管網(wǎng)回水加壓泵方案淺析
  2.1. 管網(wǎng)回水加壓泵
  為解決管網(wǎng)輸送問題，方案之一為在回水支干線上增設(shè)回水加壓泵房。經(jīng)水力計(jì)算發(fā)現(xiàn)，有三條主干線上需增加管網(wǎng)回水加壓泵，如圖2所示：
  圖中所示各熱力站節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)為該熱力站的資用壓頭，圖中還給出了三個(gè)回水加壓泵所在位置及設(shè)計(jì)工況下的所需提供的最小揚(yáng)程和最小流量，在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，還需考慮一定的安全系數(shù)。
  根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可繪制出水壓圖如圖3所示［3］［4］：
  2.2. 方案淺析
  采用管網(wǎng)回水加壓泵房的方案有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
  首先，回水加壓泵房的方案，系統(tǒng)無用功消耗大，運(yùn)行費(fèi)用高?；厮訅罕玫倪\(yùn)行，需能滿足系統(tǒng)中最不利用戶的要求，但其他換熱站仍需采用閥門調(diào)節(jié)來消耗剩余的資用壓頭。在設(shè)計(jì)工況下，三個(gè)回水加壓泵泵房所需要提供的最小功率約為550kW，而這部分功率僅在閥門上消耗即超過50％，有效功率不到50％，節(jié)流損失是很大的。而在部分負(fù)荷時(shí)，由于各用戶負(fù)荷變化的不一致性，節(jié)流損失的比例又會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)工況下的節(jié)流損失。三臺回水加壓泵全年功耗將超過120萬度電，而在閥門上的消耗就將近70萬度電，無用功消耗是驚人的。
  其次，回水加壓泵房的方案，適應(yīng)熱負(fù)荷變化的能力較差?；厮訅罕梅康姆桨甘窃诰唧w的熱負(fù)荷分布情況、城市管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等諸多已知條件下，經(jīng)水力計(jì)算并考慮一定安全系數(shù)后形成的。但城市熱負(fù)荷的發(fā)展是逐步形成的，在負(fù)荷發(fā)展初期，遠(yuǎn)端熱力站未能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)往往會因?yàn)閹讉€(gè)供熱不能達(dá)標(biāo)的熱力站而開啟管網(wǎng)回水加壓泵，其工作揚(yáng)程、流量均會偏離設(shè)計(jì)工況，水泵很可能工作在低效區(qū)域，使得無用功消耗比例增大。而在負(fù)荷充分發(fā)展后，熱負(fù)荷的分布與設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)想往往會產(chǎn)生偏差，也有可能會出現(xiàn)回水加壓泵運(yùn)行效率低的情況。
  第三，回水加壓泵房的方案，初投資較大且可移動能力較差?；厮訅罕帽梅康慕ㄔO(shè)較為復(fù)雜，需考慮占地、土建、電增容、水增容等諸多因素，初投資較大。而且，正如前所述，回水加壓泵房的方案是在具體的熱負(fù)荷分布情況、城市管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等諸多已知條件下，經(jīng)水力計(jì)算并考慮一定安全系數(shù)后形成的，設(shè)想在回水加壓泵泵房建設(shè)完成后，熱負(fù)荷的分布與設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)想產(chǎn)生嚴(yán)重偏差，或者出現(xiàn)集中供熱網(wǎng)引入其它熱源導(dǎo)致水力工況發(fā)生巨大變化時(shí)，由于回水加壓泵房的位置的移動、調(diào)整較為困難，已建成的泵房就將面臨報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。
  3.分布式變頻泵系統(tǒng)方案淺析
  3.1. 分布式變頻泵系統(tǒng)
  為解決管網(wǎng)輸送問題，方案之二為在資用壓頭不足的熱力站增加站內(nèi)回水加壓泵，即構(gòu)建分布式變頻泵系統(tǒng)的方案。
  經(jīng)水力計(jì)算后［5］，管網(wǎng)資用壓頭分布如圖4所示：
  如圖中所示為各熱力站節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)為該熱力站的資用壓頭，圖中還給出了設(shè)計(jì)工況下各站回水加壓泵的揚(yáng)程分布情況。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可繪制出水壓圖如圖5所示：
  在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，泵流量即為該熱力站的設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程即為該熱力站資用壓頭不足之值，并考慮一定的安全系數(shù)后形成。如圖6所示給出了各站回水加壓泵的電機(jī)容量的分布曲線。
