集中供熱系統節電研究

趙航

摘要：節能減排是我國的基本國策。集中供熱也有巨大的節能減排潛力。本文從提高能源利用率，進一步挖掘集中供熱系統節電的潛力，并提出了一些節電的措施，希望在保證供熱效果的同時提高能源利用率，降低能耗，達到節電的目的。

關鍵字：集中供熱；節電；變頻技術

中圖分類號：TS914文獻標識碼： A

1.1 研究背景

目前由于我國經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高，促使用電設備的增長速度超過發電設備的增長速度，造成能源短缺，電力供需矛盾十分突出， 嚴重影響我國經濟的可持續性發展和節約型社會的建設。供熱企業是耗電大戶，各種水泵、風機都會消耗很多電能。因此，必須采取措施，合理有效地利用電能。

1.2 本文主要研究的問題

本文以太原市熱力公司東山熱源廠所帶的某小區熱力站為例，介紹集中供熱系統的節電措施。該小區的基本情況如下：

（1）熱水供水溫度90℃，回水溫度70℃，采暖熱負荷為233kw，阻力損失為11kpa。

（2）采暖系統采用上供下回單管同程式，回水管走于地溝，每個環路的分支及匯合處均安裝TS16 手動調節閥，采暖入口回水干管上設平衡閥，各環路最低點設泄水裝置，最高處設E21型自動排氣閥。

（3）該小區熱力站內循環水泵的型號是 KQL100/350-11/4，流量 Q=50t/h，揚程 H=32m，功率 N=11kw。

2.1 熱力站循環水泵正確的選型

在水泵的選型上， 目前普遍存在著一些不合理的地方，許多時候不依照水力計算，而是照搬“規定”，并層層加碼或參照別人的設計、以前的設計，因此，在水泵的問題上存在大量的電能浪費。

循環水泵揚程選擇過高會造成電能的浪費。造成水泵揚程偏高的原因最主要的是：錯誤地把樓房高度加在循環水泵的揚程中。這是錯誤認識造成的。他們把循環水泵的作用和補水定壓泵的作用混到了一起,不知道循環水泵的揚程只是用來克服采暖系統的循環阻力,而補水定壓泵的揚程是維持采暖系統所需靜水壓強。循環水泵的揚程不應負擔樓房的高度。

2.2 采用變頻調速技術

2.2.1 變頻控制水泵的節電原理

水泵在轉速控制時，流量Q、揚程H、軸功率N,三者之間的關系為 Q∝n,H∝n2，N∝n3，由于軸功率與轉速的立方成正比,當水泵速度下降時,其功率將以立方根方式大幅度下降。因此,通過調節水泵轉速(即流量)可充分節能。根據水泵的特性曲線可知,在工頻運行時,若流量增大,揚程會降低;若流量減小時,揚程會升高。即用戶失水量(或補水量)的變化會不斷引起管網水壓的上下波動。變頻設備通過安裝在循環泵出口上的壓力儀表，將壓力信號轉換成電信號,進行運算處理，同時與設定值不斷進行比較,自動調節變頻器的輸出頻率,從而改變水泵運轉速度。當失水量大時,使水泵運行速度加快;當失水量減小時,使水泵速度降低。從而達到壓力穩定、高效節能的補水效果。進而可以保證水泵的合理運行，同時達到節電的效果。

2.2.2變頻技術的改進方式

該熱力站循環水泵的型號是 KQL100/350-11/4，流量 Q=50t/h，揚程 H=32m，功率 N=11kw。

該換熱站在供熱期間采用兩臺循環水泵同時運轉，用變頻器調至70%，在這種運行方式下，我們能夠使揚程、流量、功率的相互關系達到合適供熱站的實際情況，使之趨于合理。根據泵的特性：

其中，G—流量、H—揚程、N—功率、n- 轉速

因此，將轉速n調至70% 時，則流量為：G1= ×G = 0.7×50t/h = 35t/h；

兩臺泵并聯：G1= 2×35×0.7 = 49t/h；

揚程則為：H1=（）2 × H = 0.49×32 = 15.68m；

功率為：N1=（）3 × N = 0.343×11 = 3.773Kw；

兩臺泵的功率為: 2N1=2×（）3 × N = 2×0.343×11 = 7.546Kw。

通過計算結果可知, 兩臺泵并聯運行變頻后, 流量和單臺泵大致相同, 揚程降低一半左右, 而功率單臺泵降至1/3 左右, 兩臺泵則為2/3。

用以上計算結果測算節電效果為:

