分布式变频泵供热系统应用
2021-08-08 20:23:00
分布式变频泵供热系统作为一种新型的循环泵多点布置形式，与传统的供热管网循环泵单点布置相比，具有节约电能、运行成本低的特点。本文以系统的基本原理和传统供热系统进行对比，并通过实际应用的具体分析，探讨分布式变频泵系统的节能效果和发展前景。
随着社会的发展和经济的进步，变频技术在供热行业的应用越来越成熟，因此，近几年来出现了一种循环泵多点布置的分布式变频泵供热系统，主要应用于新建项目，如何设计、建设完善的节能供热系统；已建供热系统在不增加新热源和在不扩大热网规模的前提下，如何才能既节约能源、降低运行成本，又能满足供热负荷的需求。行业协会已将分布式变频泵供热系统的研究列为“十三五”科技规划。
基本原理是利用分布在用户端的循环泵取代用户端的调节阀，由原来在调节阀上消耗多余的用户入口供回水压差改为用分布式变频泵提供必要的用户入口供回水压差。在分布式变频泵供热系统中，热源循环泵只承担热源内部的循环动力。
热源循环泵扬程只克服热源内部的阻力，热系统主线的总设计流量。各换热站的一级循环泵扬程的计算要在整个供热系统水力计算的基础上进行，流量按该换热站一级侧的设计流量选取。二级循环泵的扬程、流量按用户的阻力及设计流量选取。
对传统的供热系统，热源循环泵承担热源内部阻力和整个热网的阻力以及各用户的入口供回水压差。选择热源循环泵的设计条件一般是满足热网最远端用户的入口供回水压差，除了最远端用户外，大多数近端用户都采用调节阀消耗多余的用户入口供回水压差。
传统的供热系统还易形成冷热不均现象。由于近端用户出现过多的供回水压差，在缺乏有效调节手段的情况下，近端用户很难避免流量超标，这必然造成远端用户流量不足，形成供热系统冷热不均现象。同时，供热系统的远端易出现供回水压差过小，即用户供回水压差不足现象。在这种情况下，为改善供热效果，须提高远端用户的用户入口供回水压差，往往采用加大循环泵和(或)在末端增设加压泵的做法，但这易使供热系统流量超标，进而形成大流量小温差的运行方式。
另外传统供热系统中大多数近端用户采用调节阀消耗了多余的用户入口供回水压差，热源循环泵提供的部分动力实际上被无功消耗。分布式变频泵供热系统采用分段接力循环的方式共同实现供热介质的输送。虽然两种供热系统的一二级管网阻力相等，但这二种方式循环泵所需的功率却不同。传统供热系统由于循环泵设置在热源处，提供的动力按热网最大流量设计。分布式变频泵供热系统的热源循环泵只须克服热源内部阻力，克服外网阻力依靠沿途分布的循环泵实现。虽然分布式变频泵供热系统采用较多的循环泵，但各个循环泵的功率却减少了。
采用分布式变频泵供热系统，热源循环泵、一级循环泵、二级循环泵提供的能量，均在各自的行程内有效地被消耗掉，因此没有无效的电耗。由于各用户负荷变化的不一致性，可调节循环泵的转速以满足热网运行需求，在满足负荷运行时，可以靠温控阀来调节，系统无功消耗减小，运行费用降低。
分布式变频泵供热系统和传统供热系统
2014年，山东省济宁市汶上县供热区域实施分布式变频泵供热系统的技术改造，运行效果良好，实际耗电量大幅下降。热源锅炉及热网单位供热面积电耗从4.11度/平方米下降2.48度/平方米。
由北京圣法瑞特热工科技有限公司在汶上县城区设计的集中供热工程，总供热面积约300万平方米。在原有供热热源和热网的基础上，拆除18台混水机组，新建设29台水-水板式换热机组。热网分为东、西、南3条主线，全长约9.7千米。
该工程供热负荷较大，供热半径较大，采用传统供热的热源循环泵耗电量很大，超过了当地供电负荷，而且新建专用供电线路由于建设资金和时间限定不可能当年建成。经过设计方案比选，最后决定采用分布式变频泵供热系统。
整套工程分为锅炉房内改造以及各换热站的改造。
（1）锅炉房改造：原有锅炉房内有40t/h锅炉两台，原有循环泵泵三台功率为300kW，水泵参数为流量1170t/h，扬程为65m，使用方式为二用一备。原有循环泵运行时，在末端或者压降阻力大的区域，仍出现水力失调的情况。经过现场勘查及计算，更改为流量为1300t/h。扬程为25米的循环水泵，功率降至110kW，此循环泵只负责克服管网阻力，故运行能耗大大降低。
（2）换热站改造：各换热站在改造时要求配套厂家提供设备时，均要设置一次循环泵，水泵选型原则为流量按照不同供热面积进行选取，扬程只需克服站内阻力即可。
上述改造于2014年采暖季前全部完成，经过一个采暖季的运行，取得不错的节能效益，并大大改善了系统水利失调的问题。
经分析计算，采用分布式变频泵供热系统可节电情况。
工程应用与设计实例
（1）对于已经建成并运行的大型热网，当供热负荷超过原有负荷时，宜在热网远端选择一些用户设置分布式变频泵，以改善供热质量，而不必提高热源循环泵的扬程，对于已建成的热源、热网实际运行工况比较复杂，若控制水平不到位，很难达到理想的节能运行效果。因此，不建议将已建大型供热系统全面改造为分布式变频泵供热系统。可以分期分批，依托现代自动化控制技术逐步完成热网技能改造。
（2）对于适用于分布式变频泵供热系统的热源、热网，如果没有供热首站，一定要精确保证热源点运行的最低流量，以保证热源点安全运行。
（3）对于分布式变频泵供热系统，无论从设计还是运行上，各台循环泵的流量、扬程都必须精确计算和控制，否则难以使供热系统在理想工况下运行。
（4）为达到最佳的运行效果，使供暖效果达到用户满意，分布式变频泵供热系统，必须结合热网监控系统，实时数据上线，随时对温度、压力等数据曲线进行分析，可进一步达到节能效果。
（5）分布式变频泵供热系统在热源循环泵选择、系统压力设定、流量计算、供热系统整体控制等一系列环节上还有很多值得进一步探讨的问题，在实际工程应用时要进行综合经济技术比较，结合实际情况才能使这项技术得到最优化的推广。
