在供熱鍋爐房中二級(jí)循環(huán)泵的應(yīng)用

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【摘 要】本文介紹了將鍋爐房的循環(huán)水泵分設(shè)成用于克服鍋爐水阻力、鍋爐房管道及局部阻力的鍋爐房循環(huán)泵和用于克服外網(wǎng)阻力及用戶阻力的熱網(wǎng)循環(huán)泵，承擔(dān)兩種功能的泵分別設(shè)置又互相連通的設(shè)計(jì)理念，以及通過對(duì)按此理念設(shè)計(jì)的兩座供熱鍋爐房的實(shí)際運(yùn)行所獲得的改善鍋爐燃燒和節(jié)能降耗的實(shí)踐體會(huì)。

【關(guān)鍵詞】鍋爐房供熱 二級(jí)循環(huán)水泵 限流定阻閥 節(jié)能降耗   1 前言 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵是供熱系統(tǒng)的心臟，它擔(dān)負(fù)著驅(qū)動(dòng)熱媒傳遞熱能的功能，其選用的設(shè)備匹配是否合理，直接影響著輸送效果和能耗的高低。為實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，降低供熱成本，對(duì)循環(huán)水泵如何選型、如何配置進(jìn)行分析、探討和改進(jìn)是十分必要的。 2 傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配原則及存在問題 傳統(tǒng)循環(huán)水泵的選配通常是幾臺(tái)泵并聯(lián)成一組泵，同時(shí)滿足鍋爐房、熱網(wǎng)和熱用戶流量和揚(yáng)程的需求，可稱之為單級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)。其流量的確定是按熱負(fù)荷計(jì)算的最大流量的1.05倍考慮；揚(yáng)程是按在確定流量下熱源、熱網(wǎng)和最不利環(huán)路的壓力損失之和再加2—3mH2O的富裕壓頭選用；水泵臺(tái)數(shù)視供熱規(guī)模確定，一般選用3臺(tái)，運(yùn)行2臺(tái)，備用1臺(tái)。按以上原則設(shè)計(jì)和配置的循環(huán)水泵存在以下問題： 2.1 由于按熱負(fù)荷（供熱面積）計(jì)算的最大循環(huán)水量與按鍋爐額定流量計(jì)算的總循環(huán)水量不一致，一般是按熱負(fù)荷計(jì)算的最大循環(huán)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于按鍋爐額定流量計(jì)算的總循環(huán)水量，如不采取措施，使按熱負(fù)荷計(jì)算的最大循環(huán)水量全部流經(jīng)鍋爐，會(huì)使鍋爐超額定流量運(yùn)行。由于鍋爐的水阻力與流量的平方成正比，將會(huì)大大提高鍋爐房的壓力損失；將高溫水鍋爐按低溫水鍋爐運(yùn)行，壓力損失更大。有的鍋爐房壓力損失可達(dá)0.3MPa以上，不得不提高水泵的揚(yáng)程，增加水泵功率，造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者或管理者一般采用安裝與鍋爐并聯(lián)的旁通管，使總循環(huán)水量分流，從而保證流經(jīng)鍋爐的循環(huán)水為額定流量。采取這種措施雖然能降低一些水泵的能耗，但未根本解決問題。 2.2 間供系統(tǒng)從節(jié)能考慮，其供熱鍋爐提供的一次水應(yīng)為可變流量，進(jìn)行質(zhì)量并調(diào)，按傳統(tǒng)原則設(shè)計(jì)的循環(huán)水泵系統(tǒng)，由于要保證流經(jīng)鍋爐的循環(huán)水量不低于額定流量，很難實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。建筑物采暖系統(tǒng)采用分戶熱計(jì)量方式，熱用戶有能力主動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，顯然循環(huán)水泵也應(yīng)是變流量的，基于上述的同樣原因，傳統(tǒng)的循環(huán)水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想也是不能滿足用戶主動(dòng)調(diào)節(jié)要求的。 2.3 一些鍋爐房的循環(huán)水泵系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)理念的原因，使鍋爐超額定流量運(yùn)行，不僅大大增加了水阻力，造成電能浪費(fèi)，還會(huì)由于鍋爐內(nèi)部循環(huán)水流速過快，水冷壁溫度低，造成爐膛溫度也低，鍋爐燃燒狀況不佳，效率低。一次熱網(wǎng)水在低溫運(yùn)行時(shí)也存在同樣的問題。 3 二級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念 清華大學(xué)石兆玉教授等人曾先后發(fā)表“供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想亟待更新”和“供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)”兩篇論文，文中提出的理念和推薦的設(shè)計(jì)方案是先進(jìn)的、最節(jié)能的，但實(shí)施起來必須有相應(yīng)的設(shè)備、自控技術(shù)和資金，有待進(jìn)一步創(chuàng)造條件。