论文部分内容阅读
摘要：传统的集中供热系统使用单级循环泵存在耗能大、易出故障、水利失调等问题，而采用分布式二级循环泵能够有效解决上述问题。文章介绍了分布式二次循环泵的原理，并对其应用进行了探讨。
关键词：分布式；二级循环泵；应用
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，锅炉房内的一次水循环泵不仅耗电多，而且锅炉运行承受的压力大，存在安全隐患。另外，系统存在水力失调现象，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，而且水力失调问题没有得到根本明显的改善。因此，有必要采用分布式二次循环泵来有效解决上述问题，保证集中供热系统安全、稳定、高效、低耗。
一、分布式二级循环泵的原理
传统的供热系统设计是在热源处设置一组循环泵发挥热源处、热网处、用户处循环泵三种作用，循环泵流量按照最大热负荷考虑，并按照最大热负荷流量下最不利压力损失之和确定扬程。由于热负荷处于动态变化之中，在供暖期间存在室外温度高而热负荷低和室外温度低而热负荷高的变化，通常热负荷的浮动范围较大，但单级循环泵流量调节范围比较小，尤其在热负荷小于70%最大热负荷时，采用单级循环泵难以相应的降低系统流量。因此，选择分布式二级循环泵成为必然。
分布式二级循环泵能够在热源处和热力站分别设置一级和二级循环泵。一级泵扬程的确定只需要考虑锅炉房内部存在的阻力，二级泵扬程的确定只需要考虑热力站内部阻力和一级管网间阻力。在热力站加装循环泵，二级循环泵能够降低一级循环泵扬程，并避免近端热用户处的节流损失。在具体实施时，通过变频调速装置调节循环水量，因此热力站应该加装气候补偿器，针对室外温度情况调节二级泵转速从而控制水循环量，借助自动化技术实现调节的动态化，最大限度提高能源利用率，按需供热，降低能耗。
二、分布式二级循环泵的应用思路
由于一级泵的扬程只考虑锅炉本体、管子、附件等热源处的阻力，不需要额外添加压头。因此，一级泵始终处于定流量运行，不仅稳定性高，而且耗电量小，节能效果非常明显。由于二级泵的扬程只考虑热力站和热网的阻力，处于变流量运行，热网泵数量需要根据热负荷情况和调节模式来确定。一级泵和二级泵经均压管连接，如果二级泵流量大于一级泵，热网回水在流经均压管后分流一部分进入一级泵，另一部分进入二级泵；如果二级泵流量小于一级泵，热网回水在流经均压管后混合锅炉供水进入一级泵，实现一级泵与二级泵循环流量的均衡。
分布式二级循环泵是最为先进的集中供热系统，节能效果显著，但需要相应设备、技术、资金的支持，热力站还必须留有富余空间。因此，可以结合实际情况实施二级循环泵的过渡方案。在锅炉房和热网分别设置循环泵，根据热负荷情况与系统调节方式设置一炉或多炉一泵，能够在提高锅炉稳定性的同时降低能耗。
三、具体应用
1.工程概况
XXXX供暖有限公司建有3个热源厂：老区锅炉房、A03锅炉房、B03锅炉房，各带不同数量的换热站为北京XXX地区7百万平米建筑提供冬季供热。目前主要存在以下需改进的地方：锅炉房，A03、B03锅炉房采用常规仪表控制，无能耗计量装置，锅炉运行控制依据回水温度手动控制，需改进；换热站，各换热站目前均处于人工值守状态，缺乏必要的检测、控制设备，换热站的安全、节能运行严重依赖值班人员的日常巡视及其责任心，系统出现故障往往难以提前发现并处理，除补水定压采用自动控制外均为人工手动控制，换热站二次供水只能通过蝶阀手动调节，循环泵已经安装变频器但只能手动调速，软化水箱水位与补水泵未安装联锁装置，参照现有自动化程度高的换热站，存在较大的节能改造空间；锅炉房和换热站的协调，各换热站和锅炉房基本处于相互独立状态，无法实现热源和外网的协调控制。
2.改造思路
各換热站采用气候补偿器实现供热节能、安全运行以及无人值守，降低水、电、煤消耗，同时节省人工成本；采用分布变频泵进行一次管网流量控制，实现节能运行和管网水力平衡；建立调度中心和本地气象数据采集站，计算出供热指数，将供暖指数及室外温度定期自动发布到各换热站，实时采集各换热站的热负荷数据，结合气象数据和气象预报，计算出供热厂的不同时段的锅炉出力用其指导锅炉运行；安装适当的能源计量装置，记录能源消耗和产出的瞬时值、累计值；安装视频监控系统，对换热站进行实时图像监控并保存历史图像，增加无人值守状态下的换热站运行安全系数。
3.改造方案
