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热负荷逐年增加的供热系统中循环泵的优化选择问题

  随着我国国民经济的快速发展,我国人民居住水平不断提高,房地产行业迅猛发展,供热需求不断增加。即使是县级城镇,每年也有十万平方米左右的新增供热面积。同时,国家为了保护日益恶化的大气环境,减少污染物的排放,各地都在有计划地关闭各种效率低下、污染严重的供暖小锅炉房,新建大型集中供热的热力系统,将零散热用户并入集中供热的大网中。由于小锅炉房的取缔和新增新建的房地产小区是有计划的、逐年不断扩大的,因此,有许多的集中供热工程,它的热负荷也是逐年增加的。经调查发现,对于这样的供热工程,设计部门往往是按满负荷时需要的设备进行选型,在供热负荷不高的最初几个采暖期里,大量存在供热设备“大马拉小车”的现象。

 “大马拉小车”运行的后果是造成了巨大的供热能源浪费,这种浪费在循环水泵方面最为突出。如吉林双辽市阳光供热企业,设计供热面积120万平方米,2006-2007供热期供热面积80万平米,循环水泵按设计部门设计的3台,693t/h流量,115米扬程,配套电机功率315kW。在2006-2007供热期,运行一台水泵时电机超流,同时流量不够,只好运行两台水泵。即使是运行两台水泵,还是存在水泵电机超流现象,水泵的出口阀门也只能打开1/4,电机总功率达到630kW。根据实际运行的数据,实际流量1200t/h、实际扬程65米,如果选择合适的循环泵,只需要一台315kW的水泵就富富有余。蒸汽流量计,蒸汽流量表,蒸汽计量表,蒸汽表,涡街流量计,气体流量计,液体流量计,热水流量计 。造成电耗浪费在一个供热期内达到一百多万元。因此,根据实际供热负荷的大小,邀请相关专家,通过科学合理的水力计算,选择适合当前供热系统的循环水泵,对于供热企业的节能降耗有着十分重要的意义。本文将以伊通县天源热力有限企业集中供热建设的工程实例,对循环水泵的优化选择的相关问题进行仔细地论述。

在具体论述之前,先明确几个关于循环泵功率的几个概念:

水泵轴功率(水泵的输入功率):指水泵在一定的扬程下输出一定的水量所需要的电功率,在电机和水泵的泵轴直接连接的情况下,水泵的轴功率等于电机的输出功率。

简化公式:NZ=G×H/367/η1。

NZ:水泵的轴功率,单位kW。有些厂家的样本或水泵的铭牌上面标有额定轴功率值。

并标有水泵的高效区。

H:水泵的扬程,单位m·H2O。厂家的样本或水泵的铭牌上面标有额定扬程值

η1:水泵的效率,效率低的水泵65%~80%,效率高的水泵达到82%~86%。有些厂家的样本或水泵的铭牌上面标有水泵的最高效率。

电机的额定输出功率:指电机实际传送给水泵的额定功率。电机名牌上面的额定功率是电机所能提供给水泵的最大功率。人们常说的电机功率多少kW,指的就是这个功率。

公式:NDC=I·V·1.732·cosφ·η2

NDC:电机的输入功率,单位kW。

I:输入电机的电流,单位A。

V:输入电机的电压,单位V。

Cosφ:电机的功率因数,一般值80%~84%左右。

η2:电机的效率,一般95%~97%左右。

对于供热系统的循环泵而言,电机和水泵大多采用直接连接,因此,电机实际的运行功率就等于循环泵的实际工作功率。

电机的输入功率:电机实际耗电功率。在实际供热工作中,这个输入功率是最应引起关注的,因为它是循环泵真正的电耗,这个功率大多通过电流大小来进行计算。

公式:NDR=I·V·1.732

NDR:电机的输入功率,单位kW。

水泵的输入功率和电机的输入功率(电机实际消耗电功率)的关系:

