换热站分布式变频二级泵改造的必要性方案

1、分布式变频的换热站自控系统改造的意义方案书国大连四方自控工程有限公司DalianSifangControlEngineeringCo,丄td.目录介部分TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 公司简介21.序言5 HYPERLINK l bookmark10 1.1换热站现状6 HYPERLINK l bookmark12 1.2传统集中供热方式存在的问题6 HYPERLINK l bookmark14 1.3分布式变频供热方式的必要性71.3.1供热企业节约能源的需要71.3.2换热站的发展方向8 HYPERLINK l bookmark16 分布式变频泵供热

2、系统9 HYPERLINK l bookmark18 2.1基本原理9 HYPERLINK l bookmark20 2.2系统比较10 HYPERLINK l bookmark22 2.3节能依据12 HYPERLINK l bookmark24 2.4系统优点14 HYPERLINK l bookmark26 分布式变频集中供热系统的意义16 HYPERLINK l bookmark28 3.1实现科学现代化的运行管理16 HYPERLINK l bookmark30 3.2提高供热系统的安全稳定16 HYPERLINK l bookmark32 3.2节能降耗17 HYPERLINK l

3、 bookmark34 分布式变频集中供热系统节能效果分析18 HYPERLINK l bookmark36 4.1降低热能消耗18 HYPERLINK l bookmark38 4.2降低电能消耗18 HYPERLINK l bookmark40 4.3降低人工费用185.4分布式变频案例19简介部分公司简介大连四方自控工程有限公司始建于一九八八年三月，早在上世纪八十年代中期就已自主开发和生产的DMC-500系列工控微机。它作为国家计委的首选国产机型，装备了许多工矿企业的监控系统，我公司尤其在工业锅炉安全监控和高效节能方面见长，占有国内广大市场。公司总部设在大连市西岗区胜利路100号槐花大厦

4、，在上海、北京、沈阳、盘锦设有产品销售和售后服务办事处，是大连市认定的高新技术企业，并通过了ISO9001:2000质量体系认证,持有辽宁省建设厅颁发的电子工程专业三级安装资质证书及安全生产许可证。可承接石油、化工、制药、卷烟、火力发电、污水处理、城市集中供热等行业的自动化工程。可在向用户提供自动化控制设备的同时，为其提供系统设计、工程施工、技术咨询、人员培训等技术服务。我们深知“有品质才有市场，有创新才有进步！”，近二十年来，我们广泛的吸收国内外先进的自动化控制理论和市场中较为成熟的自动化控制技术，努力整合国内、外科技资源，悉心研究先进的计算机控制策略和控制算法、通信、网络技术实现科技与工程

5、的完美结合我公司广泛应用德国SIMENS的产品，并且作为美国ROCKWELL公司系统集成商、不断推出具有竞争优势的自控系统。经过不断的探索、总结、提高。形成了具有自己特点的自动化控制技术和产品。其中，尤以工业锅炉、城市集中供热中热源及热网控制见长，已形成系列化、规格化产品。经过多年的发展，公司具有一支工程能力强，经验丰富，技术过硬的专业队伍，在这支队伍中工程师、技师以上的工程技术人员占70%，硕士研究生以上的高级工程师占20%。十几年来，我们先后向300多家国有大、中型企业，三资企业，政府机关和企事业单位提供了近400套锅炉房DCS控制系统，监控锅炉总数已达500多台。这些锅炉中，有用于城市集

6、中供暖的热水锅炉；有为工业生产提供饱和或过热蒸汽的蒸汽锅炉；还有为汽轮机发电提供蒸汽的电站锅炉。单台锅炉生产能力最小的4T/H，最大的130T/H。如此众多的锅炉类型，各不相同的运行机理和工作过程。既向我们提出了各种各样的技术课题，也为我们提供了发挥技术优势、施展聪明才智的广阔领域。回顾我公司的成长经历，正是伴随着这些课题的提出和解决，使我们开阔了视野、积累了经验、增长了驾驭锅炉控制的能力。也正是由于有了这些课题和如此广阔的领域，才极大的丰富了我公司的锅炉控制技术和计算机产品，使我们在工业锅炉自动化控制领域取得了辉煌的业迹。随着计算机技术的飞速发展，在新一代计算机系统的生产中，我们已不再从元器

