热网循环水泵的选型及运行节能分析_郭震环

科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT＆ECONOMY2010年第20卷第35期
1供热系统的运行调节
1.1供热系统的热平衡
城市集中供热的主要热负荷是建筑物的采暖热负荷。

采暖
热负荷随室外气温的变化而变化，供热系统供出的热量应满足
不同室外气温时采暖热负荷需求。

因此，供热系统必须根据不同
室外气温对供热量进行调节。

供热系统供出的热量由下式计算：
Q=
1
3.6
Gρc（t1-t2）（1）
式中，Q为建筑物的采暖热负荷，k W；G为热网的热水流量，m3/h；ρ为热水的容重，t/m3；c为热水的比热容，kJ/（kg·℃）；t1为热网的供水温度，℃；t2为热网的回水温度，℃。

1.2热水管网及水泵的特性［1］
热水管网的水力特性：
ΔP=S·G2（2）式中，ΔP为热水管网管段的压降，Pa；S为管段的阻力特性系数，Pa/（m3/h）2；G为管段的流量，m3/h。

水泵的特性（叶轮型水泵）：
G =n
；H=n2；N=n3（3）
式中，n为水泵设计工况下的转速，r/min；H为水泵设计工况下的扬程，m；N为水泵设计工况下的轴功率，kW；G为水泵设计工况下的流量，m3/h；N′为水泵在不同运行工况时的轴功率；H′为水泵在不同运行工况时的扬程；G′为水泵在不同运行工况时的流量。

水泵的轴功率由下式计算：
N′=G′H′
367η′
（4）
式中，η为设计工况水泵的效率，％；N、G、H、N′、H′、G′同式（3）。

由以上各式看出，热水管网的水力特性与水泵工作点的特性是相同的。

水泵的流量与水泵转速成正比，水泵的扬程与水泵流量的平方成正比，水泵的轴功率与水泵流量的立方成正比。

1.3供热系统的运行调节
由式（1）看出，调节供热系统供出的热量，可以调节热网流量，也可调节供、回水温度。

调节方式主要有以下5种：第一，质调节。

保持热网流量不变，改变供、回水温度。

其优点是调节方便，操作简单。

其缺点是循环水泵始终在大流量下运行，电耗很大。

第二，量调节。

保持热网供、回水温度不变，改变热网流量。

其优点是热网流量根据室外气温的变化调节，热网可在较小流量下运行，可节约大量的电能。

其缺点是流量较小时易产生水力失调，须采用无级调速循环水泵。

第三，分阶段改变流量的质调节。

按室外温度把供暖期分成几个阶段，室外气温较低的阶段采用较大流量，室外气温较高的阶段采用较小流量，在每一个阶段内保持热网流量不变而改变供、回水温度。

其优点是调节方法简单，既能节约较多的电能，又能保证水力工况稳定。

其缺点是节电不能发挥最大的潜力。

第四，质—量综合调节。

同时调节热网供、回水温度及热网流量。

其优点是可保证水力工况稳定，并最大限度地节约电能。

其缺点是调节复杂，须采用无级调速循环水泵，并配套可靠的自动控制系统。

第五，间歇调节。

只改变每天的供热时数，不改变热网运行参数。

其优点是能节约较多的电能，但存在用户室内温度波动大，近端用户供热效果好，远端用户供热效果差的现象，大型集中供热系统中一般不采用。

综上所述，质—量综合调节方式水力工况和节电效果最好，但调节复杂；分阶段改变流量的质调节，节电效果好，调节方法较简单；单纯质调节、量调节及间歇调节方式都存在明显的缺点。

因此，集中供热系统多采用分阶段改变流量的质调节方式。

2热网循环水泵的选型
2.1循环水泵选型的基本原则
循环水泵选型的基本原则有以下几点：循环水泵的总流量不小于设计总流量；循环水泵的扬程不小于运行流量条件下热网总阻力；流量—扬程曲线应平缓，并联运行水泵的特性曲线宜
文章编号：1005－6033（2010）35－0163-03收稿日期：2010－10－21热网循环水泵的选型及运行节能分析
郭震环
（太原市热力公司，山西太原，030001）
摘要：介绍了热水管网的运行调节方式、循环水泵选型的基本原则及选型方法，通过
案例对采用分阶段改变流量的质调节时，水泵的多种选型方案及运行电耗进行了分析
比较。

关键词：供热系统；循环水泵；节能分析；运行调节
中图分类号：TU833+.1文献标识码：A
163
相同；循环水泵的承压、耐温能力应满足各种运行工况的要求；应尽量减少并联水泵的台数，设置3台或3台以下水泵时，应设置备用泵，设置4台或4台以上水泵时，可不设置备用泵。