PDR=PZ/cosφ/η=NDC·cosφ·η2

在供热工程中,很多人把水泵的输入功率(额定功率)当作是电机的输入功率(耗电量),这样的认识是错误的。

工程概述:

吉林省伊通县天源热力有限企业于2005年建设并投入运行,设计供热面积160万平方米,2005-2006年供热期供热面积80万平方米,2007年供热面积达到120万平方米,2008年供热面积达到160万平方米。设计热源为14MW热水锅炉4台,锅炉热媒参数130℃/90℃,一次网循环水泵3台,循环水泵流量576t/h,扬程63米,循环泵电机功率200kW。

2005-2006年供热期运行情况:

在2005-2006年供热期,运行一台循环泵时出现电机超流过热和一次网流量分配不均问题,开两台泵同时运行之后,电机超流过热问题解决了,各个换热站之间的流量失调问题仍然很严重。蒸汽流量计,蒸汽流量表,蒸汽计量表,蒸汽表,涡街流量计,气体流量计,液体流量计,热水流量计。整个供热期采用两台循环泵同时运行的运行方式。运行的实际参数:循环流量1400t/h,实际扬程34米。电机总功率400kW。

分析原因,优化选泵:

2006年初,在对上一年度供热实际情况进行详细分析的基础上,经过仔细的水力计算,

当供热满负荷时,供热系统的阻力应该是50米,原来的设计选型时63米,明显偏高。而当供热热负荷在80万平方米时,相应的系统阻力应该是25米。根据笔者水力计算的结果(一次网循环泵的流量按每平方米1.2公斤计算,扬程根据水利计算确定),适应伊通县天源热力企业的不同时期的一次网循环泵参数如下:

80万平米 流量:960t/h 扬程:25米?水泵轴功率:90kW

100万平米 流量:1400t/h 扬程:36米 水泵轴功率:190kW

120万平米 流量:1900t/h 扬程:50米 水泵轴功率:315kW

由于循环泵的选取不当,本来90kW的循环泵就够用了,实际运行达到了400kW,一年供热期按160天计算,多耗电能153.6万kW·h,电费按0.8元/kW·h计算,浪费122.88万元,浪费惊人。

对于不使用变频器的循环水泵的选取:

在供热面积80万平方米时,应选择90kW的,流量960t/h左右,扬程小于等于25米的泵,这一台泵即可以满足80万平方米的供热,还可为供暖120万平方米时初、末寒期使用。07年再选择一台190kW的、不大于1400t/h流量、36米扬程的泵。这一台泵可满足120万平方米的供热需求,同时可在供暖160万平方米时初末、寒期使用。08年再选择1800~1900t/h流量的大泵,扬程50米,电机功率315kW,可以满足满负荷时严寒期的供热。虽然原来的两台泵并联使用也能达到满负荷的需要,但两台泵的功率达到400kW,和一台315kW的泵相比,运行成本过高,其一年多浪费的电费可以买几台水泵。由此也可以看出,循环泵的正确选型对于节能与否至关重要。现在有很多的供热企业,只看到买水泵时多花了多少钱,买普通水泵比优质水泵少花了多少钱,却看不到使用不合适的水泵、使用效率低下的水泵每年多花的电钱,比在水泵上面多投入的钱要多得多。蒸汽流量计,蒸汽流量表,蒸汽计量表,蒸汽表,涡街流量计,气体流量计,液体流量计,热水流量计 。

对于准备使用变频器的循环泵的选择:

如果选用90kW、流量960t/h左右、扬程小于等于25米的泵循环泵,外加90kW变频器,第二年以后90kW的变频器基本无用了,有浪费投资之嫌。

如果选用190kW的不大于1400t/h流量,36米扬程的循环泵,外加190kW的变频器,通过变频运行,可以满足80万平方米初、末寒期的供热,第二年,通过频率调节还可以满足120万平方米初末寒和严寒期的供热。当供热系统满负荷达到160万平方米时,可以再选择一台1800~1900t/h流量、扬程50米、电机功率315kW的大泵,由于使用时间短,可以不用另加变频器。

