供熱系統中循環(huán)水泵變頻調速的應用研究

第25卷第10期吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報VoL. 25 No. 102009年10月Journal of Jjlin Teachers Instiute of Engineering and TechnologyOct 2009供熱系統中循環(huán)水泵變頻調速的應用研究林海濤,劉海龍，劉志平(吉林農業(yè)大學(xué)規劃建設處,吉林長(cháng)春130118)[摘要]循環(huán)水泵作為供熱 系統的重要運行設備,其優(yōu)化運行對整個(gè)供熱系統的經(jīng)濟運行有著(zhù)重要意義。本文針對循環(huán)水泵運行效率低以及存在的相關(guān)控制問(wèn)題.提出將變頻調速技術(shù)應用于供熱循環(huán)水泵,用調速泵代替定速泵。對循環(huán)水泵設置變頻調速在供熱管網(wǎng)中的節能效果進(jìn)行了分析研究。[關(guān)鍵詞]節能;循環(huán)水泵;變頻調速;特性曲線(xiàn)[中圖分類(lèi)號] TH38[文獻標識碼] A[文章編號] 1009 - 9042(2009)10 -0068 -04The Application of Water Circulating Frequency Control in Heating SystemLIN Hai -tao, LIU Hai - long, LU Zhi - ping( Planning and Construction Department, Jilin Agricultural University, Changchun Jilin 130118, China)Abstract : Being the important operational equipment, the optimal operation of circulation waterpump has important significance for economy operation of the whole heating system. As for thelow eficiency of the circulating water pump as well as the existence of the related control prob-lem, variable frequency goverming technique is proposed to apply in the heating circulation wa-ter pump and constant speed pump is replaced by variable speed pump in this paper. Then, ananalysis is made on the energy saving principles and efficiency of water pumps setting speedregulation through frequency variation in heating system.Key words: energy saving; circulating water pump; frequency speed control; characteristic供熱系統中,循環(huán)水泵是控制和調節的重要設潛力,其潛力挖掘的焦點(diǎn)是提高水泵的運行效率。備,其運行狀況對熱網(wǎng)的水力狀況起決定性作用。據估計,提高水泵系統運行效率的節能潛力可達利用水泵和管路的性能曲線(xiàn)對水泵運行工況進(jìn)行分300 ~500億千瓦時(shí)/年,相當于6 ~ 10個(gè)裝機容量為析和研究,可以達到減輕水力失調和節約電能的目.1 000MW級的大型火力發(fā)電廠(chǎng)的年發(fā)電總量。水泵的。變頻技術(shù)是在水泵的電機加變頻調速裝置,自也是最主要的耗電設備容量大、耗電多。