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摘 要：循环水泵是换热站的主要耗能设备之一，其运行效率是能源利用水平的重要保证。据此，深入探讨换热站循环水泵的节能改造具有现实价值。在本文，笔者结合甘肃××换热站的实践经验，浅谈换热站循环水泵的节能改造。
关键词：换热站；循环水泵；节能改造；射流减阻节能装置
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0225-02
前 言
集中供热是现代化城镇的重要基础设施，其中间接供热系统占有更大的比例。在间接供热系统中，换热站的作用是从热用户与热网工况的客观实际出发，调节和转换热网输送的热媒，从而向用户提供供热服务。循环水泵是一种用于输送流体或使流体增压的机械，其是换热站的主要耗能设备之一。在实际应用中，循环水泵的选型主要以环境温度、流量、扬程、工作介质及其特性等数据为依据，具体选择成本低、寿命长、工作平稳的水泵。但实际上，循环水泵的选型很难达到完全合理，且就算循环水泵的选型与本体系统非常吻合，普通泵体较低的运行效率也可能引起较高的能耗。据此，为了实现换热站的节能目标，非常有必要优化系统配置，以实现循环水泵的高效、低能耗运行。
1 循环水泵节能改造的理论依据
在换热站循环水系统中，功率、扬程和流量是三个重要的参数，其中扬程常用来抵消机组与管道的阻力，且当管道阻力一定时，系统末端的压力随前端扬程损失的减小而增大，因此控制前端扬程损失是降低功率的重要途径。下列方程式组描述了循环水泵功率、扬程和流量之间的关系：
P1/P2=n13/n23H1/H2=n12/n22Q1/Q2=n1/n2
其中，P1、P2（kW）分别为水泵在改造前、后的功率；H1、H2（m）分别为水泵在改造前、后的扬程；Q1、Q2（m3/h）分别为水泵在改造前、后的流量；n1、n2（r/min）分别为水泵在改造前、后的转速。对于循环水泵的电动机，其消耗功率由泵体扬程、介质流量等所决定，即若水泵满足流量要求，则水泵的消耗功率直接由压力损失所决定。在整个循环水系统中，水泵的出口具有最大压力，即：泵口散状喷出水流后，与管壁发生碰撞并反弹，而后又与水泵出口处水流形成彼此抵消的稳流和涡流，从而增加了系统能耗及使水泵出口处扬程下降。图1所示为水泵流量与扬程的关系曲线图。
如图1所示，若要实现循环水泵的节能目标，要求在满足换热站供热要求的条件下进行节能改造，以使管道阻力下降及水泵扬程损失减少，然后再据此进行循环水泵选型。关于对循环水泵扬程损失的控制，可采取下列两个途径：
1.1 流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统
借助流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统，可以有效降低循环水泵的扬程损失，即：首先分析和计算原系统，从而确定M1（水泵运行原来的工况点）和Q0（供热效果的流量）；然后，依据工况点M1的位置，算得实际工况点M2的位置，并选用节能水泵，以使水泵的流量、扬程满足系统的实际需要及使水泵在最高效率区间运行，从而实现对电动机消耗功率与系统运行能耗的有效控制。
1.2 射流减阻节能装置
通过将射流减阻节能装置安装在循环水泵出口的前端，同样可以使循环水泵的扬程损失下降，即：控制水泵出口处的涡流损失，以实现能源的高效利用；控制水泵的用电功率，以实现系统设备的经济运行。
关于射流减阻节能装置，其主要由喷射室、增压室和吸水室组成。其中，吸水室的作用是吸收并引导从循环水泵出口处喷射至管壁的水流进入增压室，然后经过增压处理，使得水流形成射流，并从喷射室喷出及与管内水流融合在一起。对于射流，其是一种高压水流，可使乱流变为稳流，使其在管内的流动顺畅。通常而言，循环水泵扬程的设计直接取机组压降及管道局部阻力、沿程阻力的总和，其中包含泵口阻力。研究表明，射流减阻节能装置具有体积小、免维护、环保及耐用的优点，且可在保证循环水泵流量不变的条件小，降低泵口阻力，从而降低了对水泵扬程的实际需要。这样一来，电动机的功率也会随着循环水泵扬程的减小而降低。
2 循环水泵节能改造的具体实施
下文，笔者以甘肅xx换热站为例，浅谈如何运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统对换热站循环水泵进行检测改造。
2.1 实施过程
检测改造前，循环水泵在工况点M1处的运行参数主要为：供水压力0.53MPa、回水压力0.41MPa、功率55kW、扬程38m、管径200mm、流量345m3/h、泵出口压力0.72MPa。当循环水泵满足供热需要时，运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统分析和计算水泵的运行数据，从而得到工况点M2的主要运行参数，即为：功率37kW、扬程26m、流量350m3/h。关于管网阻力的进一步控制，可将射流减阻节能装置安装在新装的循环水泵出口位置，并增大水泵的进、出口管道和过滤器的口径，即从原来的200mm增至250mm。另外，更换换热站内约10m长的管道，而室外管网系统保持不变。经以上节能改造后，换热站管道系统的阻力基本达到了M2的工作状态。在检测改造后，换热站循环水泵的运行参数为：供水压力0.56MPa、回水压力0.43MPa、功率3kW、扬程26m、管径250mm、流量346m3/h、泵出口压力0.62MPa。据此，在保证换热站供热效果或循环水泵流量的条件下，节能水泵的功率与扬程都有所下降，同时也降低了电能的消耗。