而如果直接选用一台315kW的循环泵外加变频器,虽然也可以满足从80万到160万平方米的供热需要,

但在供热80万平方米时,虽有变频器,水泵的工作点也将严重偏离水泵的高效区,造成电能浪费,不论初投资还是运行成本都不经济。

通过上面的分析,根据伊通天源热力的具体情况,得出了两个循环水泵的优化方案:

第一个方案,循环泵不使用变频器时,先选择一台90kW、流量960t/h左右、扬程小于等于25米的泵循环泵,原来的三台泵拆除一台,其余两台作为临时备用。第二年,如果供热负荷达到120万平方米左右,再拆除一台原来的水泵,更换一台190kW、不大于1400t/h的流量、36米扬程的循环泵。第三年,再拆除90kW的泵,增加一台1800~1900t/h流量、扬程50米、电机功率315kW的循环泵,其它的泵作备用。

第二方案,循环泵使用变频器。先选择一台190kW、1400t/h流量、36米扬程的循环泵,同时装配同功率的变频器一台,原来的三台泵拆除一台,其余两台作为临时备用。当热负荷不足时,根据实际供热面积大小和天气情况,采用变频调节水泵出力,当达到满负荷160万平方米时,再增加一台不配置变频器,1800~1900t/h流量、扬程50米、电机功率315kW的循环泵,用于满负荷严寒期的供热。

由于原来的循环泵电机功率是200kW,只比实际需要的190kW大10个千瓦,因此,可以使用原来的电机,只更换一个水泵泵头即可。

实际改造情况:

经过分析比较,伊通县天源热力企业准备采用第二方案。后来由于资金原因,天源热力企业没有完全按照第二方案进行实施,只是将原来的循环水泵增加了一套200kW的变频器,而原来的循环泵没有按要求更换。

2006-2007年供热期实际运行情况:

2006-2007年供热期实际运行时,一开始使用一台泵满负荷运行,

循环流量1030t/h。由于循环流量比上一年减小许多,一次网原来就存在的水力失调情况更加严重,后来聘请水力平衡专家进行精心的平衡调节(一次网流量按每平方米1公斤),基本消除了一次网的水力失调,循环流量降低到830t/h。蒸汽流量计,蒸汽流量表,蒸汽计量表,蒸汽表,涡街流量计,气体流量计,液体流量计,热水流量计 。

一次网平衡调节好之后,经测量实际循环流量830~850t/h,水泵实际扬程23米,电机电流133安培,电机功率88kW。与上05-06供热期循环泵400kW相比,在供热面积不变的前提下,电耗同比下降78%。

值得一提的是,经笔者测算,如果采用笔者建议的更换循环泵泵头、增加变频器的第二种方案,由于循环泵的流量和扬程与系统的特性曲线更加匹配,在今年的运行参数下(循环流量850t/h,水泵实际扬程23米),电流只需116安培,电机功率只需76kW。两者相比,还可再节约电耗(88-76)·24·160=46080kWh,电价按0.8元/kWh计算,折合电费36864元。

通过伊通天源热力企业循环泵改造的这个实例,也证明了只有在循环泵的流量、扬程参数合理,水泵运行在高效率区的前提下,使用变频器才能达到最大的节能、节电。

总结:

根据伊通县天源热力企业循环水泵改造前的情况和实施循环水泵优化改造方案后实际运行的数据所进行的分析,可以看出:供热系统的循环泵必须根据不同供热系统的实际情况,由经验丰富的专业技术人员进行选型。可根据不同采暖季的负荷情况确定水泵型号、参数,同时对这一时期的循环泵变频调速。在具体运行时,还要同时做好水力平衡调解工作,水力平衡的调节、水泵运行的调节互相协调才能达到最理想的运行工况。

 


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