鉴于XXXX供热公司系统现状，按照上述改造思路，结合工程实施经验和行业技术发展特点，提出以下的整体节能改造方案：
3.1换热站节能改造
换热站的改造按照全自动无人值守配置，安装必要的检测仪表、气候补偿器、分布式变频泵、通讯装置，由气候补偿器自动对换热站运行进行节能控制，能远程调整二次循环泵转速控制二次供水流量满足初寒、严寒、末寒不同供暖时期的流量要求；增加水量表、热量表、电量表，按子系统进行各换热站的能源计量，结合供热面积可以实时算出单位面积的热负荷，为进一步节能提供依据，补水量的累积可以实现小时累积、天累计多种方式，并进行日补水量平均计算，当补水量出现异常时，系统能发出警报，提示维修人员进行漏点查找、修复。
3.2分布式变频二级泵
本次节能改造工程采用分布式变频二级泵技术进行一次水流量控制和调节，锅炉房设一级循环泵，负责锅炉房内循环流量及循环动力；在各换热站设置二级循环水泵，负责各站循环流量及克服外网和换热站的循环阻力（如图1）；在热源厂内的锅炉供回水管上加装耦合管（即联通管，图中A-B），使锅炉房和外网形成相对独立的两个循环系统。
换热站根据高、中、低区不同系统，每个系统增加2台二级泵，一用一备，采用一套变频器进行控制，正常情况下变频运行，在变频器故障时可以采用工频运行循环泵，保证系统运行连续。
图1：供热系统改造方案
4.改造效果
节能改造后优势为：采用分布式变频泵，可节约电能10%；采用气候补偿后，可节约燃煤10%；采用无人值守，可以减少运行人员，每站按5人算可减少100人的人员费用。
总结：
如今，分布式二级循环泵已经在我国许多大型供热工程应用，实际应用的节能效益良好，并提高了系统自动调节的水平。在选择循环泵系统时应根据实际需要和条件，选择便于改造、投资少的二级循环泵系统或是便于调节、节能效果显著的分布式变频循环泵系统。
参考文献：
[1] 孙薇. 浅谈供热分布式二级循环泵的应用[J]. 职业, 2011,(11)
[2] 徐军杰, 张连钢, 赵欣刚, 张景娜, 杨颖. 锅炉房二级循环泵供热系统的应用[J]. 煤气与热力, 2011,(02)
[3] 谷晓波, 刘振刚, 刘国生, 谷守棣. 供热锅炉房二级循环泵系统设计(改造)的有关问题[J]. 区域供热, 2009,(05)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：分布式；二级循环泵；应用
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，锅炉房内的一次水循环泵不仅耗电多，而且锅炉运行承受的压力大，存在安全隐患。另外，系统存在水力失调现象，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，而且水力失调问题没有得到根本明显的改善。因此，有必要采用分布式二次循环泵来有效解决上述问题，保证集中供热系统安全、稳定、高效、低耗。
一、分布式二级循环泵的原理
传统的供热系统设计是在热源处设置一组循环泵发挥热源处、热网处、用户处循环泵三种作用，循环泵流量按照最大热负荷考虑，并按照最大热负荷流量下最不利压力损失之和确定扬程。由于热负荷处于动态变化之中，在供暖期间存在室外温度高而热负荷低和室外温度低而热负荷高的变化，通常热负荷的浮动范围较大，但单级循环泵流量调节范围比较小，尤其在热负荷小于70%最大热负荷时，采用单级循环泵难以相应的降低系统流量。因此，选择分布式二级循环泵成为必然。
分布式二级循环泵能够在热源处和热力站分别设置一级和二级循环泵。一级泵扬程的确定只需要考虑锅炉房内部存在的阻力，二级泵扬程的确定只需要考虑热力站内部阻力和一级管网间阻力。在热力站加装循环泵，二级循环泵能够降低一级循环泵扬程，并避免近端热用户处的节流损失。在具体实施时，通过变频调速装置调节循环水量，因此热力站应该加装气候补偿器，针对室外温度情况调节二级泵转速从而控制水循环量，借助自动化技术实现调节的动态化，最大限度提高能源利用率，按需供热，降低能耗。
二、分布式二级循环泵的应用思路
由于一级泵的扬程只考虑锅炉本体、管子、附件等热源处的阻力，不需要额外添加压头。因此，一级泵始终处于定流量运行，不仅稳定性高，而且耗电量小，节能效果非常明显。由于二级泵的扬程只考虑热力站和热网的阻力，处于变流量运行，热网泵数量需要根据热负荷情况和调节模式来确定。一级泵和二级泵经均压管连接，如果二级泵流量大于一级泵，热网回水在流经均压管后分流一部分进入一级泵，另一部分进入二级泵；如果二级泵流量小于一级泵，热网回水在流经均压管后混合锅炉供水进入一级泵，实现一级泵与二级泵循环流量的均衡。