2.2循环水泵选型的方法
循环水泵的选型应按供热系统的运行调节方式确定：
（1）质调节或间歇调节时，水泵参数按设计工况确定，选用恒速水泵。

（2）量调节或质—量综合调节时，水泵参数按设计工况确定，水泵电机配置无级调速装置。

（3）分阶段改变流量的质调节时，常用的有以下几种选型方案：一是水泵参数按分阶段流量及对应的热网阻力确定，选用大小不同的多台水泵分别运行；二是水泵参数按设计工况确定，选用水泵配置变极调速电机，分阶段运行；三是水泵参数按设计工况确定，选用多台同型号水泵，按不同台数并联运行；四是水泵参数按设计工况确定，选用同型号水泵，配置无级调速装置。

3循环水泵选型案例分析
本文重点研究采用分阶段改变流量的质调节时循环水泵的选型。

为防止水力失调，热网运行流量不小于设计流量的60％。

某地某热电厂首站供热面积500×104m2，设计热负荷300 MW，设计供温度130℃、回水温度70℃，设计流量4300t/h，设计流量下热网总阻力为800kPa。

3.1热网循环水泵的选型及运行方式
（1）热网循环水泵选用3台不同型号的水泵。

大水泵的流量按设计流量4300m3/h设定，扬程按热网总阻力800kPa。

选用28sh－10双吸中开泵，水泵流量（3715～4700～4896）m3/h，扬程（99.5～90～87）m，转速980r/min，水泵效率87％～92％～89.5％，配置电机功率为1250kW。

中水泵的流量按设计流量的80％确定，即3440m3/h，对应热网总阻力为512kPa。

选用28sh－10JA双吸中开泵，水泵流量（2111～3600～4248）m3/h，扬程（57.5～52～43.5）m，转速742r/min，水泵效率52％～72％～69％，配置电机功率为710kW。

小水泵的流量按设计流量的60％确定，即2580m3/h，对应热网总阻力28.8kPa。

选用24sh－19A双吸中开泵，水泵流量（2304～2880～3600）m3/h，扬程（31.5～27～20）m，转速970r/min，水泵效率84％～89％～85％，配置电机功率为280kW。

运行分为3阶段，严寒期运行大水泵，两段中寒期运行中水泵，初寒期和未寒期运行小水泵。

由于中水泵可满足80％的热负荷，所以不另设备用泵。

（2）选用两台变极双速电机水泵（一用一备）。

选用28sh－10双吸中开泵，电机配置双极平方转矩型特性的双速电机，极对数为6/8P，转速为980/740r/min，水泵运行流量为4300/3247m3/h （低速时流量为设计流量的75.5％），对应热网总阻力800/456 kPa，轴功率1042/449k W，配置电机功率为1250k W。

运行分为两个阶段，严寒期水泵按高速运行，初寒期和未寒期水泵按低速运行。

该方案也可选用变极三速电机水泵。

（3）选用4台同型号水泵（3用1备）。

水泵流量按设计流量1/3确定，即1433m3/h，扬程按设计工况热网总阻力800kPa。

选用20sh－6A双吸中开泵，水泵流量为（1349～1870～2140）m3/h，扬程为（93～85～77）m，转速为970r/min，水泵效率为70%～77%～74％，配置电机功率为630k W。

运行方式为分两个阶段运行，严寒期启动3台泵并联运行，总流量为4300m3/h，扬程为80m。

初寒期和未寒期启动两台泵并联运行，总流量为2866m3/h（设计总流量的66.67％），对应热网总阻力355.6kPa，为防止水泵超载，采用阀门调节热网总阻力至800kPa。