7、件筛选做起，而是依托国内外著名计算机生产厂家，采用先进成熟的产品，直接进行系统组装。把自己的工作重点从硬件生产转向应用软件的研制开发。从而保证了我公司新一代计算机系统，在硬件上能与世界先进水平保持同步；在软件上可与国内外最新技术接轨。目前，我公司已在技术开发部配备了多名专业人员，分别对不同公司的相关产品和最新技术进行消化吸收，并在应用中积累了丰富的实践经验，形成了具有自己特点的锅炉汽机控制模式。为我们向用户提供一流的技术、一流的产品、一流的服务，打下了坚实的基础。近年来，在激烈的市场竞争中，我们相继完成了上海大众汽车有限公司、新疆石油管理局、辽河石油管理局、中国科学院行政管理局、中国水利水电科

8、学研究院、国家安全生产监督管理总局信息研究院、辽宁省政府、温州金狮啤酒有限公司、青岛海王热电厂、辽河油田热电厂、沈阳惠天热电股份有限公司、秦皇岛开发区热力总公司、上海米其林轮胎有限公司、抚顺新钢铁有限公司、本溪热力总公司、大连供暖集团等单位的工业锅炉及热源热网控制系统交钥匙工程。工程中全部采用我公司新一代控制系统。体现出可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、组装灵活、操作简单、维护方便、经济适用等诸多优点。得到广大用户的普遍好评。我公司持有辽宁省建设厅颁发的电子工程专业三级安装资质，承接的工程项目本着一切从用户的需要出发进行自动控制系统的规划、设计、集成以及安装调试，达到控制系统技术先进、安全可靠

9、、性能价格比高，用户易于掌握、使用及再开发的目的。提供优质的产品，是回报客户最好的方法！公司牢固树立以客户为中心的经营原则，努力完善以客户为中心的业务组织，不断提高客户服务水平和满意度。因为我们知道争取一个客户不容易，失去一个客户很简单的道理。“真情，真诚，真意”是我们服务客户的宗旨。“精于品质，专于技术”是每个四方人心中的信念，我们愿以优质的产品，合理的价格，完善的售后服务体系，为用户提供更好的工程服务。我们拥有优秀的团体，先进的理念，真情的服务，真心的期待与您的合作集中供热对于节约能源、减少污染、提高人民生活水平发挥了巨大作用，是国家大力倡导、积极扶持的产业之一。当今社会如何提高人民生活质

10、量，改善城市居住环境，完善城市基础设施功能，稳定社会、促进城镇发展已变成各级政府重要的工作内容。因此，集中供热作为城市基础设施的组成部分在不断加强科学管理、提高能源利用率、扩大城市热化率、保证供热效果方面既是政府极为关注的工作，也是各供热企业孜孜追求的目标。热源厂通过城市高温水管道蒸汽管道将热水蒸汽送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站，高温水管道蒸汽（以下简称一次网）中的高温水蒸汽与进居室暖气片（以下简称二次网）的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。在以上过程中，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视，控制换热站中各设

11、备的运行。同时，根据从现场监测到的各换热站运行参数，调节热源厂运行工况，保证冬季整个供暖的稳定运行。供热系统是一个大惯性系统，供热面积越大惯性越强；各换热站之间存在一次网的水力耦合问题，换热站越多、网络越复杂这种耦合也就越强烈，这都给热网的水平热力调节带来了极大的控制难度；目前随着我国“分户供暖”工作的逐步实施部分热用户已经采取了分户按流量计费的供暖收费方式，这和传统的按面积收费对供热公司的供暖理念有着本质区别。按热量收费时，供热公司只要尽可能地满足各用户的用热需求，为了节省采暖费，热用户会自动限制自己的用热量；而按面积收费时，热用户不会自觉节省热量，供热公司要在保证热用户的基本供热效果的前提

