分布式变频泵供热系统的运行调节方式.pdf.doc

第 27卷 第 2期煤气与热力V o .l 27 N o. 22007年 2月GA S HEATFeb. 2007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; 零压差点中图分类号 :TU995文献标识码 :B文章编号 :1000 - 4416(2007)02 - 0073 - 03O peration RegulationM ode ofH eat-supp ly System w ith D istributed Variab le Frequency PumpQ IN B ing1 , Q IN Xu-zhong1 , X IE Li-ren1, CHEN H ong2 , XU Jin-sheng2 , LI X iao-hua3(1. Tsinghua Tong fang Co. , Ltd. , B eijing 100083, China;2. North China M un icipa lEngineeringD esign R esearch Institute, Tian jin 300074,Ch ina;3. Da tong Heating Co. , Ltd. , D atong037004,Ch ina)Abstract: The heat-supply system w ith d istribu ted variable frequency pum pis a heat-supply sy s-tem in whichthe flow rate is regu lated w ith re turn-water pressu red pum p,instead o f va lve,se t at returnw a te r pipe onthe high-tem pe ra tu re side of hea t exchange in substation.Inthe heat-supplysystem w ithdistribu ted variable frequency pum p, there exists a zero pressure difference,a twh ich supp ly and returnw a te r pressures are equa.lW hen the regu lation is pe rform ed by variable flowrate,there exist two ope ra-tion regu la tion m odes w ithfixed zero pressure d ifference and variable zero pre ssu re difference. W hen theope rationregu lation m ode w ith fixed ze ro pressure d ifference is used, the d ifferen t regim es o f the heat-supplysystem during the who le heating period are sim ila r w ith sim pler opera tion regulation and sm allerene rgyconsum ption for transm ission.K ey words: heat-supply system ; heat-supply netwo rk; distribu ted variable frequency pum p;ope rationregu lation; ze ro p ressure difference分布式变频泵供热系统另 1座热电厂负责城西、城北, 主干管规格为 DN1 800 mm 。在 2个热源循环泵基本满负荷的条件下,某市集中供热系统目前总供热面积约 1 000 104 m2 ,热源为 2座热电厂 ,采取联网运行。 1座热恰能满足供热要求 ,最不利热力站位于热网北端。电厂负责城东、城南, 主干管规格为 DN 1 000 mm ;随着城市的不断发展, 2个热源的供热能力已73第 27卷 第 2期煤气与热力www. w a te rgasheat. com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。图 1 分布式变频泵供热系统的热力站流程F ig. 1 F low chart o f substa tion o f heat-supp ly sy stem w ith d istributed variable frequency pum p2 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 。图 2 从热源至最不利换热站的一级管网水压图F ig. 2 P rim ary circuit pressure diag ram from heat source to the m ost unfavorab le substa tion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。 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。 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。 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。74www. wa te rgasheat. com秦 冰, 等:分布式变频泵供热系统的运行调节方式第 27卷 第 2期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: 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。 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。 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。 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 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: 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。 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。 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 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。 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。 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 E ,安英华, 陈希搏