（4）选用两台同型号水泵（一用一备）。

水泵流量和扬程按设计工况。

选用20sh－6A双吸中开泵，电机配置无级调速装置。

调速装置可配置高压变频器及专用调频电机、高压斩波内反馈调速装置及专用绕线电机、液力耦合器、电磁滑差离合器等。

运行方式可按室外气温分为3～5个阶段运行。

本文不再赘述。

3.2循环水泵运行电耗计算
某地近30年的气象资料统计，室外采暖计算温度为－12℃，采暖期144天，循环水泵在各种室外气温下的延续时间及供热负荷见表1。

为避免水泵效率不同对比较理论耗电量的影响，假设水泵效率均为85％，计算结果分别见表2～表5。

两台恒速水泵质调节运行理论电耗情况见表2。

3台不同型号恒速水泵分3阶段运行理论电耗情况见表3。

两台变极双速电机水泵（一用一备）分两阶段运行理论电耗计算情况见表4。

4台同型号恒速水泵（三用一备）分两阶段并联运行理论电耗计算情况见表5。

3.3循环水泵投资及运行节能分析
（1）从上面分析可以看出，分阶段改变流量的质调节时，分的阶段越多，节电率越高。

（2）选用不同型号的3台水泵，分3阶段运行大小不等的水室外平均
温度/℃
≤-12
-11.9～-11
-10.9～-10
-9.9～-9
-8.9～-8
-7.9～-7
-6.9～-6
-5.9～-5
-4.9～-4
延续时
间/h
80
58
90
113
144
172
191
242
339
累计时
间/h
80
138
228
341
485
657
848
1090
1429
供热负
荷/MW
300
290
280
270
260
250
240
230
220
室外平均
温度/℃
-3.9～-3
-2.9～-2
-1.9～-1
-0.9～0.0
+0.1～+1
+1.1～+2
+2.1～+3
+3.1～+4
+4.1～+5
延续时
间/h
246
241
243
294
198
201
173
173
258
累计时
间/h
1675
1916
2159
2453
2651
2852
3025
3198
3456
供热负
荷/MW
210
200
190
180
170
160
150
140
130
运行
阶段
严寒期
流量
比/%
100
运行
时间
/h
3456
水泵
流量
/（m3/h）
4300
水泵
扬程
/m
80
水泵
效率
/%
85
轴功率
/kW
1102.74
理论
电耗
/kW·h
3811072
相对质调
节节电率
/%
0表1循环水泵在各种室外气温延续时间及供热负荷表
表2两台恒速水泵（一用一备）质调节运行理论电耗计算表
164
Statistical Analysis on the Book Circulation Data of University Library
———Taking Jiangjunlu Campus Branch Library of NUAA
（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ）as an Example
XI Xiu-lan
ABSTRACT :Through the classified statistic on the book circulation data of Jiangjunlu Campus Branch Library of NUAA ,this paper analyzes the reasons influencing the utilization ratio of the collection of university library ,and puts forward some countermeasures for improving the utilization ratio of the collection of library .
KEY WORDS :university library ;circulation data ;utilization ratio of collection ;NUAA
（上接第8页）
The Type Selection of the Circulating Pump in the Heating System
and the Analysis on the Energy Saving in Running
GUO Zhen-huan
ABSTRACT :This paper introduces the operation adjustment mode of the hot water pipe network and the basic principles of and methods for the type selection of the circulating pump ,and through some cases ,makes the analytical comparison of various type selection schemes of the pump and the power consumptions in operation when adopting the phased qualitative change in flow conditioning .
KEY WORDS :heating system ;circulating pump ;analysis on energy saving ;operation regulation
运行阶段严寒期初、未寒期合计
流量比/%
10066.67运行时间/h 167517813456
水泵流量/（m 3/h ）43002866水泵扬程/m
80
80
水泵
效率/%8585
轴功率/kW
1102.74734.99理论电耗/kW ·h
1847089
1309017
3156106
相对质调节节电率/%17.2
运行阶段严寒期
两段中寒期初、未寒期合计
流量比/%
1008060运行时间/h 657150212973456
水泵流量/（m 3/h ）430034432580水泵扬程/m
80
51.228.8水泵
效率/%
858585轴功率/kW 1102.74565.10238.19
理论电耗/kW ·h 724500
8487803089321882212
相对质调节节电率/%50.6
运行阶段严寒期初、
未寒期合计
流量比/%
10075.5运行时间/h 109025103456
水泵流量/（m 3/h ）43003247水泵扬程/m
80
45.6水泵
效率/%
8585轴功率/kW
1102.74474.64理论电耗/kW ·h
1201986
1191346
2393333
相对质调节节电率/%37.2
泵，设备投资低，设备维护和运行调节简单，理论计算节电率达50.2％。

（3）选用双速变极调速电机水泵，分两阶段运行，设备投资较低，运行调节简单，理论计算节电率达37.2％。

（4）选用同型号恒速水泵，分两阶段水泵并联运行，设备投资较低，理论计算节电率达17.2％。

（5）选用较少台数的水泵，电机配置无级调速装置，调节方便灵活，可分为较多的运行阶段，节电率高，但设备投资较高，设备维护复杂。

电机功率大于355kW ，一般为高压电机，大功率高压变频器价格昂贵，低压变频器、斩波内反馈调速装置、液力偶合器及电磁滑差离合器价格稍低。

变频器、
斩波内反馈调速设备无转差损耗，调速效率较高，节电效果优；液力耦合器、电磁滑差离合器设备有转差损耗，调速效率低，节电效果稍差。

4结语
热电厂首站、区域锅炉房以及热力站循环水泵进行设备选型及运行方式选择时，应进行技术经济比较，选择最佳方案。

参考文献
［1］石兆玉.供热系统运行调节与控制［M ］.北京：清华大学出版社，1994.
（实习编辑：唐尊进）
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第一作者简介：郭震环，男，1970年11月生，1996年毕业于西北建筑工程学院采暖通风专业，工程师，太原市热力公司，山西省太原市，030001.
表33台不同型号恒速水泵分3阶段运行理论电耗计算
表4两台变极双速电机水泵（一用一备）分两阶段运行理论电耗计算表
表54台同型号恒速水泵
（三用一备）分两阶段并联运行理论电耗计算表
165。