12、下尽可能减少供热量来达到节能增效的目的。1.1换热站现状目前，集中供热已经成为我国北方地区冬季供热的主要方式，在实际运用中还是以传统方式为主。传统集中供热系统主要依靠设置在热源处的循环泵提供输配动力，锅炉房内一次水循环泵必然是扬程高、功率大，耗电多，增加配电系统的投资；锅炉运行承受的压力大（动压、静压），出现停电或故障停泵时，存在安全隐患；系统存在远端不热、近端过热的水力失调现象，通过调节各热力站一次水阀门解决一次网的水力失调问题，造成很多电能无谓消耗在阀门上。随着供热企业热负荷的不断加大、供热半径不断加大，输配能耗不断增加，传统集中供热系统中由于阀门节流造成的能耗费用约占整个系统运行费用的3

13、0%。而且水力失调问题没有得到根本明显的改善。1.2传统集中供热方式存在的问题供热系统循环水泵传统的设计方法是根据最远、最不利用户选择循环水泵，并设置在热源处，用于克服热源、热网和热用户系统阻力。这种设计思想，从根本上带来了如下难以克服的缺点：1）在供热系统的近端（靠近热源处）热用户，形成了过多的资用压头。为了满足近端热用户循环流量，必须设置流量调节阀，将多余的资用压头消耗掉，这种无谓的节流损失是循环水泵设计方法本身造成的。2）极易形成冷热不均现象。由于近端热用户出现过多的资用压头，在没有很好的调节手段的情况下，近端热用户流量超标是很难避免的；这种近端流量超标，必然又带来远端流量不足，形成供热

14、系统冷热不均现象。3）为落后的大流量运行方式提供了平台。在出现冷热不均现象的同时，从水力工况的角度考虑，必然形成喇叭形的水压图，也就是系统的末端出现供回水压差过小，即热用户资用压头不足的现象。在这种情况下，为提高供热效果，增加末端热用户的资用压头，往往采用加大循环水泵或末端增设加压泵的做法，从而使供热系统循环流量超标，进而形成了大流量小温差的运行方式。4）造成了供热系统能效水平的低下。供热系统能效高低取决于两方面的因素：一是无效供热量的多少，无效供热量包括锅炉热损失，外网热损失和系统冷热不均引起的无效热量；二是管网热媒输送中的无效电能的数量。其中冷热不均的无效热量和热媒输送过程的无效电能都与循

15、环水泵的设计方法不合理有直接关系。5）安全隐患。传统设计的安全隐患主要体现在两方面：首先由于锅炉设在系统一次循环水泵出口，锅炉不但承受系统静压，而且承受系统动压，造成锅炉运行压力过高；其次，一次循环水泵和锅炉在一起，一旦发生停电事故一旦发生断电事故，锅炉中的热水将由于无法循环，而被锅炉余热迅速加热，导致汽化，从而发生安全事故。6）输配电耗过大。为解决水力失调问题，不得不在近端用户设置高阻力元件，消耗多余的资用压头，这样近端有70%80%压头消耗在阀门上，整个循环系统有20%30%电耗消耗在阀门上。因此，对于已建供热系统，如何在不增加新热源和不扩大热网规模的前提下，既节约能源、降低运行费用，又适