分布式二级循环泵是最为先进的集中供热系统，节能效果显著，但需要相应设备、技术、资金的支持，热力站还必须留有富余空间。因此，可以结合实际情况实施二级循环泵的过渡方案。在锅炉房和热网分别设置循环泵，根据热负荷情况与系统调节方式设置一炉或多炉一泵，能够在提高锅炉稳定性的同时降低能耗。
三、具体应用
1.工程概况
XXXX供暖有限公司建有3个热源厂：老区锅炉房、A03锅炉房、B03锅炉房，各带不同数量的换热站为北京XXX地区7百万平米建筑提供冬季供热。目前主要存在以下需改进的地方：锅炉房，A03、B03锅炉房采用常规仪表控制，无能耗计量装置，锅炉运行控制依据回水温度手动控制，需改进；换热站，各换热站目前均处于人工值守状态，缺乏必要的检测、控制设备，换热站的安全、节能运行严重依赖值班人员的日常巡视及其责任心，系统出现故障往往难以提前发现并处理，除补水定压采用自动控制外均为人工手动控制，换热站二次供水只能通过蝶阀手动调节，循环泵已经安装变频器但只能手动调速，软化水箱水位与补水泵未安装联锁装置，参照现有自动化程度高的换热站，存在较大的节能改造空间；锅炉房和换热站的协调，各换热站和锅炉房基本处于相互独立状态，无法实现热源和外网的协调控制。
2.改造思路
各換热站采用气候补偿器实现供热节能、安全运行以及无人值守，降低水、电、煤消耗，同时节省人工成本；采用分布变频泵进行一次管网流量控制，实现节能运行和管网水力平衡；建立调度中心和本地气象数据采集站，计算出供热指数，将供暖指数及室外温度定期自动发布到各换热站，实时采集各换热站的热负荷数据，结合气象数据和气象预报，计算出供热厂的不同时段的锅炉出力用其指导锅炉运行；安装适当的能源计量装置，记录能源消耗和产出的瞬时值、累计值；安装视频监控系统，对换热站进行实时图像监控并保存历史图像，增加无人值守状态下的换热站运行安全系数。
3.改造方案
鉴于XXXX供热公司系统现状，按照上述改造思路，结合工程实施经验和行业技术发展特点，提出以下的整体节能改造方案：
3.1换热站节能改造
换热站的改造按照全自动无人值守配置，安装必要的检测仪表、气候补偿器、分布式变频泵、通讯装置，由气候补偿器自动对换热站运行进行节能控制，能远程调整二次循环泵转速控制二次供水流量满足初寒、严寒、末寒不同供暖时期的流量要求；增加水量表、热量表、电量表，按子系统进行各换热站的能源计量，结合供热面积可以实时算出单位面积的热负荷，为进一步节能提供依据，补水量的累积可以实现小时累积、天累计多种方式，并进行日补水量平均计算，当补水量出现异常时，系统能发出警报，提示维修人员进行漏点查找、修复。
3.2分布式变频二级泵
本次节能改造工程采用分布式变频二级泵技术进行一次水流量控制和调节，锅炉房设一级循环泵，负责锅炉房内循环流量及循环动力；在各换热站设置二级循环水泵，负责各站循环流量及克服外网和换热站的循环阻力（如图1）；在热源厂内的锅炉供回水管上加装耦合管（即联通管，图中A-B），使锅炉房和外网形成相对独立的两个循环系统。
换热站根据高、中、低区不同系统，每个系统增加2台二级泵，一用一备，采用一套变频器进行控制，正常情况下变频运行，在变频器故障时可以采用工频运行循环泵，保证系统运行连续。
图1：供热系统改造方案
4.改造效果
节能改造后优势为：采用分布式变频泵，可节约电能10%；采用气候补偿后，可节约燃煤10%；采用无人值守，可以减少运行人员，每站按5人算可减少100人的人员费用。
总结：
如今，分布式二级循环泵已经在我国许多大型供热工程应用，实际应用的节能效益良好，并提高了系统自动调节的水平。在选择循环泵系统时应根据实际需要和条件，选择便于改造、投资少的二级循环泵系统或是便于调节、节能效果显著的分布式变频循环泵系统。
参考文献：
[1] 孙薇. 浅谈供热分布式二级循环泵的应用[J]. 职业, 2011,(11)
[2] 徐军杰, 张连钢, 赵欣刚, 张景娜, 杨颖. 锅炉房二级循环泵供热系统的应用[J]. 煤气与热力, 2011,(02)
[3] 谷晓波, 刘振刚, 刘国生, 谷守棣. 供热锅炉房二级循环泵系统设计(改造)的有关问题[J]. 区域供热, 2009,(05)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。