集中供熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速的分析與計算

汪力

摘 要：本文根據(jù)集中供熱一級網(wǎng)的運行工況，給出集中供熱一級網(wǎng)循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速方案，分析和計算使用變頻調(diào)速的運行工況和節(jié)能計算，得出在集中供熱一級網(wǎng)循環(huán)水泵應用變頻調(diào)速后，使集中供熱一級網(wǎng)的運行更加合理可靠，而且使系統(tǒng)運行電費減少，達到節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：集中供熱一級網(wǎng)；變頻器；流量調(diào)節(jié)；節(jié)能

中圖分類號：TM921 文獻標志碼：A

0 引言

北方的城市在冬季需要進行采暖，大部分城市都進行了集中供熱項目的建設(shè)，這樣不僅解決了城市建設(shè)發(fā)展中供熱的需要，還從根本上解決了能源浪費和污染環(huán)境的問題。

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，帶來供熱熱網(wǎng)面積越來越大，集中供熱一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機功率也就越來越大，一級網(wǎng)水力調(diào)節(jié)變得越來越重要，同時一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機的節(jié)電也明顯不能忽視，即在滿足熱網(wǎng)運行要求下，達到節(jié)電。其中一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機采用變頻調(diào)速就是一舉兩得的措施。

1 電機轉(zhuǎn)速調(diào)速調(diào)節(jié)流量的原理

眾所周知電機轉(zhuǎn)速基本公式

n=60f（1-s）/p （1）

式中：

n——轉(zhuǎn)速；

f——輸入頻率；

s——電機轉(zhuǎn)差率；

p——電機磁極對數(shù)。

由（1）式可知，通過改變電機輸入電網(wǎng)頻率和磁極對數(shù)，可以使電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。但電機制造出廠后，電機磁極對數(shù)是一定的，即使通過改變電機接線方式，增加或減少電機磁極對數(shù)，也無法得到電機轉(zhuǎn)速連續(xù)平穩(wěn)調(diào)節(jié)的效果。而改變電機輸入電源頻率可以達到電機轉(zhuǎn)速連續(xù)平穩(wěn)調(diào)節(jié)的目的。

一級網(wǎng)循環(huán)水泵歸屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，由流體力學可知

Q=K1 × n （2）

P=K×n3 = K × Q3 （3）

式中：

n——轉(zhuǎn)速；

K——系數(shù)；

Q——流量。

由（2）式可見流量Q會隨著轉(zhuǎn)速n的下降而成正比例地下降，所以只要通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速即可達到調(diào)節(jié)流量的目的。由（3）式可知當流量Q下降時，功率P將將成立方倍的下降。

2 計算與分析

下面以我院設(shè)計的一個集中熱網(wǎng)改造工程為例，分析和計算一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機采用變頻調(diào)速所帶來的效果。

2.1 一級網(wǎng)熱力工況

實現(xiàn)熱網(wǎng)運行的穩(wěn)定前提必須進行流量均勻性改變。在整個采暖期，室溫與室外溫度、日照、風速、建筑物耗熱量及熱力系統(tǒng)的供水溫度、流量等有關(guān)，若供熱量大于需熱量，用戶室內(nèi)溫度超過設(shè)計溫度，反之達不到設(shè)計溫度。這一動態(tài)過程，應在外界條件變化時，隨時進行供回水溫度、流量的調(diào)整，以實現(xiàn)按需供熱。

冬季采暖室外計算溫度-12.9℃，平均溫度-2.8℃；冬季采暖天數(shù)145天；建筑面積576.94萬m2，綜合熱指標45W/m2，供熱最大負荷264.27MW，供熱最小熱負荷177.89MW。新建3×91MW集中供熱熱源廠，熱源廠供熱能力為273MW。

一級網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)采取質(zhì)量綜合的調(diào)節(jié)方式。但為避免熱網(wǎng)流量過低造成熱網(wǎng)水力失調(diào)，熱網(wǎng)流量在低于設(shè)計流量的60%時，一級網(wǎng)的調(diào)節(jié)方式采用質(zhì)調(diào)節(jié)；即當室外溫度在-2.8℃～5℃時，一級網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，保持熱網(wǎng)流量不變，以免流量過小造成各站水力失調(diào)，調(diào)節(jié)一級網(wǎng)的供、回水溫度以適應室外溫度的變化；當室外溫度在-12.9℃～-2.8℃時，一級網(wǎng)采用質(zhì)量和流量相結(jié)合的調(diào)節(jié)方式；通過保持熱網(wǎng)供、回水溫運行在額定工況下，改變熱網(wǎng)流量，以滿足熱負荷的要求。