加上其長(cháng)動(dòng)調節水泵電機的轉速,達到控制流量的目的。這期連續運行并常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，種方法操作簡(jiǎn)單,節電效果明顯,是控制供暖負荷較其節能潛力更加巨大。我國采暖能耗高,是相近氣理想的方法。候條件發(fā)達國家的3~5倍,采暖用能占全國商品用能9.6%。供暖能耗占全國建筑總能耗的55%以1水泵變頻調速節能的現狀上,為供暖地區社會(huì )能耗的21. 4%。水泵在國民經(jīng)濟各部門(mén)的數量眾多,分布面極2循環(huán)水泵性能參數的合理確定廣,耗電量巨大。據有關(guān)部門(mén)統計,全國水泵電動(dòng)機裝機總容量約35 000MW ,耗電量約占全國電力消耗中國煤化工容量普遍偏大,致總量的5%左右，目前,水泵運行中還有很大的節能使循CNMHG耗電量偏大。主收稿日期:2009-06-18作者簡(jiǎn)介:林海濤(1975- ),男,吉林長(cháng)春人,吉林農業(yè)大學(xué)規劃建設處 工程師,主要從事供熱系統交頻調速的研究。第25卷第10期林海濤等:供熱系統中循環(huán)水泵變頻調速的應用研究●69.要原因是設計人員沒(méi)有認真計算熱負荷及系統的阻系統管路特性曲線(xiàn)不變,即水泵的等效率曲線(xiàn)不變,力。為保險起見(jiàn),往往進(jìn)行估算,而估算值過(guò)大,導故水泵變速后的工況點(diǎn)必定相似,轉速、流量、揚程致選擇的水泵流量和揚程過(guò)大。系統運行后沒(méi)有認和軸功率符合相似定律。真進(jìn)行初調節;在選擇水泵時(shí),由于水泵規格系列所3.2供熱循環(huán)水泵 變頻調速的高效區間限很難選到流量、揚程完全一致的水泵, 導致設計者變頻水泵應用于集中供熱系統是很有發(fā)展前景往往選擇比實(shí)際性能參數大一號的水泵。因此,應的節能設備,但其節能的前提是運行于高效率區內，根據供暖系統提供的參數,合理選擇適用供暖系統變頻水泵在高效區以外運行是不經(jīng)濟的。因此,常的循環(huán)水泵的型號和參數,最大可能地滿(mǎn)足系統要.常把變頻水泵的效率作為衡量水泵選擇和運行是否求。要想合理確定循環(huán)水泵的性能參數,必須遵循合理的首要參數。下面以離心水泵為例,分析水泵以下幾點(diǎn):變頻調速運行的高效區間。(1)詳細地進(jìn)行采暖熱負荷計算,不宜簡(jiǎn)單套用理論上,當水泵工作點(diǎn)位于等效率曲線(xiàn)、和水手冊和資料中推薦的建筑熱指標,以期在滿(mǎn)足使用.泵額定轉速曲線(xiàn)所圍承德區域OAOBO時(shí),可以高效功能的前提下降低工程造價(jià)和運行費用。運行。但水泵在實(shí)際運行中,由于功率與轉速之間(2)所選的循環(huán)水泵應滿(mǎn)足系統所需的最大流存在一定關(guān)系，隨著(zhù)轉速的下降,軸功率會(huì )急劇下量和揚程,同時(shí)要使循環(huán)水泵際的工作點(diǎn)盡可能接降,導致水泵自身的效率將隨轉速的降低而降低。近最佳工況點(diǎn),且能長(cháng)期在高效區運行。當轉速降到一定數值,高效區的分界線(xiàn)0A0、0AO將(3)熱水集中供熱系統中常用的調節方式有兩種,會(huì )合到一點(diǎn)J,則高效區縮小為AOBOJ所圍成的區域- -是質(zhì)調節,即改變熱水溫度的調節。系統運行后,采陰影部分,如圖1所示。用有效的初調節,來(lái)盡量消除系統的水力失調。(4)選擇流量變化大而揚程變化不大的水泵,即H↑G-H特性曲線(xiàn)趨于平坦的水泵。(5)流量富裕系數要與揚程富裕系數相匹配,不應采用相同的富裕系數。no國外水泵的優(yōu)選方法很多,如采用高效的水泵組合方式或是用儲水池來(lái)削弱高峰流對泵站的沖擊,進(jìn)行這類(lèi)研究的有Chao和Jacobe等。還有更嚴31~謹的方法:用數學(xué)方法優(yōu)化選擇水泵。