天津市恒安供熱發(fā)展有限公司總經(jīng)理   張賀記   

    摘要：供熱資源整合是供熱的發(fā)展趨勢(shì)，雖然可以通過(guò)大型集中供熱，使鍋爐效率大大提高，但也會(huì)帶來(lái)管網(wǎng)輸配能耗的增加。本文從理論上分析了全新的變頻二級(jí)泵技術(shù)的節(jié)能原理，并介紹在天津恒安供熱公司的實(shí)際應(yīng)用中解決傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)輸配能耗過(guò)大的情況，表明大力推廣該項(xiàng)技術(shù)必將有利于促進(jìn)供熱資源整合的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：供熱節(jié)能變頻 二級(jí)泵 供熱資源整合

    我公司是在 2006 年中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)供熱網(wǎng)第三次年會(huì)上初步了解變頻二級(jí)泵技術(shù)的。我公司的寶平供熱站， 2005 ～ 2006 年的供暖面積為 53 萬(wàn)平方米，其中 18 萬(wàn)平方米供應(yīng)生活熱水。 2007 ～ 2008 年決定把距供熱站 6 公里外的三個(gè)新住宅小區(qū)及規(guī)劃的政府行政區(qū)約 70 萬(wàn)平方米納入并網(wǎng)規(guī)劃。為解決主管網(wǎng)越連越長(zhǎng)，水力失調(diào)難以解決的問(wèn)題。決定與北京金房暖通節(jié)能技術(shù)公司合作，在該供熱站采用 “變頻二級(jí)泵技術(shù)”。

一、傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)與二級(jí)泵供熱系統(tǒng)水壓圖分析

    為了區(qū)分二者，以下把僅在鍋爐房設(shè)主循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)稱(chēng)為傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)，而后者稱(chēng)為二級(jí)泵供熱系統(tǒng)。

   水壓圖一為傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的水壓示意圖，由圖一可以看出傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的水壓圖為喇叭型水壓圖，供熱管網(wǎng)越長(zhǎng)、阻力越大，其 A-B 端開(kāi)口越大，需要的循環(huán)水泵揚(yáng)程越高，同時(shí)使近端用戶(hù)與遠(yuǎn)端用戶(hù)的壓差的差距也越大，不利于水力平衡。且傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的水泵揚(yáng)程、流量一經(jīng)確定，其供熱半徑也就確定了。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程，是由鍋爐房?jī)?nèi)部阻力、鍋爐房至最遠(yuǎn)端或最不利點(diǎn)的供回水管道阻力及換熱站內(nèi)部阻力三個(gè)部分組成，有供熱半徑的局限性。水壓圖二為二級(jí)泵供熱系統(tǒng)水壓示意圖，由圖二可看出其為啞鈴型水壓圖，啞鈴的兩端有各自的循環(huán)水泵。鍋爐房?jī)?nèi)的一級(jí)泵只保證鍋爐及鍋爐房?jī)?nèi)管網(wǎng)的阻力損失，各換熱站內(nèi)的二級(jí)泵揚(yáng)程滿(mǎn)足從鍋爐房至換熱站管網(wǎng)阻力損失及站內(nèi)機(jī)組系統(tǒng)損失，根據(jù)換熱站距離不同，各二級(jí)泵揚(yáng)程選擇也不同，理論上供熱半徑可無(wú)限延伸，沒(méi)有局限性。

    為滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保要求，供熱資源整合是當(dāng)前燃煤鍋爐供熱的必然趨勢(shì)，整合后的鍋爐房一般單臺(tái)鍋爐容量都大于 29MW ，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，鍋爐房一次循環(huán)泵揚(yáng)程 H ₁ ≥ 50mH ₂ O ，而一般鍋爐房?jī)?nèi)系統(tǒng)總阻力約 10 － 15mH ₂ O ，所以二級(jí)泵系統(tǒng)中鍋爐房?jī)?nèi)水泵揚(yáng)程 H' ₁ ≈ 20mH ₂ O 形成 H ₁ ： H' ₁ ≥ 2.5:1 。

    在傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中，不僅鍋爐房?jī)?nèi)循環(huán)水泵揚(yáng)程過(guò)高，而且一次網(wǎng)普遍存在水力失調(diào)問(wèn)題，為保證各換熱站熱力平衡，只有人為地將富裕壓頭用調(diào)節(jié)閥消耗掉。而二級(jí)泵供熱系統(tǒng)各換熱站的用熱是通過(guò)二級(jí)泵按需自取，各站間互不影響，不存在水力失調(diào)問(wèn)題。

    綜上得出變頻二級(jí)泵技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴二級(jí)泵供熱系統(tǒng)從鍋爐房?jī)?nèi)、外網(wǎng)至換熱站承壓，比傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)低 2 － 3 倍，從運(yùn)行上減少了安全隱患，大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用年限。

⑵二級(jí)泵系統(tǒng)供熱半徑比傳統(tǒng)系統(tǒng)靈活性更大，這樣有利于供熱資源整合過(guò)程中逐步并網(wǎng)聯(lián)片的發(fā)展。

