承德市供热管网末端分布式变频系统的运行优化研究

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随着我国城镇化进程的推进,城市集中供热的规模不断扩大,传统的集中供热系统已不能满足需求,在此基础上提出分布式变频供热系统。与传统的供热系统相比,该系统能有效地提高供热系统运行效率、降低水泵输送能耗和系统运行成本。因此,开展分布式变频供热系统运行策略相关研究工作十分必要。首先,本文基于承德市集中供热系统管网末端的十一个热力站在内的分布式变频系统实际运行数据进行了水泵运行效率、能耗分析,结合各热力站的设备情况和二次网供热需求进行了问题分析。尽管在用泵阀联控方案能够满足区域基本供热需求,但仍存在以下问题:部分热力站的一次网流量存在不同程度的水力失调,实际供暖负荷与指标热负荷偏差较大;部分热力站水泵选型、水泵转速与阀门开度匹配均不合理,导致水泵运行效率偏低、能耗偏高;系统供暖热负荷未能随室外温度及时改变。上述问题为优化运行参数、开展相关模拟和理论研究工作提供了指导。其次,本文基于上述分布式变频系统的实际设备参数,以Flowmaster软件为平台建立了数学物理模型,理论分析系统实际运行情况下管网特性与水泵能耗。根据实际运行参数进行了模型验证,系统流量、压力与能耗等参数均与实际运行数据吻合,该模型具有较高的预测精度;优化方案是以在用泵阀联控方案为基础,应尽量使水泵运行工况点处于高效率区,通过调节变频泵的转速和电动调节阀开度实现;相对于在用方案而言,系统采用优化方案后,改善了水泵的运行性能,整个供暖季单位供热面积耗电量从0.889 k W·h降至0.763 k W·h,总耗电量节省了14.16%,节能效果显著。最后,本文基于水泵变频调节原理引入泵控方案(电动调节阀全开,在任何工况下都仅通过改变变频水泵的转速),对系统变频水泵的耗电量进行仿真分析。结果表明,相对于泵阀联控方案而言,采用泵控方案节能效果更佳;系统处于日夜温差较大的供暖深寒期,宜采用分时段泵控方案;与在用方案相比,该方案可有效降低室外温度较高时段的供热负荷,且典型用户室内温度明显改善,系统全日总耗电量节省幅度达17.76%。综上所述,供热管网中水泵的转速和阀门的开度是供热系统节能的关键因素。本文通过对热力站变频泵转速的不断优化,得出系统的总耗电量节省率,研究成果对承德实际供热系统的运行调控具有重要的参考意义。
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