分布式变频泵系统与集中泵站比较.docx

青岛某热力公司管网末端不热解决方案浅析随着某热力公司集中供热负荷的不断增长，原有供热管网的输送能力已经难以满足集中供热负荷的需求，管网末端，特别是梅岭东路以东供热用户出现了流量不足现象。由于规划中的滨海大道供热主管道尚未打通，且敷设条件苛刻，目前只能利用原有主管道的输送能力对梅岭东路以东供热用户进行供热，同时在管道压差不满足要求的地方设置加压措施。为解决管网输送问题，目前提出了两种解决方案。方案一为在管网支干线增加集中式回水加压泵房的方法，方案二为在不能满足管网压差要求的各热力站内增加回水加压泵的方法，即为采用分布式变频泵系统的方法。下面以梅岭东路财政局井东向DN400管线供热片区为例进行分析，该区域实际供热面积约为100万平方米，共26个换热站。1.管网回水加压泵方案浅析1.1. 管网回水加压泵为解决管网输送问题，方案一为在回水支干线上增设集中式回水加压泵房，加压泵房内设置两台加压泵，一运一备，变频调速控制。回水加压泵需经水力计算，选择合适的泵站位置，计算在设计工况下的所需提供的最小扬程和最小流量，在进行设备选型时，还需考虑一定的安全系数。由于无详细管网资料，本方案加压泵暂按1000m3/h，30m扬程考虑，水泵效率80%，根据水泵轴功率计算公式P=2.72.g.h/，经计算加压泵所需轴功率为102KW。水压图示意如下： 2.2. 方案浅析采用管网回水加压泵房的方案有如下几个特点：首先，集中式回水加压泵房的方案，便于集中管理，但系统无用功消耗大，运行费用高。回水加压泵的运行，需能满足系统中最不利用户的要求，但其他换热站仍需采用阀门调节来消耗剩余的资用压头。在设计工况下，回水加压泵泵房所需要提供的最小功率约为102kW，而这部分功率仅在阀门上消耗约为三分之一，有效功率不到三分之二，节流损失是很大的。而在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，节流损失的比例又会远远大于设计工况下的节流损失。回水加压泵一个采暖季功耗将超过34.5万度电，而在阀门上的消耗就将近11.5万度电，无用功消耗是惊人的。其次，回水加压泵房的方案，适应热负荷变化的能力较差。回水加压泵房的方案是在具体的热负荷分布情况、城市管网结构、地形高差等诸多已知条件下，经水力计算并考虑一定安全系数后形成的。但城市热负荷的发展是逐步形成的，在远端热力站未能达到设计负荷时，系统往往会因为几个供热不能达标的热力站而开启管网回水加压泵，其工作扬程、流量均会偏离设计工况，水泵很可能工作在低效区域，使得无用功消耗比例增大。而在负荷充分发展后，热负荷的分布与设计时的预想往往会产生偏差，也有可能会出现回水加压泵运行效率低的情况。第三，回水加压泵房的方案，初投资较大且可移动能力较差。回水加压泵泵房的建设较为复杂，需考虑占地、土建、电增容、水增容等诸多因素，初投资较大。本方案加压泵站建筑面积约为120平方米，指标基价为74.6795万元，其中建筑安装工程费为34.6995万元，设备购置费为39.98万元。而且，正如前所述，回水加压泵房的方案是在具体的热负荷分布情况、城市管网结构、地形高差等诸多已知条件下，经水力计算并考虑一定安全系数后形成的，设想在回水加压泵泵房建设完成后，热负荷的分布与设计时的预想产生严重偏差，或者出现集中供热网引入其它热源导致水力工况发生巨大变化时，比如滨海大道供热主管道打通等情况，由于回水加压泵房的位置的移动、调整较为困难，已建成的泵房就将面临报废的风险。2. 分布式变频泵系统方案浅析2.1. 分布式变频泵系统为解决管网输送问题，方案之二为在资用压头不足的热力站增加站内回水加压泵，即构建分布式变频泵系统的方案。