鍋爐房二級循環泵供熱系統的應用

摘 要

摘要：介紹了二級循環泵供熱系統基本原理和調節控制方式。比較了傳統供熱系統和二級循環泵供熱系統的運行方式，結合工程實例，說明二級循環泵供熱系統的耗電量比傳統供熱系統低。
摘要：介紹了二級循環泵供熱系統基本原理和調節控制方式。比較了傳統供熱系統和二級循環泵供熱系統的運行方式，結合工程實例，說明二級循環泵供熱系統的耗電量比傳統供熱系統低。
關鍵詞：二級循環泵；供熱；變頻；鍋爐房
Application of Heat-supply System with Secondary Circulation Pump to Boiler Room
XU Junjie，ZHANG Liangang，ZHAO Xingang，ZHANG Jingna，YANG Ying
Abstract：The basic principle and adjustment control mode of heat-supply system with secondary circulation pump are introduced.The operation mode of conventional heat-supply system is compared with that of heat-supply system with secondary circulation pump.Combined with an engineering example，it is indicated that the electricity consumption of heat-supply system with secondary circulation pump is less than that of conventional heat-supply system.
Key words：secondary circulation pump；heat-supply；frequency conversion；boiler room
1 傳統的設計思想及存在的問題
   過去傳統的設計思想：對于區域鍋爐房供熱系統，在熱源處集中設置一組大揚程的循環泵，肩負著熱源、熱網、用戶3種循環泵的功能，為單級循環泵供熱系統。循環泵流量的確定是按最大熱負荷計算的流量考慮，揚程是按在確定流量下熱源、熱網和最不利環路的壓力損失之和為基礎選用。
   由于熱負荷在供暖期是動態變化的，供暖始末期，室外溫度較高時，熱負荷較低；供暖中期，室外溫度較低時，熱負荷較高。熱負荷在最大熱負荷的27%～100%范圍內變化，而單級循環泵供熱系統受鍋爐限制，流量調節范圍在額定流量的70%～110%范圍內變化[1]，限制了系統流量的調節幅度。在采用量調節時，為了使系統流量在低于70%的設計流量下運行，又不影響鍋爐的正常運行，采用二級循環泵供熱系統就成為必然。
2 二級循環泵供熱系統的基本原理
    二級循環泵供熱系統中循環泵的流量都是系統的設計流量，只是揚程的選擇不同。熱源循環泵只負擔熱源內部的阻力(包括鍋爐本體的阻力及鍋爐房管子及附件的阻力)，不必增加富余壓頭，采用工頻定流量運行。由于熱源循環泵始終保持在鍋爐的額定流量下運行，不但提高了鍋爐燃燒的穩定性，而且降低了耗電量，效果十分明顯。
    熱網循環泵要考慮熱網及用戶(熱力站)在最大流量下的阻力，其揚程按熱網及用戶在最大流量下的阻力加富余壓頭選定，并采用變頻變流量運行。熱網循環泵的數量也是根據供熱負荷的發展情況及運行調節模式而定。
    熱源循環泵與熱網循環泵的入口通過均壓管相連接(見圖1)，當熱網循環泵運行流量大于熱源循環泵運行流量時，熱網回水經均壓管后，一部分流向熱源循環泵入口，一部分流向熱網循環泵入口與鍋爐供水混合。當熱網循環泵運行流量小于熱源循環泵運行流量時，熱網回水在均壓管與鍋爐部分供水混合后，全部流向熱源循環泵入口。對于不同的運行工況，通過改變均壓管中的水流方向，就能自動實現二級循環泵不同循環流量的協調與均衡[2]。由圖1可知，熱網循環泵安裝在供水管道上，雖然熱網循環泵的工作溫度較高，但鍋爐承壓相應降低。
 