16、应热负荷变化；对于新建项目，如何设计、建设完善的节能供热系统。采用分布式变频泵供热系统是解决上述问题的行之有效的方案。1.3分布式变频供热方式的必要性分布式变频泵集中供热作为供热系统的最主要方式在建筑节能工作中占有重要位置。据有关资料调查显示在我国供热系统目前运行水平下其节能的潜力是比较大的，节能的重点是提高管网输送效率和热源运行的平均效率。而提高管网输送效率除提高保温性能、控制管网失水外，由于水力失调造成的热力失调是影响集中供热系统的热能消耗高和供暖效果不好的最主要原因。分布式变频泵供热系统建成后，供热企业提高经济效益的主要方面是降低运行成本（热能输送如循环水泵和补水泵的电耗费用）。因此，建

17、立分布式变频泵集中供热系统，提高供热管理水平，消除水力失调，节能降耗成为热力公司当前非常迫切的任务。这就使分布式变频泵集中供热系统成为了必要。1.3.1供热企业节约能源的需要目前，我国的供热单位正处于体制转轨过渡时期，自我经营、自我改造和自我发展的思想和能力正在形成：在供热从福利变为商品、经营单位从事业机构转变到企业之后，有的已经成为自负盈亏的企业（包括承包的）。这些企业为保证质量和提高效益，在上级主管部门支持下，积极地以科学技术改进和完善系统，以高质量商品供给用户、以减少能耗来降低成本和提高经济效益。老系统、老设备、老方法已经满足不了企业的要求。供热企业为了提高经济效益就必须节约能源，如何既

18、要节约能源又要满足用户的要求是摆在供热企业面前的一道难题。仅仅靠人力来调控显然是满足不了这个要求的，于是新的科学技术就不断地应用到供热系统的调控上。而实现分布式变频泵集中供热是其中的一个必要的方法。1.3.2换热站的发展方向换热站作为热源厂与热用户之间的中间环节，其供热品质的好坏对改善热网热力工况，提高供热质量起着重要作用。随着城市供热体制的改革和人民生活水平的不断提高，用户对于供热质量的要求也越来越高；而供热企业为了节约能源，减少运行费用也在不断的采用新技术新设备，分布式变频泵集中供热真正满足了这些需要，其必将成为今后的发展方向。分布式变频泵供热系统2.1基本原理分布式变频二级泵供热系统是指

19、在换热站换热器一次侧回水管上设置加压水泵进行流量调节的供热系统，通常是在锅炉房内设置一级主循环泵，该水泵扬程只负担锅炉房内部阻力或负担锅炉房内部阻力以及外网干线的部分循环阻力，设置在各单体换热站内的二级泵负担主干线的阻力、分支线到换热站的阻力，以及换热站内一次水的阻力，这样可以大大降低主循环泵（通常是大流量泵）的扬程，减少一级主循环泵的输送能耗，同时有效降低锅炉的运行压力。变频控制柜气候补偿器室外温度室内温度二次回水温度变频控制柜气候补偿器室外温度室内温度水温度二次回水温度二次供水温度_二级泵M电动阀换热站1用户1二级泵换执八、站n二次循环泵二次循环泵BB一B1n一级主循环泵图1分布式变频泵集

20、中供热系统为保证供热系统各点压力且压差能维持系统正常运行，一、二级泵可分别采用气候补偿器提供数据信号并通过控制器进行变速控制，以满足在不同工况下的运行调节和节能运行的要求。分布式变频二级泵循环系统可有效降低供热系统的输送能耗以及锅炉的运行压力，以提高热水锅炉使用的安全性及实用性。分布式变频二级泵循环系统的组成及控制原理图如图1所示，可以看出，热源部分单独设计了气候补偿器，通过变频控制器控制一级主循环泵的流量（进入锅炉的水量），也可通过执行机构控制电动阀或三通混水阀达到控制一次出水温度的目的。在各换热站内的气候补偿器可通过变频控制柜控制一次水的二级泵运转，也可通过气候补偿器控制二级泵的流量，二者