我們與單臺滿負荷運轉項對比, 則可看出節電的效果, 單臺泵月用電量:

11×24×30=7920 kw·h；

而兩臺泵變頻后月用電量為：7.546×24×30=5433.12 kw·h。

2.3 采用分布式變頻泵

2.3.1 傳統集中供熱一次網的設計方法

在傳統的設計方法中，一次網循環水泵的流量是根據系統的總熱負荷進行計算，揚程是根據最不利環路的供熱站進行計算。而一次網循環水泵一般都設置在熱源處。這種傳統的設計方法必然產生以下問題：

1．水力失調嚴重：由于一次網循環水泵揚程是按照最遠端用戶選擇，這就導致近端熱用戶有過多的資用壓頭，在調節手段不到位的情況下，近端熱用戶流量過大是很難避免的。因一次網循環水的設計流量是一定的，這種近端流量超標必然又帶來遠端流量不足，最終形成供熱系統冷熱不均的現象。

2．循環水泵及配電投資過高：由于供熱系統很大，為保證最遠端熱力站一級網供回水壓差和流量，熱源廠必須選用電機電壓值高的水泵作為循環水泵，這就增加了水泵及配電系統的一次性投資。

3．水泵電耗過大：為了解決供熱系統的水力失調問題，不得不在一次網近端用戶設置高阻力閥門消耗一級熱網多余的壓頭，這樣近端將有大量壓頭消耗在閥門上，使整個循環系統的很多電耗消耗在熱水輸送系統上。

2.3.2 分布式變頻泵的做法

集中供熱分布式變頻水泵系統是指在熱源處設置一級循環水泵，該水泵的揚程僅負責熱源廠內循環水量及循環動力，而在各熱力站的一次網上設置二級循環水泵分布式變頻泵，該泵負責各熱力站循環流量及克服一次網和熱力站的循環阻力。分布式二級循環水泵的方式是用二級變頻水泵取代設在熱力站一級網的電動調節閥。二級變頻泵可安裝在熱力站一次網供水管上，也可安裝在一級網回水管上。圖一為分布式變頻水泵系統在熱力站中應用的示意圖。

圖1分布式變頻水泵系統在熱力站中的應用

供熱系統換熱站一級網上安裝二級變頻泵后有以下優點：

（1)降低鍋爐(首站)運行壓力：由于分布式變頻泵二級泵承擔了由熱源廠至換熱站一次網的熱水流動阻力，這就大大降低了熱源廠循環水泵的運行壓力。當出現事故造成熱源廠內一級主循環泵停轉時，外網可通過變頻二級泵繼續運行，防止熱源廠停電產生汽化等安全事故的發生。

（2)二級變頻泵取代電動調節閥：在分布式變頻泵設計方案中，由于變換熱站的一次熱水變被動接受為主動索取，因此基本上消除了多余資用壓頭的節流，不需要在一次網上加裝流量調節閥門。在采用變流量調節時，可改變變頻泵轉速來實現，從而消除了無效電耗，實現按需供熱，達到節約能源的目的。

（3)集中監控方便可靠：由于變頻器控制系統已相當成熟可靠，因此對換熱站可通過有線或無線數據遠傳系統，遠程監控整個供熱系統運行，包括各設備的狀態和參數。在滿足用戶舒適度的前提下，二級變頻水泵更易實現無人值守自動監控的目的。

結語：從國家實施節能的長遠發展戰略角度出發，集中供熱系統節電措施的應用前景良好，我們應當在在設計過程當中抓住系統的關鍵環節，盡量將供熱系統設計的更加節能。雖然近些年城市集中供熱系統設計取得了一定的成績，但還存在很多問題，我們在供熱系統節能設計中仍需不斷開展節能方案研究，不斷探索新技術，使新節能方案發揮更好作用。

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