2.2 实施效果
表1所示为甘肃××换热站循环水泵的节能改造效果。
从表1可以看出，甘肃××换热站循环水泵在节能改造后获得了非常明显的节电效果，节电率达到43.45%，且在采暖期间，换热站节省了一大笔电费，可见其经济效益非常显著。
3 讨 论
随着国家节能环保战略的实施，甘肃省高度重视对换热站循环水泵的节能改造研究。为了实现换热站循环水泵的高效运行，本文笔者结合甘肃××换热站的实践经验，分析了换热站循环水泵节能改造的理论依据，即：在满足换热站供热要求的条件下合理选择循环水泵的型式；通过运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统和将射流减阻节能装置安装在循环水泵出口的前端，有效控制循环水泵的扬程损失。其次，笔者举例阐述了流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统在换热站循环水泵节能改造中的运用，且改造效果非常显著，即节电率达到43.45%。但为了提高换热站循环水泵的节能改造效果，要求在节能改造中注意下列三点事项：
（1）在节能改造中，保证换热站的供热效果或循环水泵的流量不变；
（2）更换改造换热站内的局部管道，以使局部阻力损失下降，但外围管网的阻力损失应不变；
（3）依据循环水泵的技术参数，对电动机进行合理选型。
参考文献
[1]王 赟，王 妍，尹岩岩.换热站一体化节能改造方案及实例分析[J].节能与环保，2018（02）：70～71.
[2]李胜利，陈泽信，孔令强.换热站循环水泵的节能改造[J].电世界，2017，58（05）：50～53.
[3]“既有热水供暖循环动力系统节能改造研究”达国际先进水平[J].建筑，2016（16）：78.
[4]李 超，卢 强，郭 萌，赵 勇，谷佳琪.换热站动力系统节能技术改造的效益分析[J].资源节约与环保，2016（02）：1+12.
[5]秦 波，任 静，张金花，段 恺，李华涛，李江宏，张晓转.供热循环动力系统节能改造研究与分析[J].建筑技术开发，2015，42（10）：45～47.
[6]翟率名，田玉卓.换热站节能改造技术研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2015，28（02）：57～61.
收稿日期：2018-7-13
关键词：换热站；循环水泵；节能改造；射流减阻节能装置
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0225-02
前 言
集中供热是现代化城镇的重要基础设施，其中间接供热系统占有更大的比例。在间接供热系统中，换热站的作用是从热用户与热网工况的客观实际出发，调节和转换热网输送的热媒，从而向用户提供供热服务。循环水泵是一种用于输送流体或使流体增压的机械，其是换热站的主要耗能设备之一。在实际应用中，循环水泵的选型主要以环境温度、流量、扬程、工作介质及其特性等数据为依据，具体选择成本低、寿命长、工作平稳的水泵。但实际上，循环水泵的选型很难达到完全合理，且就算循环水泵的选型与本体系统非常吻合，普通泵体较低的运行效率也可能引起较高的能耗。据此，为了实现换热站的节能目标，非常有必要优化系统配置，以实现循环水泵的高效、低能耗运行。
1 循环水泵节能改造的理论依据
在换热站循环水系统中，功率、扬程和流量是三个重要的参数，其中扬程常用来抵消机组与管道的阻力，且当管道阻力一定时，系统末端的压力随前端扬程损失的减小而增大，因此控制前端扬程损失是降低功率的重要途径。下列方程式组描述了循环水泵功率、扬程和流量之间的关系：
P1/P2=n13/n23H1/H2=n12/n22Q1/Q2=n1/n2
其中，P1、P2（kW）分别为水泵在改造前、后的功率；H1、H2（m）分别为水泵在改造前、后的扬程；Q1、Q2（m3/h）分别为水泵在改造前、后的流量；n1、n2（r/min）分别为水泵在改造前、后的转速。对于循环水泵的电动机，其消耗功率由泵体扬程、介质流量等所决定，即若水泵满足流量要求，则水泵的消耗功率直接由压力损失所决定。在整个循环水系统中，水泵的出口具有最大压力，即：泵口散状喷出水流后，与管壁发生碰撞并反弹，而后又与水泵出口处水流形成彼此抵消的稳流和涡流，从而增加了系统能耗及使水泵出口处扬程下降。图1所示为水泵流量与扬程的关系曲线图。
如图1所示，若要实现循环水泵的节能目标，要求在满足换热站供热要求的条件下进行节能改造，以使管道阻力下降及水泵扬程损失减少，然后再据此进行循环水泵选型。关于对循环水泵扬程损失的控制，可采取下列两个途径：
1.1 流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统