21、共同实现对用户按需供热的目的。2.2系统比较对传统的供热系统，热源循环泵承担热源内部阻力和整个热网的阻力以及各用户的资用压头。选择热源循环泵的设计条件一般是满足热网最远端用户的资用压头，除了最远端用户外，大多数近端用户都采用调节阀消耗多余的资用压头。传统供热系统的水压图见图2。图中hl、h2、h3,分别为用户13采用调节阀消耗的多余资用压头。分布式变频泵供热系统的水压图见图3。yrr3户用XI)2户用图2传统供热系统的水压图9用户1用户2用户3用户n图3分布式变频供热系统的水压图比较图2、3可知，传统供热系统的循环泵根据最远、最不利用户选择，并设置在热源处，克服热源、热网和用户系统阻力。这种传

22、统设计，在供热系统的近端用户形成了过多的资用压头。为了降低近端用户流量，必须设置调节阀，将多余的资用压头消耗掉。因此，传统供热系统中的无效电耗是相当可观的。传统的供热系统还易形成冷热不均现象。由于近端用户出现过多的资用压头，在缺乏有效调节手段的情况下，近端用户很难避免流量超标，这必然造成远端用户流量不足，形成供热系统冷热不均现象。在出现冷热不均现象的同时，供热系统的远端易出现供回水压差过小，即用户资用压头不足的现象。在这种情况下，为改善供热效果，须提高远端用户的资用压头，往往采用加大循环泵和或在末端增设加压泵的做法，但这易使供热系统流量超标，进而形成大流量小温差的运行方式。采用分布式变频泵供热

23、系统，热源循环泵、一级循环泵、二级循环泵提供的能量，均在各自的行程内有效地被消耗掉，因此没有无效的电耗。传统供热系统中大多数近端用户采用调节阀消耗了多余的资用压头，热源循环泵提供的部分动力实际上被无功消耗。分布式变频泵供热系统采用分段接力循环的方式共同实现了供热介质的输送。虽然两种供热系统的一二级管网阻力相等，但这二种方式循环泵所需的功率却不同。传统供热系统由于循环泵设置在热源处，提供的动力是按热网最大流量设计的。分布式变频泵供热系统的热源循环泵只须克服热源内部阻力，克服外网阻力依靠沿途分布的循环泵实现。虽然分布式变频泵供热系统采用了较多的循环泵，但各个循环泵的功率却减少了。经分析计算，采用分

24、布式变频泵供热系统可节电30%40%。采用分布式变频泵供热系统，系统无功消耗减小，运行费用降低。在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，可调节循环泵的转速以满足热网运行需求，基本无阀门的节流损失。2.3节能依据传统的循环水泵设计方式与分布式变频泵的总功率根据特兰根定律，可按如下公式计算：No=ZGiAHi(1)NN=okw(2)耳367式中，Gi供热系统各管段的流量，t/h；Hi供热系统各管段的压降损失，m水柱；n一水泵效率，取70%；No由特兰根定律计算的循环水泵总功率；N单位为kw的循环水泵总功率。将计算结果绘制成相应的水压图。图1为传统方案，图2为分布式变频方案的水压图。表1给出了各

25、方案的系统循环泵总功率计算值。5004010mHO2111213141516171819201030t/h图1传统设计方案注：0-30为供热系统各管段编号，0为热源，1-10为热用户10图2分布式变频循环泵供热系统注：热源泵（0）,扬程10mH20,流量300t/h；1-10热用户（热网）泵，流量皆为30t/h，扬程依次为16m、22m、28m、34m、40m、46m、52m、58m、64m、70m。各方案循环泵总功率方案名称传统方式分布式变频泵方式循环泵总功率（kw）93.461.9电耗节约量（kw）031.5节电百分比（）033.8表1从图1、图2和表1，可以得出如下结论：1与传统方案相比