⑶二級(jí)泵技術(shù)不存在一次網(wǎng)水力失調(diào)問(wèn)題，供熱系統(tǒng)穩(wěn)定。

二、二級(jí)泵技術(shù)理論節(jié)能分析

動(dòng)、勢(shì)能的轉(zhuǎn)換公式：

mgh=（ 1/2 ） mv ²

伯努力方程：

p/r（壓強(qiáng)水頭）＋ Z （位置水頭）＋ V ² /2g （流速水頭）＝ C （常數(shù)）

    由上述兩個(gè)公式可以看出勢(shì)能的大小與流體流速成平方關(guān)系；阻力與流速也是成平方關(guān)系。由此可推導(dǎo)出泵與風(fēng)機(jī)相似率理論方程，使我們得出水泵的流量、揚(yáng)程、功率與水泵的轉(zhuǎn)速關(guān)系。

    即 Q/Q _m =n/n _M

      H/H _m =(n/n _m ) ²

             N/N _m =(n/n _m ) ³

    這里 Q －代表水泵流量； n －代表水泵轉(zhuǎn)數(shù)； H －代表水泵揚(yáng)程； N －代表水泵軸功率。

    由此可見(jiàn)，水泵的轉(zhuǎn)數(shù)與揚(yáng)程成平方關(guān)系；與功率成立方關(guān)系。在二級(jí)泵供熱系統(tǒng)中，由于鍋爐房?jī)?nèi)有解耦管，各換熱站有二級(jí)泵，這樣組成了兩個(gè)既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)的循環(huán)系統(tǒng)。任何一個(gè)鍋爐房?jī)?nèi)內(nèi)部阻力基本是定值，一般小于 20mH ₂ O ，這樣使鍋爐房?jī)?nèi)的循環(huán)系統(tǒng)水泵揚(yáng)程大大降低，各二級(jí)泵的流量、揚(yáng)程又是按實(shí)際需要選擇，不存在傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中大馬拉小車(chē)現(xiàn)象和水力失調(diào)等問(wèn)題，并且由于采用變頻技術(shù)控制，即使某些站流量發(fā)生變化也是通過(guò)降低轉(zhuǎn)速節(jié)電能去實(shí)現(xiàn)，減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)中消耗在調(diào)節(jié)閥上的能耗。

三、寶平供熱站改造成變頻二級(jí)泵技術(shù)的實(shí)例分析

    恒安供熱公司寶平供熱站 2007 年計(jì)劃把距供熱站 6 公里外的三個(gè)新住宅小區(qū)及規(guī)劃的政府行政區(qū)約 70 萬(wàn)平方米供熱逐步納入并網(wǎng)。由于原循環(huán)泵流量、揚(yáng)程有限，計(jì)劃采用“中間加壓站”，對(duì)不利環(huán)路進(jìn)行加壓循環(huán)。但根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)采用“中間加壓站”后，反而會(huì)造成許多換熱站水力失調(diào)。而在建筑節(jié)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)供熱網(wǎng)年會(huì)上研討的二級(jí)泵技術(shù)，使我們找到了解決遠(yuǎn)距離供熱的新方法，我公司與北京金房暖通節(jié)能技術(shù)有限公司合作將寶平供熱站和所屬的各換熱站，改成變頻二級(jí)泵供熱系統(tǒng)，加裝一、二級(jí)泵及變頻控制柜十六臺(tái)、套，投資 60 余萬(wàn)元。改造前，當(dāng)二臺(tái) 29MW 鍋爐運(yùn)行時(shí)，采用 160KW 的循環(huán)水泵，當(dāng)三臺(tái) 29MW 鍋爐運(yùn)行時(shí)，采用 250KW 的循環(huán)水泵。改造后，循環(huán)水泵分別改為 75KW 和 90KW ，各換熱站二級(jí)泵也按照經(jīng)多次水力計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行選型。改造后的運(yùn)行記錄顯示，初寒期、末寒期一般頻率在 30 赫茲左右，寒冷期在 40 － 45 赫茲。取 2007 年度改造為變頻二級(jí)泵系統(tǒng)后全冬的運(yùn)行數(shù)據(jù)與 2006 年度沒(méi)有改造相比較，不但收回了投資成本且節(jié)電 41 ％、節(jié)煤 23 ％。

          寶平供熱站一次水系統(tǒng)改造前后水泵功率比較

煤、電消耗對(duì)比表（含各換熱站耗電）

    通過(guò)上述兩個(gè)表中數(shù)據(jù)對(duì) 2006 年度與 2007 年度能耗比較，雖然有兩個(gè)年度鍋爐使用率不同的影響，但從理論分析到實(shí)際應(yīng)用都可證實(shí)，通過(guò)二級(jí)泵技術(shù)的應(yīng)用，可以大幅度地節(jié)煤、節(jié)電，是勿庸置疑的。所以在水壓圖分析得出二級(jí)泵技術(shù)三大優(yōu)勢(shì)中應(yīng)增加第⑷條，即二級(jí)泵技術(shù)的使用能顯著地節(jié)約煤炭，節(jié)約電能。

四、結(jié)論

    變頻二級(jí)泵供熱系統(tǒng)是全新的供熱系統(tǒng)，以上針對(duì)變頻二級(jí)泵技術(shù)從理論到實(shí)際應(yīng)用得出了四大優(yōu)勢(shì)，有些可能分析的不準(zhǔn)確或用詞不恰當(dāng)，但二級(jí)泵實(shí)實(shí)在在的實(shí)用結(jié)果會(huì)得到供熱同行的認(rèn)同，我認(rèn)為應(yīng)在供熱行業(yè)大力推廣這項(xiàng)技術(shù)。在這里，我衷心感謝供熱網(wǎng)溫麗主任、楊建勛秘書(shū)長(zhǎng)及丁琦工程師對(duì)恒安工作及技術(shù)改造的支持。