3 二級循環泵供熱系統的調節與控制
    供熱鍋爐房的循環泵由單級循環泵改為二級循環泵，就是為適應熱網循環流量根據熱負荷不斷變化的需求進行調節而創造條件，對于設備的設置和管道的連接以及控制，要既能適應質調節，也能適應量調節，還可實現質量并調，為節能運行打下基礎。
    對于熱源循環泵，根據熱負荷的需求，確定鍋爐運行數量，隨之流量、循環泵的運行數量也就確定了。在鍋爐能力范圍內，鍋爐的熱功率根據熱負荷的需求進行調節。
    熱網循環泵通常按照質量并調進行自動控制。根據實測的室外溫度，氣候補償器(根據室外溫度調節熱網循環泵的流量)首先計算出熱網循環泵的給定循環流量(在整個供暖期，熱網循環泵的運行流量在設計流量的30%～100%變化)，并指令熱網循環泵通過變頻器改變其轉速，使循環流量達到預期值。熱網循環流量是否符合給定值，一般根據熱網供回水壓差來判斷。氣候補償器在計算熱網循環流量給定值的同時，還計算出了熱網供水溫度的給定值，借以指導鍋爐的運行操作。
    為了使均壓管的壓力穩定，小型供熱系統的均壓管管徑宜3倍于相鄰管道的管徑；對于較大規模的供熱系統，由于供熱管道管徑較大，在實際工程中，均壓管的管徑與相鄰管道的管徑相等。
    為了使均壓管的壓力穩定，采用旁路補水定壓，在旁通管上安裝手動平衡閥、壓力傳感器，壓力傳感器反映均壓管的壓力，手動平衡閥可調整均壓管的壓力。一是為了讓均壓管更好地發揮解耦作用，提高系統的工況穩定性；二是使均壓管按相鄰管段同直徑設計，不再增大管徑，有利于系統的施工安裝。
    對間接連接系統一級管網熱力站間的水力平衡，除了通常采用的在熱力站一級側進出口安裝電動閥進行自控調節外，對于小型的間接連接系統，為降低造價，也可以在熱力站一級側的進出口安裝限流定阻閥進行熱力站間的水力平衡調節，其方法是根據每個熱力站的最大熱負荷和一級側供熱介質的參數對限流定阻閥設定最大流量，而后通過簡單調節對其動閥芯予以固定，以保證阻力特性系數不變。
    由于供熱系統各熱力站間的流量比取決于阻力特性系數比，各熱力站間的阻力特性系數一定，則流量比也一定。根據此原理，小型間接連接系統可以僅對熱網循環泵實施自控，各熱力站間的一級側流量則根據上述原理按等比分配，以滿足二級管網隨著室外溫度變化對換熱量的需求。這樣可以免去二級管網安裝電動閥和白控設備，從而降低造價。
4 工程實例
    目前國內已有多座鍋爐房采用二級循環泵供熱系統，并取得明顯的節能效果。天津市武清區6×58MW鍋爐房，供熱面積為600×104m2，供回水溫度為130、70℃，采用間接連接系統。若采用單級循環泵供熱系統，根據循環流量選擇6臺熱源循環泵，單臺流量為1016m3/h，揚程為66m，額定功率為250kW，年耗電量為258.5×104kW·h/a。采用二級循環泵供熱系統，根據循環流量選擇3臺熱源循環泵、3臺熱網循環泵。熱源循環泵的單臺流量為1656m3/h，揚程為16m，功率為110kW。熱網循環泵的單臺流量為1632m3/h，揚程為45m，功率為280kW。年耗電量為191.3kW·h/a，節電率為26%。
    從運行結果看，明顯顯示了以下優點：由于熱源循環泵選型得當，鍋爐實現了按額定循環流量運行，其揚程正好克服鍋爐房阻力，沒有額外的壓力損失，避免了電能浪費。熱網循環泵按照氣候補償器的控制隨著室外溫度的變化實時改變流量，熱力站一級側實現了質量并調，減少了熱網循環泵的耗電量，也能配合用戶的主動調節。從運行統計數據看，二級循環泵供熱系統比相近規模的單級循環泵供熱系統節電。由于穩定地保證了鍋爐出水溫度，改善了鍋爐的燃燒效果，提高了鍋爐熱效率。如果進一步在一級管網采用分布式變頻泵代替熱網循環泵[3～8]，則系統運行電耗將進一步降低。
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(本文作者：徐軍杰1 張連鋼1 趙欣剛1 張景娜2 楊穎1 1.中國市政工程華北設計研究總院 天津300074；2.天津市管道工程集團有限公司保溫管廠 天津 300400)