經(jīng)過對熱力專業(yè)提供資料要求整理可以得到以上數(shù)據(jù)見表1。

2.2 集中供熱一級網(wǎng)循環(huán)水泵選擇

由熱力專業(yè)提供資料可知

G=[Q/c（tg-th）]×3600=0.86Q/（tg-th） （4）

式中：

G——計算水流量，kg/h；

Q——熱用戶設(shè)計熱負荷，W；

c——水的比熱，c=4187J/ kgo℃；

tg——設(shè)計供水溫度，℃。

th——設(shè)計供回水溫度，℃。

經(jīng)過對熱力專業(yè)提供資料整理，可以得到一級網(wǎng)運行基本參數(shù)如下：

供水溫度120℃，回水溫度70℃，設(shè)計壓力1.6MPa，最大循環(huán)流量4545.44t/h，最小循環(huán)流量3059.71t/h，熱網(wǎng)總阻力為68mH2O。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)要求熱源廠設(shè)置一級網(wǎng)循環(huán)水泵4臺，其中3臺循環(huán)水泵運行，1臺循環(huán)水泵備用，流量均為1600m3/h，揚程85mH2O，電機功率500kW。

2.3 節(jié)能分析計算

根據(jù)熱力工況及熱力專業(yè)對電氣專業(yè)的要求，電氣專業(yè)根據(jù)式（1）（2）（3），一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機采用變頻調(diào)速，以滿足熱力專業(yè)對一級網(wǎng)在采暖期采取質(zhì)量綜合的調(diào)節(jié)方式。

根據(jù)熱力專業(yè)要求和對熱負荷延續(xù)時間計算表1，得到室外溫度在-2.8℃～5℃時，一級網(wǎng)循環(huán)水量不變，電機工作在額定功率狀態(tài)。所以電機節(jié)能計算不考慮室外溫度在-2.8℃～5℃時的工況狀態(tài)。僅分析計算室外溫度在-12.9℃～-2.8℃時，電機節(jié)能計算。

根據(jù)式（3）、（4）和整理熱負荷延續(xù)時間計算表，得到室外溫度在-12.9℃～2.55℃時，一級網(wǎng)循環(huán)水量與電機功率之間關(guān)系表見表2。

通過表2可以看出，流量變化系數(shù)0.684035～1，功率變化系數(shù)0.271795～1。節(jié)電空間巨大，節(jié)電效果明顯。

以一個采暖期室外溫度變化與熱負荷延續(xù)時間計算表相同。不采用變頻調(diào)速循環(huán)水泵耗電量為：

W=1680× 500 ×3 = 252 ×104kWh ；

假設(shè)電費以0.738元/kWh計算，年耗電成本為252 ×104 ×0.738=186萬元

采用變頻調(diào)速循環(huán)水泵耗電量為：以熱負荷與電機功率關(guān)系關(guān)聯(lián)計算表中，5天為一個計算周期。

∑W=∑（424×3×120 +.…136×3×120） = 121×104kWh；

年耗電成本為121 ×104 ×0.738=89.3萬元。

一個供暖期所節(jié)省的電費為186 - 89.3=96.7萬元，節(jié)電效率為 89.3/186=48%。

結(jié)語

通過利用熱工專業(yè)提供的一級網(wǎng)熱力工況，經(jīng)過詳細的分析和計算。得到一級網(wǎng)循環(huán)水泵電機使用變頻調(diào)速后，可以達到以下幾點：

可以滿足一級網(wǎng)在任何工況下安全、平穩(wěn)、滿足供熱質(zhì)量要求。

因熱網(wǎng)溫差50℃，可以延長鍋爐積灰時間，保證鍋爐正常運行。

在實際應用時，節(jié)電效率可達到48 %以上。

參考文獻

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