如Lindell E.ntOrmsbee的動(dòng)態(tài)規劃算法DG(dynamicprogram-Q(min0)Q(mia0Qming)。圖1水泵變 頻調速運行的高效區間3變頻調速水泵的最佳調速范圍3.1供熱循環(huán)水 泵變頻調速的等效率曲線(xiàn)在傳統質(zhì)調節定流量系統中,供熱循環(huán)水泵始根據水泵的相似定律以及流體力學(xué)理論可知,終保持額定轉速不變,其高效區間為曲線(xiàn)A0- BO只有水泵效率相同時(shí)才能稱(chēng)之為相似工況點(diǎn),因此所示，顯然變流量供熱系統中供熱循環(huán)變頻水泵的將水泵的相似工況點(diǎn)相連所得的曲線(xiàn),便是水泵的高效區由線(xiàn)延伸到了面,擴大了供熱循環(huán)水泵高效等效率曲線(xiàn)。區的應用范圍。由于水泵揚程和流量的平方成正比,如式3.3循環(huán)水 泵變頻調速的工況變化特性(1 -1)所示水泵特性曲線(xiàn)與熱網(wǎng)管路特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)稱(chēng)為H=CQ2(1-1)水泵的工況點(diǎn),研究水泵工況點(diǎn)的變化規律對于進(jìn)其中C為比例系數,對于相似工況點(diǎn)C為定值，一步控制水泵的變頻調速具有很重要的指導意義。此時(shí),式(1-1)便成為水泵等效率曲線(xiàn)的表達式。理論上,變流量供熱系統采用變頻調速,熱網(wǎng)管路的根據以上分析,可以得出以下結論:特性中國煤化工運行工作點(diǎn)為各(1)水泵等效率曲線(xiàn)和熱網(wǎng)系統管路特性曲線(xiàn)轉速7YH3管路特性曲線(xiàn)的重合,為常數和一次項均為零的二次拋物線(xiàn)。交點(diǎn),CNMHG此時(shí)，各工作點(diǎn)(2)若水泵變速后熱網(wǎng)系統的阻力不變,則熱網(wǎng)符合相似定律,節能效果最好。ho 為設計工況下熱●70.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報2009年10月網(wǎng)管路的特性曲線(xiàn),n, ~n表示供熱循環(huán)水泵在不點(diǎn)運行效率逐漸減小,越來(lái)越遠離η1 ,還很有可能出同轉速時(shí)的特性曲線(xiàn)?，F降速不是很大時(shí),運行工況點(diǎn)C、D巳經(jīng)脫離高效區的情況。如果設B點(diǎn)代表供暖期需水量的極大似然值E,h;(Q),當選擇η作為供熱循環(huán)水泵的最高效率點(diǎn)|n/Jhy,ho口時(shí),水泵處于最高效率區的時(shí)間變長(cháng),自然節能的效果好。而且此時(shí)供熱循環(huán)水泵的額定工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)右側，那么隨著(zhù)水泵轉速的下降,各運行工n22況點(diǎn)的效率先增加,后減小C、D工況點(diǎn)脫離高效區04的概率也大大降低了,水泵的整體運行效果好。通過(guò)以上分析,在選供熱系統供熱循環(huán)水泵的ns過(guò)程中可以采用負荷分區的辦法,統計出各負荷區段占整個(gè)供暖期總負荷的比例,找出所占比率最大的負荷區段,在其內確定一個(gè)流量工況點(diǎn)作為最高圖2供熱 循環(huán)水泵變頻調速的工作點(diǎn)示意圖效率點(diǎn),可繪制熱負荷延續圖,然后計算出供暖期內所需水量的極大似然值,確定流量點(diǎn),將其定為最3.4循環(huán)水泵最高效率點(diǎn)的確定高效率點(diǎn),水泵的運行效果會(huì )更好。.由于供熱循環(huán)水泵的等效率曲線(xiàn)與熱網(wǎng)管路的結合.上述分析,可以得出圖4的結論,其中陰影特性曲線(xiàn)重合,結合圖2,可得圖3形式,n ~η為部分表示水泵的高效區間。