借助流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统，可以有效降低循环水泵的扬程损失，即：首先分析和计算原系统，从而确定M1（水泵运行原来的工况点）和Q0（供热效果的流量）；然后，依据工况点M1的位置，算得实际工况点M2的位置，并选用节能水泵，以使水泵的流量、扬程满足系统的实际需要及使水泵在最高效率区间运行，从而实现对电动机消耗功率与系统运行能耗的有效控制。
1.2 射流减阻节能装置
通过将射流减阻节能装置安装在循环水泵出口的前端，同样可以使循环水泵的扬程损失下降，即：控制水泵出口处的涡流损失，以实现能源的高效利用；控制水泵的用电功率，以实现系统设备的经济运行。
关于射流减阻节能装置，其主要由喷射室、增压室和吸水室组成。其中，吸水室的作用是吸收并引导从循环水泵出口处喷射至管壁的水流进入增压室，然后经过增压处理，使得水流形成射流，并从喷射室喷出及与管内水流融合在一起。对于射流，其是一种高压水流，可使乱流变为稳流，使其在管内的流动顺畅。通常而言，循环水泵扬程的设计直接取机组压降及管道局部阻力、沿程阻力的总和，其中包含泵口阻力。研究表明，射流减阻节能装置具有体积小、免维护、环保及耐用的优点，且可在保证循环水泵流量不变的条件小，降低泵口阻力，从而降低了对水泵扬程的实际需要。这样一来，电动机的功率也会随着循环水泵扬程的减小而降低。
2 循环水泵节能改造的具体实施
下文，笔者以甘肅xx换热站为例，浅谈如何运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统对换热站循环水泵进行检测改造。
2.1 实施过程
检测改造前，循环水泵在工况点M1处的运行参数主要为：供水压力0.53MPa、回水压力0.41MPa、功率55kW、扬程38m、管径200mm、流量345m3/h、泵出口压力0.72MPa。当循环水泵满足供热需要时，运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统分析和计算水泵的运行数据，从而得到工况点M2的主要运行参数，即为：功率37kW、扬程26m、流量350m3/h。关于管网阻力的进一步控制，可将射流减阻节能装置安装在新装的循环水泵出口位置，并增大水泵的进、出口管道和过滤器的口径，即从原来的200mm增至250mm。另外，更换换热站内约10m长的管道，而室外管网系统保持不变。经以上节能改造后，换热站管道系统的阻力基本达到了M2的工作状态。在检测改造后，换热站循环水泵的运行参数为：供水压力0.56MPa、回水压力0.43MPa、功率3kW、扬程26m、管径250mm、流量346m3/h、泵出口压力0.62MPa。据此，在保证换热站供热效果或循环水泵流量的条件下，节能水泵的功率与扬程都有所下降，同时也降低了电能的消耗。
2.2 实施效果
表1所示为甘肃××换热站循环水泵的节能改造效果。
从表1可以看出，甘肃××换热站循环水泵在节能改造后获得了非常明显的节电效果，节电率达到43.45%，且在采暖期间，换热站节省了一大笔电费，可见其经济效益非常显著。
3 讨 论
随着国家节能环保战略的实施，甘肃省高度重视对换热站循环水泵的节能改造研究。为了实现换热站循环水泵的高效运行，本文笔者结合甘肃××换热站的实践经验，分析了换热站循环水泵节能改造的理论依据，即：在满足换热站供热要求的条件下合理选择循环水泵的型式；通过运用流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统和将射流减阻节能装置安装在循环水泵出口的前端，有效控制循环水泵的扬程损失。其次，笔者举例阐述了流体循环泵工况点高效动态矫正节能系统在换热站循环水泵节能改造中的运用，且改造效果非常显著，即节电率达到43.45%。但为了提高换热站循环水泵的节能改造效果，要求在节能改造中注意下列三点事项：
（1）在节能改造中，保证换热站的供热效果或循环水泵的流量不变；
（2）更换改造换热站内的局部管道，以使局部阻力损失下降，但外围管网的阻力损失应不变；
（3）依据循环水泵的技术参数，对电动机进行合理选型。
参考文献
[1]王 赟，王 妍，尹岩岩.换热站一体化节能改造方案及实例分析[J].节能与环保，2018（02）：70～71.
[2]李胜利，陈泽信，孔令强.换热站循环水泵的节能改造[J].电世界，2017，58（05）：50～53.
[3]“既有热水供暖循环动力系统节能改造研究”达国际先进水平[J].建筑，2016（16）：78.
[4]李 超，卢 强，郭 萌，赵 勇，谷佳琪.换热站动力系统节能技术改造的效益分析[J].资源节约与环保，2016（02）：1+12.
[5]秦 波，任 静，张金花，段 恺，李华涛，李江宏，张晓转.供热循环动力系统节能改造研究与分析[J].建筑技术开发，2015，42（10）：45～47.
[6]翟率名，田玉卓.换热站节能改造技术研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2015，28（02）：57～61.
收稿日期：2018-7-13