26、分布式变频的循环水泵总功率皆由93.47kw下降为61.9kw节电31.5kw,即节电33.8%。对比水压图，可以明显看出，分布式变频无论热源泵、热网泵和热用户泵，所提供的电功率全部在各自的行程内有效地被消耗掉，而没有无效电耗。亦即，分布式变频单从节电的角度考虑是最优方案。2从整体考虑，分布式变频是最优方案。该方案的特点是取消独立的热网循环泵。热源循环泵只承担热源内部的水循环，热用户循环泵既承担热网循环泵的热媒输送功能，又承担在热用户建立必要的资用压头的功能。在热用户（含热力站、热用户入口）设置热用户循环水泵，不但有节电的优越性，而且也比较经济，其初投资远比每个供回水干线上加装加压泵要少的多。

27、从工程上考虑，其选址，占地等事项可与热力站、热入口一并解决，也比较方便。分布式变频，最大的特点是热用户循环泵承担了供热系统热媒的输送功能。该方案与传统方案比较，传统方案是将热媒在管道中“推着走”，最佳方案则是在管道中让热媒“抽着走“；反映在水压图上，最大的区别是，传统方案供水压力（供水压线）大于回水压力（回水压线）；最佳方案则是回水压力（回水压线）大于供水压力（供水压线）。2.4系统优点采用分布式变频泵系统有如下好处：1）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。2）降低管网管道公称压力，大幅度减少管网管道投资；采用

28、一般的阀门调节的方法时，主循环泵须满足系统最不利用户资用压头的要求，采用分布式变频泵系统时，主循环泵只需提供系统循环的部分动力，其余动力由各热力站的回水加压泵进行调节，这使得主循环泵的扬程降低，管网总供水压力降低，由于降低了管道公称压力，使得管道投资下降。增加管网输送效率，降低管网输送能耗。采用一般阀门调节的方法时，为了满足系统最末端用户的资用压头要求，近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，节流损失很大，输送效率低下。采用分布式变频泵系统时，热力站采用回水加压变频泵进行调节，这种系统的综合动力输送效率较高。分布式变频集中供热系统的意义3.1实现科学现代化的运行管理要实现大型供热系统的现代

29、化运行管理，首先要建设能实现现代化管理的技术硬件。分布式变频供热系统配合气象站、气候补偿器、基于GPRS无线通讯的集控系统对整个供热公司的锅炉房和换热站进行集中监控。在供热厂内设立总控室和气象站，在各换热站安装气候补偿器，气象站将室外温度传送给各气候补偿器，气候补偿器根据室外温度计算出二次供水温度，二级泵通过变频调节进入板式换热器的流量来达到二次供水温度的要求。气候补偿器又将信息通过GPRS无线通讯传回总控室，在总控室可以看到各个换热站的一次、二次网的供回水温度、压力、流量、室外温度、二级泵的频率等信息通过分布式变频改造可使热源厂具备现代化运行管理条件，运行管理人员在供热厂内通过监控系统就可对

30、每个换热站进行调整控制，使外网的调节变得快捷，精准。大大减少了人为劳动强度，提高了工作效率，提高了整体管理水平。改变了传统的站不离人的管理方式。3.2提高供热系统的安全稳定传统的供热系统中，一次循环水泵设置在回水管线上，锅炉在一次循环水泵的出口，一次循环水泵扬程较高，锅炉等设备在高压下运行，对锅炉的耐压能力有很高的要求，形成了一定的安全隐患。采用分布式二级循环泵技术，一级主循环泵也设置在回水管上，但只承担供热厂内部的水循环，水泵扬程降低，使锅炉承压下降低，从而降低了锅炉运行的安全隐患，因此可提高锅炉寿命。此外，如果供热厂内停电，传统的供热系统中一次循环水泵停止运行，锅水温度将急剧上升，出现汽化现象，威胁锅炉安全运行，大多锅炉房通过加设柴油发电机作为备用循环水泵电源来解决。而分布式变频二级泵系统在热源厂停电的情况下，热源厂内的锅炉供回水管间解耦管上的电动蝶