分布式变频二级泵供热系统

分布式变频泵供热系统的运行调节方式

秦冰1,秦绪忠1,谢励人1,陈泓2,胥津生2,李晓华3

(1.清华同方股份有限公司,北京100083; 2.中国市政工程华北设计研究院,天津300074;3.大同市热力有限责任公司,山西大同037004)

摘要:分布式变频泵供热系统是指在热力站换热器一次侧回水管上设置回水加压泵,代替阀门完成流量调节的供热系统。分布式变频泵供热系统中存在零压差点,该点供回水压力相等。采用变流量调节时,存在定零压差点和变零压差点两种运行调节方式。采用定零压差点运行调节方式时,供热系统在整个供暖期的各种工况均属于相似工况,运行调节较为简单,输送能耗也较小。

关键词:供热系统;热网;分布式变频泵;运行调节;零压差点

1分布式变频泵供热系统

某市集中供热系统目前总供热面积约1 000×104m2,热源为2座热电厂,采取联网运行。1座热电厂负责城东、城南,主干管规格为DN 1 000 mm;另1座热电厂负责城西、城北,主干管规格为DN800 mm。在2个热源循环泵基本满负荷的条件下,恰能满足供热要求,最不利热力站位于热网北端。随着城市的不断发展, 2个热源的供热能力已经难以满足负荷发展需求,目前已规划在2个热源附近建设新的热电厂。3个热源均位于该市城西,且距离很近,但距离城区较远,约7 km。由于2个既有热源的2条主干管已经占据从热电厂至城区的2条道路的路由,再敷设1条新管道由热电厂进市相当困难,而且造价也很高。因此,考虑利用已敷设的2条主干管输送热量,在压力不能满足设计要求的地方设置加压装置。经设计计算,约有1/2的热力站资用压头不能满足要求,须在这些热力站内增设回水加压泵(变频泵),即成为分布式变频泵供热系统。

分布式变频泵供热系统是指在热力站换热器一次侧回水管上设置回水加压泵代替阀门完成流量调节的供热系统,热力站流程见图1。

2·分布式变频泵供热系统中的零压差点

根据水力计算结果,可绘制出分布式变频泵供热系统从热源至最不利换热站的一级管网水压图(见图2)[1~4]。

由图2可知,分布式变频泵供热系统中存在供水压力与回水压力相等的现象,即图中供、回水动水压线的交点,该点的资用水头为0,称为零压差点。零压差点的位置与各热力站的流量分配、热网总流量及主循环泵提供的热网总供回水压差等因素相关。

①当各热力站的流量分配发生变化,如零压差点前端(即靠近热源一端)的热力站流量均增大,而远端热力站流量均减小,但热网总流量和热网总供回水压差不变时,零压差点会向热源偏移。为分析简便,先设定各热力站实际流量之比均等于各热力站设计流量之比,在整个供暖期都不发生变化。

②当热网总流量发生变化,如热网总流量增大,但其他条件不变(各热力站流量比、热网总供回水压差不变)时,零压差点会向热源偏移,反之则向远端偏移。

③当热网总供回水压差变化,如热网总供回水压差增大,但其他条件不变(各热力站流量比、热网总流量不变)时,零压差点会向远端偏移,反之则向热源偏移。

由于供热系统采用质、量并调的调节方式,因此热网总流量在整个供暖期内会随室外温度发生变化。与之对应,分布式变频泵供热系统运行调节方式可分为变零压差点的运行调节方式、定零压差点的运行调节方式。

3运行调节方式

3.1变零压差点的运行调节方式

变零压差点的运行调节方式是指尽量利用主循环泵来满足供热系统输送要求的运行调节方式。在供暖室外计算温度下,主循环泵按设计工况运行,各热力站的回水加压泵适当调节以获得本站所需要的设计流量,实现热量的均匀分配。随着室外温度的升高,由于供热系统采用质、量并调的调节方式,热网总流量和热网总供水温度随之降低,此时调节主循环泵维持热网总供回水压差不变,而零压差点则随着热网总流量的减小向远端偏移,直至某工况下,热力站不需要开启回水加压泵,仅依靠站内阀门的调节即可满足要求,该工况称为临界工况。