受上述兩篇論文的啟發(fā)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件，打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，將原來滿足于鍋爐房、熱網(wǎng)和熱用戶流量和揚(yáng)程要求的單級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)改變?yōu)槎?jí)循環(huán)泵系統(tǒng)，即分別設(shè)置鍋爐房循環(huán)泵和熱網(wǎng)循環(huán)泵，作為實(shí)現(xiàn)分布式變頻循環(huán)水泵最佳設(shè)計(jì)方案的過渡方案。 3.1 鍋爐房循環(huán)泵的流量按鍋爐額定流量選擇，其揚(yáng)程按鍋爐在額定流量下的水阻力加上鍋爐房的管線及附件的阻力確定，不必增加富裕壓頭，可一爐一泵，也可兩爐一泵或多爐一泵，視供熱負(fù)荷的發(fā)展情況和供熱運(yùn)行的調(diào)節(jié)模式而定，采用工頻定流量運(yùn)行。鍋爐房循環(huán)泵只負(fù)擔(dān)能滿足鍋爐運(yùn)行時(shí)額定循環(huán)水量的輸送，其揚(yáng)程僅克服額定流量下的鍋爐水阻力加上鍋爐房管道及附件的阻力，流量和揚(yáng)程均不考慮富裕量。由于鍋爐房循環(huán)泵，始終保持在鍋爐的額定流量下運(yùn)行，不但提高了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，而且降低了電耗，效益十分明顯。 3.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵的流量按系統(tǒng)供熱負(fù)荷計(jì)算的最大流量考慮，其揚(yáng)程按熱網(wǎng)及用戶在最大流量下的阻力加2—3mH2O的富裕壓頭選定。為適應(yīng)間供系統(tǒng)一次水需要變流量和直供系統(tǒng)實(shí)施分戶計(jì)量的熱用戶能主動(dòng)調(diào)節(jié)的需求，采用變頻變流量運(yùn)行。水泵臺(tái)數(shù)也是根據(jù)供熱負(fù)荷的發(fā)展情況及運(yùn)行調(diào)節(jié)模式而定，容量可大小匹配，以單臺(tái)泵為宜。 3.3 鍋爐房循環(huán)泵與熱網(wǎng)循環(huán)泵的入口通過均壓管相連接（見圖所示），均壓管與相鄰管道同口徑。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行流量大于鍋爐房循環(huán)泵運(yùn)行流量時(shí)，熱網(wǎng)回水經(jīng)均壓管后，一部分流向鍋爐房循環(huán)泵入口，一部分流向熱網(wǎng)循環(huán)泵入口與鍋爐供水相混合;當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行流量小于鍋爐房循環(huán)泵運(yùn)行流量時(shí)，熱網(wǎng)回水在均壓管與鍋爐部分供水混合后，全部流向鍋爐房循環(huán)泵入口。不難看出，對(duì)于不同的運(yùn)行工況，通過改變均壓管中的水流方向，就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)二級(jí)循環(huán)泵不同循環(huán)流量的協(xié)調(diào)與均衡。 4 二級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵由單級(jí)循環(huán)泵改為二級(jí)循環(huán)泵，就是為適應(yīng)熱網(wǎng)循環(huán)水量根據(jù)熱負(fù)荷不斷變化的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)而創(chuàng)造條件，從設(shè)備的設(shè)置和管路的連接以及控制方面，要既能適應(yīng)質(zhì)調(diào)節(jié)，也能適應(yīng)量調(diào)節(jié)，還可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量并調(diào)，為節(jié)能運(yùn)行打下基礎(chǔ)。 4.1 鍋爐房循環(huán)泵從選型原則可知，根據(jù)熱負(fù)荷的需求，調(diào)度要確定起爐臺(tái)數(shù)，隨之循環(huán)水量和循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)也就確定了。在鍋爐能力范圍內(nèi)，鍋爐的出力根據(jù)熱負(fù)荷的需求進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)，隨著熱負(fù)荷變化，調(diào)度指令可確定所需的鍋爐出力和起爐臺(tái)數(shù)。 4.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵通常按照質(zhì)量并調(diào)進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)實(shí)測(cè)的室外溫度，控制器首先計(jì)算出熱網(wǎng)循環(huán)泵的給定循環(huán)流量（在整個(gè)供暖期間，熱網(wǎng)循環(huán)泵的運(yùn)行流量在設(shè)計(jì)流量的50-100%之間變化），并指令熱網(wǎng)循環(huán)泵通過變頻器改變其轉(zhuǎn)速，使其循環(huán)流量達(dá)到預(yù)期值。