如图中所示为各热力站节点对应的数据为该热力站的资用压头，图中还给出了设计工况下各站回水加压泵的扬程分布情况。根据计算结果，可绘制出水压图如图5所示：在进行设备选型时，泵流量即为该热力站的设计流量、扬程即为该热力站资用压头不足之值，并考虑一定的安全系数后形成。本方案加压泵扬程末端用户30m，前端用户10m，平均按20m计算，各加压泵总流量仍按1000m3/h考虑，水泵效率80%，计算加压泵所需轴功率之和为68KW。根据某热力公司提供的梅岭东路财政局井东向DN400管线带面积统计表，该供热片区最大供热面积换热站为山水四期换热站，供热面积为13.2125万平方米。由于这些换热站供热负荷较小，使得回水加压泵工作流量小，越靠近热源的换热站回水加压泵所需的扬程较小，这样所有换热站内回水加压泵功率均控制在10kW以内。一方面泵体较小，站内安装改造方便，另一方面大部分热力站无须因增加了回水加压泵发生电路改造等电增容的工作量，同时这为泵的可移动性也带来了较多的便利条件。3.2. 方案浅析较之在管网上增加回水加压泵房的第一方案，采用分布式变频泵的方案的实际上是将回水加压泵化整为零，只在供回水差压不足的热力站的站内回水管上增设变频加压泵。本方案如下几个特点：首先，分布式变频泵的方案，系统无用功消耗小，造价和运行费用低。各站回水加压泵的运行，只需满足本站运行的资用压头即可。在设计工况下，各站回水加压泵所需要提供的最小功率约为68kW，而有效功率达到100。在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，仍可调节本站回水加压泵的转速以满足网络运行需求即可，基本无阀门的节流损失。经计算可知，约26个热力站的回水加压泵全年功耗约为23万度电。相对于管网回水加压泵房的方案节能在30以上。由于各换热站负担负荷面积小，回水管上的变频加压泵可不设备用，考虑设备购置、改造安装等费用，各换热站增加造价平均不到2万元，26个站合计约52万元。其次，分布式变频泵的方案，回水加压泵功率小、扬程低，移动动力强，适应热负荷变化的能力也强。在负荷发展期，远端热力站未能达到设计负荷时，可在远端几个不能满足要求的热力站增加几个扬程较小的回水加压泵即可。而在负荷充分发展后，热负荷的分布与设计时的预想往往会产生偏差时，在将扬程小的回水加压泵移动到离热源较近的热力站，而在远端用户增加扬程较高的回水加压泵。如在匹配水泵时充分考虑系统的运行工况变化，保持各水泵在调节过程中能在高效率点工作，其节能效益是不言而喻的。3.2. 结论和建议通过上述分析，我们可以看到采用分布式变频泵系统有如下好处：1）降低系统投资回水加压泵房的方案投资约为74.6795万元，并且需要考虑占地、电增容、水增容等诸多因素；而采用分布式变频泵的方案初投资约为52万元，且无需考虑占地、电增容、水增容等诸多因素。2）降低运行费用采用集中式回水加压泵房的方案阀门节流损失大，运行能耗高。该方案回水加压泵房的供热季耗电将超过34.5万度电，而在阀门上的消耗将超过11.5万度电。若采用分布式变频泵的方案，可将各站回水加压泵全年总耗电降低到约23万度电。按一般工商业用电价格0.867元/度计算，采用分布式变频泵的方案年节约电费约9.97万元。3）适应管网热负荷的变化能力强分布式变频泵的方案，由于站回水加压泵功率小、扬程低，移动动力强，适应管网热负荷变化的能力也强。但若采用回水加压泵房的方案，由于回水加压泵泵房的建设较为复杂，初投资较大且移动能力较差。若在回水加压泵泵房建设完成后，热负荷的分布与设计时的预想产生严重偏差或者