  從圖中可知，由于有些站供熱負(fù)荷較小使得回水加壓泵工作流量小、有些站靠近熱源使得回水加壓泵的揚(yáng)程較小，這樣大部分熱力站站內(nèi)回水加壓泵總功率在10kW以內(nèi)，而最大的回水加壓泵總功率也未超過30kW，一方面泵體較小，站內(nèi)安裝改造方便，另一方面大部分熱力站無須因增加了回水加壓泵發(fā)生電路改造等電增容的工作量，同時(shí)這為泵的可移動性也帶來了較多的便利條件。
  3.2. 方案淺析
  較之在管網(wǎng)上增加回水加壓泵房的第一方案，采用分布式變頻泵的方案的實(shí)際上是將回水加壓泵化整為零，只在供回水差壓不足的熱力站的站內(nèi)回水管上增設(shè)變頻加壓泵。本方案如下幾個(gè)特點(diǎn)：
  首先，分布式變頻泵的方案，系統(tǒng)無用功消耗小，運(yùn)行費(fèi)用低。各站回水加壓泵的運(yùn)行，只需滿足本站運(yùn)行的資用壓頭即可。在設(shè)計(jì)工況下，各站回水加壓泵所需要提供的最小功率約為200kW，而有效功率達(dá)到100％。在部分負(fù)荷時(shí)，由于各用戶負(fù)荷變化的不一致性，仍可調(diào)節(jié)本站回水加壓泵的轉(zhuǎn)速以滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需求即可，基本無閥門的節(jié)流損失。經(jīng)計(jì)算可知，約50個(gè)熱力站的回水加壓泵全年功耗約為50萬度電。相對于管網(wǎng)回水加壓泵房的方案節(jié)能在50％以上。
  其次，分布式變頻泵的方案，回水加壓泵功率小、揚(yáng)程低，移動動力強(qiáng)，適應(yīng)熱負(fù)荷變化的能力也強(qiáng)。在城市熱負(fù)荷的發(fā)展初期，遠(yuǎn)端熱力站未能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，可在遠(yuǎn)端幾個(gè)不能滿足要求的熱力站增加幾個(gè)揚(yáng)程較小的回水加壓泵即可。而在負(fù)荷充分發(fā)展后，熱負(fù)荷的分布與設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)想往往會產(chǎn)生偏差時(shí)，在將揚(yáng)程小的回水加壓泵移動到離熱源較近的熱力站，而在遠(yuǎn)端用戶增加揚(yáng)程較高的回水加壓泵。如在匹配水泵時(shí)充分考慮系統(tǒng)的運(yùn)行工況變化，保持各水泵在調(diào)節(jié)過程中能在高效率點(diǎn)工作，其節(jié)能效益是不言而喻的。
  4.結(jié)論和建議
  隨著集中供熱負(fù)荷的增長，某市集中供熱網(wǎng)即將在網(wǎng)絡(luò)末端出現(xiàn)熱力站資用壓頭不足的情況，為解決此問題本文針對兩種方案進(jìn)行了討論，一為在管網(wǎng)支干線增加管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，一為在不能滿足管網(wǎng)壓差要求的地方增加熱力站回水加壓泵的方法，即為分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案。采用分布式變頻泵系統(tǒng)有如下好處：
  1）降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用
  采用回水加壓泵房的方案閥門節(jié)流損失大，運(yùn)行能耗高。該方案回水加壓泵房的全年耗電將超過120萬度電，而在閥門上的消耗將超過70萬度電。若采用分布式變頻泵的方案，可將各站回水加壓泵全年總耗電降低到約50萬度電。
  2）適應(yīng)管網(wǎng)熱負(fù)荷的變化能力強(qiáng)
  分布式變頻泵的方案，由于站回水加壓泵功率小、揚(yáng)程低，移動動力強(qiáng)，適應(yīng)管網(wǎng)熱負(fù)荷變化的能力也強(qiáng)。但若采用回水加壓泵房的方案，由于回水加壓泵泵房的建設(shè)較為復(fù)雜，初投資較大且移動能力較差。若在回水加壓泵泵房建設(shè)完成后，熱負(fù)荷的分布與設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)想產(chǎn)生嚴(yán)重偏差或者集中供熱網(wǎng)引入新的熱源導(dǎo)致水力工況發(fā)生巨大變化時(shí)，由于回水加壓泵房的位置不可能相應(yīng)移動、調(diào)整，已建成的泵房將面臨報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。
  經(jīng)分析可知，采用分布式變頻泵系統(tǒng)的解決方案較之管網(wǎng)回水加壓泵房的解決方案，即可降低設(shè)備初投資和管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)適應(yīng)熱負(fù)荷變化能力更強(qiáng)，綜合考慮以上因素，采用分布式變頻泵的解決方案較優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

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