对于本文的供热系统,当热网总流量约达到设计流量的87%时为临界工况,这时所有热力站资用压头均大于等于站内消耗的压头,最不利热力站位置仍位于热网远端。

当室外温度继续升高,热网总流量和热网总供水温度继续降低,供热系统中将不存在零压差点,仅依靠站内阀门的调节,且主循环泵也无需达到最大出力即可满足供热系统输送的要求。由于变零压差点运行调节方式的主导思想是尽量利用主循环泵满足供热系统输送的要求,因此这种运行调节方式的运行调节过程为:

①供热初期,利用主循环泵即可满足供热系统输送要求,热力站的回水加压泵无需开启。

②随着室外温度的降低,热网总流量不断增大,当超过临界工况总流量后,需启动最不利热力站站内的回水加压泵,此时泵转速较低。

③随着室外温度的进一步降低,热网总流量进一步增大,热力站由远及近逐个启动回水加压泵,已经启动的回水加压泵转速不断提高,直至严寒期。

④在度过严寒期后,供热系统的运行调节又随室外温度的升高经过一个与①~③相反的过程。由以上分析可知,在整个供暖期,热力站经历了阀调节-回水加压泵启动-回水加压泵停止-阀调节的运行调节过程。

在这里引入相似工况的概念,即对于两个不同的工况,如果各热力站的流量和资用压头等比变化,就称这两个工况为相似工况。当供热系统调节平衡后,相似工况之间的变换,无需调节热力站阀门的相对开度或回水加压泵的转速,供热系统仍处于平衡状态[5]。

本文分析的供热系统从供热开始至临界工况属相似工况,平衡后阀门相对开度可不变,仍可保持系统平衡。但临界工况至设计工况,虽然供热系统中各热力站的流量等比变化,但资用压头不再保持等比变化。因此,此时供热系统中所有热力站阀门的相对开度或回水加压泵的转速随热网总流量不断变化,这是一个相当复杂的调节过程,对操作人员的要求较高。

3.2定零压差点的运行调节方式

定零压差点的运行调节方式是指通过主循环泵调节热网总供回水压差,保持零压差点位置基本不变的运行调节方式。在供暖室外计算温度下,主循环泵按设计工况运行,热力站的回水加压泵工作,以获取本站所需要的流量。随着室外温度的升高,热网总流量减小,调节主循环泵保持零压差点不变,热力站的回水加压泵适度调节以获取本站所需要的流量。通过分析可知,在定零压差点运行调节方式下,虽然在整个供暖期水力工况不断变化,但属相似工况。供热系统在整个供暖期运行中,有如下特点:

①减少了开启和停止回水加压泵的次数,降低了操作人员的工作强度。

②供热系统调节平衡后,回水加压泵随热网总流量的变化调节转速,降低了热网运行调节的难度。

③主循环泵可采用液力耦合器等调速装置,这样主循环泵的功耗可大为降低。虽然热力站回水加压泵功耗有所增加,但从整体考虑,总的功耗还是有所下降。

4结论

①分布式变频泵供热系统中存在着零压差点,该点供回水压力相等。采用变流量调节的供热系统存在定零压差点和变零压差点两种运行调节方式。

②采用变零压差点运行调节方式时,热力站经历阀调节-回水加压泵启动-回水加压泵停止-阀调节的运行调节过程。在调节过程中,临界工况至设计工况的变化过程并非相似工况,运行调节较困难,对操作人员的要求较高。

③采用定零压差点运行调节方式时,供热系统在整个供暖期的各种工况均属于相似工况,减少了开启和停止回水加压泵的次数,运行调节也较为简单。通过调节主循环泵转速可降低功耗,因此推荐采用定零压差点运行调节方式。

参考文献:

[1]秦冰.集中供热系统热动态特性研究(博士学位论文)[D].北京:清华大学, 2004.

[2]贺平,孙刚.供热工程(第2版)[M].北京:中国建筑工业出版社, 1993.

[3](苏)索柯洛夫EЯ,安英华,陈希搏(译).热化与热力网[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[4]秦绪忠,江亿.集中供热网的可及性分析[J].暖通空调, 1999, 29(1): 2-7.

[5]秦绪忠.区域供热供冷输配系统动力学特性研究(博士学位论文)[D].北京:清华大学, 2000.

作者简介:秦冰(1977-),男,湖南永州人,博士,从事集中供热方面的研究工作。电话:(010)82399173E-mail:****************.Cn