當熱網(wǎng)管路特性曲線(xiàn)阻等效率曲線(xiàn),如圖3所示?？贡容^大時(shí),只根據供熱最大負荷時(shí)所需流量和揚程選擇供熱循環(huán)水泵,有可能導致額定工況點(diǎn)位于水泵的高效區以外,如圖4中的A點(diǎn)所示。H79noH↑r02尸BA~noQD'QcQQA圖3 供熱循環(huán)水泵最高效率點(diǎn)特性分析古設AD為供熱循環(huán)水泵工作點(diǎn)的運行曲線(xiàn),可以看出當供熱循環(huán)水泵的額定轉速降低時(shí),效率曲線(xiàn)圖4供熱循環(huán)水泵 額定工況點(diǎn)示意圍和曲線(xiàn)上的高效率區段均從右向左移動(dòng)。為了最大限度的實(shí)現節能，應保證變頻過(guò)程中水泵工況點(diǎn)始理想狀態(tài)運行時(shí),供熱循環(huán)水泵的運行工作點(diǎn)終位于高效段,而且應使水泵最高效率點(diǎn)與系統所位于A(yíng)B段已經(jīng)脫離了高效區,而且水泵實(shí)際工作點(diǎn)需水量最可能出現的情況相對應。供熱系統中,設運行曲線(xiàn)要位于A(yíng)B段左側,整個(gè)運行過(guò)程,有可能計工況點(diǎn)A代表滿(mǎn)足供暖設計熱負荷時(shí),水泵的運完全處于低效區。因此,在設計供熱管網(wǎng)系統時(shí),循行工作點(diǎn)。環(huán)泵的選型僅依據供熱設計負荷確定水泵流量和揚事實(shí)上,整個(gè)供暖期出現最大熱負荷需求的時(shí)程,往中國煤化工低,應保持和管網(wǎng)間很短,即系統處于最不利點(diǎn)的概率很小,如果選的不CNMH(]管路特性曲線(xiàn)位泵時(shí)把等效率曲線(xiàn)η設為額定轉速的最高效率點(diǎn)，于等起行工作點(diǎn)才能位則隨著(zhù)水泵轉速的降低,水泵調速過(guò)程中實(shí)際工況于高效區內,達到節能的目的。第25卷第10期林海濤等:供熱系統中循環(huán)水泵變頻調速的應用研究.71.(2)對設置變頻調速裝置的集中供熱工程,應該4結論建立良好的工程信息反饋系統。在以后的實(shí)際工作本文研究了供熱循環(huán)水泵變頻調速的基本特中,將進(jìn)-一步完善本文的研究?jì)热?使其能夠更好地性,進(jìn)行了水泵特性曲線(xiàn)擬合,在此基礎上對其等效應用于供熱系統循環(huán)水泵的設計、運行及技術(shù)改率曲線(xiàn)、高效區間及節流調節與水泵變轉速調節的造中。節能效果進(jìn)行了分析。由供熱循環(huán)水泵變頻調速原理、擬合曲線(xiàn)方程參考文獻:及轉速改變時(shí)水泵基本參數的變化情況、等效率曲[1]陳和平.中國能源可持續發(fā)展戰略芻議[J].山西能源與線(xiàn)與熱網(wǎng)管路特性曲線(xiàn)之間存在的關(guān)系,確定了供節能,2001 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Variable Speed Turbo Coupling Used 因Pump Drive in Desalination Plants. Desalination, 1999,點(diǎn)的變化分析,指出水泵最高效率點(diǎn)應選在流量極(125).大似然值E( Q)處，這樣水泵處于最高效率區的時(shí)間[3]陳和平,周簋. 我國中長(cháng)期節能目標及行動(dòng)方案探討變長(cháng),節能效果更好。[J].中國能源,999,(8).(1)考慮供熱系統中不同循環(huán)水泵配置方案的[4]王錫仲,蔣志堅,高景蜂.變頻優(yōu)化調壓節能供水裝置的設備成本和運行費用,對其進(jìn)行綜合性經(jīng)濟比較,求研制[J].給水排水, 1998 ,24( 10).出其投資回報期,這樣對不同配置方案的能耗會(huì )有[責任編輯歐喜軍]更加清晰的認識。中國煤化工MYHCNMHG