熱網(wǎng)循環(huán)流量是否符合給定值，一般根據(jù)熱網(wǎng)供回水壓差的測(cè)試來判斷?？刂破髟谟?jì)算熱網(wǎng)循環(huán)流量給定值的同時(shí)，還計(jì)算出了熱網(wǎng)供水溫度的給定值，借以指導(dǎo)鍋爐的運(yùn)行操作。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)流量小于鍋爐循環(huán)流量時(shí)，則鍋爐的入口水溫高于熱網(wǎng)的回水溫度，以此判斷工況是否正常。 4．3 為了使均壓管的壓力穩(wěn)定，小型供熱系統(tǒng)的管徑宜3倍于相鄰管道的口徑；對(duì)于較大的供熱系統(tǒng)，由于管道口徑較大，難以實(shí)施，我們?cè)趯?shí)際工程中，將均壓管的口徑與相鄰管道的口徑取為相等，通過旁通定壓的調(diào)整，將均壓管的壓力鎖定為系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的壓力值，同樣達(dá)到了穩(wěn)壓的目的，詳見圖示。 4.4 對(duì)于間供系統(tǒng)一次網(wǎng)換熱站間的水力平衡，除了采用通用的在換熱站一次水的進(jìn)（出）口安裝電動(dòng)閥進(jìn)行自控調(diào)節(jié)外，對(duì)于小型的間供系統(tǒng)，為降低投資，也可以在換熱站一次水的進(jìn)（出）口安裝限流定阻閥進(jìn)行換熱站間的水力平衡調(diào)節(jié)，其方法是根據(jù)每個(gè)換熱站的最大熱負(fù)荷和一次水的供熱參數(shù)對(duì)限流定阻閥設(shè)定最大流量，而后通過簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)對(duì)其動(dòng)閥芯予以固定，以保證阻力特性系數(shù)不變。由于供熱系統(tǒng)各換熱站間的流量比取決于阻力特性系數(shù)比，各換熱站間的阻力特性系數(shù)一定，則流量比也一定。根據(jù)此原理，小型間供系統(tǒng)可以僅僅對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵實(shí)施自控，各換熱站間的一次水循環(huán)量則根據(jù)上述原理按等比分配，以滿足二次網(wǎng)隨著大氣溫度變化對(duì)換熱量的需求。這樣可以免去二次網(wǎng)安裝電動(dòng)閥和自控設(shè)備的投資，降低造價(jià)。 5 二級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)的供熱鍋爐房運(yùn)行效果 自2005年以來，筆者先后設(shè)計(jì)并運(yùn)行了兩座采用二級(jí)循環(huán)泵系統(tǒng)的供熱鍋爐房，兩座鍋爐房規(guī)模一樣，總?cè)萘繛?6MW，鍋爐配置為2臺(tái)21MW和1臺(tái) 14MW，水溫參數(shù)為115/70℃，間供系統(tǒng)。由于受熱負(fù)荷發(fā)展的限制，初建安裝了1臺(tái)21MW和1臺(tái)14MW鍋爐及相應(yīng)的配套輔機(jī)，分別建換熱站4座和7座。一座鍋爐房已運(yùn)行了兩個(gè)采暖期，從運(yùn)行結(jié)果看，明顯顯示了以下優(yōu)點(diǎn)： 5.1 由于鍋爐房循環(huán)泵選型得當(dāng)，鍋爐實(shí)現(xiàn)了按額定循環(huán)水量運(yùn)行，其揚(yáng)程正好克服鍋爐房系統(tǒng)水阻力，沒有額外的壓力損失，避免了電能浪費(fèi)。 5.2 熱網(wǎng)循環(huán)泵按著自控系統(tǒng)的控制隨著大氣溫度的變化實(shí)時(shí)變頻變流量，換熱站一次水實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量并調(diào)，減少了熱網(wǎng)循環(huán)泵的電耗，也能配合用戶的主動(dòng)調(diào)節(jié)。 5.3 從運(yùn)行統(tǒng)計(jì)看，采用二級(jí)循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)比相近規(guī)模采用單級(jí)循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)綜合節(jié)電15%，若僅以循環(huán)水泵統(tǒng)計(jì)，節(jié)電將更多。 5.4 由于穩(wěn)定地保證了鍋爐出水溫度的高品質(zhì)，改善了鍋爐的燃燒效果，提高了鍋爐效率。 5.5 循環(huán)水泵由單級(jí)循環(huán)泵時(shí)的大泵，分解成二級(jí)循環(huán)泵時(shí)的小泵，降低了水泵噪音，改善了工作環(huán)境。 6 結(jié)束語 供熱鍋爐房的循環(huán)水泵由單級(jí)循環(huán)泵改為二級(jí)循環(huán)泵僅僅是一個(gè)嘗試，雖然按此理念已建成兩座鍋爐房，并有兩個(gè)采暖期的運(yùn)行實(shí)踐，獲得了明顯的節(jié)能效果并改善了工作環(huán)境，但由于熱負(fù)荷發(fā)展的限制，所有設(shè)備尚未按設(shè)計(jì)規(guī)模完全到位，滿負(fù)荷的運(yùn)行效果尚未顯示出來，還有待于今后在實(shí)踐中總結(jié)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)構(gòu)思和調(diào)整調(diào)度運(yùn)行模式。 由于筆者水平有限，文中提到的論點(diǎn)和做法錯(cuò)誤在所難免，望廣大業(yè)內(nèi)人士給予批評(píng)指正，不勝感謝。