熱網系統運行阻力偏大的原因分析及解決方案

呂 巖

河北大唐國際唐山熱電有限責任公司

熱網系統運行阻力偏大的原因分析及解決方案

呂 巖

河北大唐國際唐山熱電有限責任公司

河北大唐國際唐山熱電有限責任公司(簡稱唐山熱電公司)負責唐山市東南部的近1000平方米的供熱面積，是唐山市主力熱源點之一，多年來為唐山市冬季供暖做出貢獻。該公司內熱網系統設計為串聯運行。自投產以來，一直存在熱網循環泵電耗偏高問題。隨著公司對外供熱面積的擴大，熱網供水流量提高后，熱網循環泵電耗一直居高不下，嚴重影響公司廠用電率，為了降低熱網循環泵電耗，提高供熱流量。該公司設備部干部員工通過不斷的對熱網系統進行試驗，找到了影響熱網循環泵電耗的根本原因，通過設備改造，不但降低了冬季供熱時的廠用電率，同時還擴大了供熱面積，提高經濟性。

熱網循環泵，系統阻力，擴供，電耗

一、前言

唐山熱電公司目前安裝兩臺300MW機組為東方汽輪機廠生產的采暖抽汽凝汽式汽輪機，型號為C320/248-16.7/0.3/537/537，每臺機組各有熱網循環泵三臺，熱網疏水泵兩臺，熱網加熱器兩臺。該公司兩臺機組的供熱系統原設計為串聯運行。既熱網回水首先由一號機組進行加熱，然后由二號機組繼續對熱網供水進行升溫。熱網系統投運至今，其運行一直正常，雖有系統阻力高造成的熱網循環泵電耗偏大問題，但并未影響正常供熱，因此也沒有引起足夠的重視。隨著公司開辟新的供熱區域，供熱需求隨之增大，此問題被逐漸暴露了出來。若繼續以原有供熱系統運行方式運行必然會影響供熱效果，造成不良的社會影響；同時，熱網循環泵的高電耗也成為了冬季影響公司廠用電率的關鍵因素之一。

二、熱網設備運行情況及分析

該公司兩臺機組均為供熱機組，每臺機組的供熱系統配置為：熱網加熱器兩臺、熱網循環泵三臺、熱網疏水泵兩臺。熱網循環泵額定參數為揚程110m，流量3500t/h，功率1600KW。

串聯運行時，熱網循環水首先經一號機的熱網循環泵升壓，然后順次流經一號機和二號機的熱網加熱器，經兩級加熱后送出。

二號機的熱網循環泵為接力泵，用于提高供水壓力。但由于啟動二號機循環泵會耗費大量的廠用電，因此二號機的熱網循環泵從投運至今從未使用過。

表1是從在線系統上采集的某年供熱期間幾個具有代表性的不同時間點的相關參數。表中的第一行和第二行，為流量相同時各測點壓力值。分析一號機熱網循環泵出口母管和供水母管間的壓力差后就會發現，在單機供熱和雙機供熱兩種不同方式下，其差值相差一倍(0.378MPa和0.183MPa)，即單機供熱時，一號機熱網循環泵出口母管和供水母管間的壓力損失比雙機供熱時縮小一半。上表的第三行為高供熱流量下的參數，從中可以看到，供水母管的壓力為0.878MPa，而一號機熱網循環泵出口母管壓力卻達到了1.449MPa，兩母管間的系統阻力損失高達0.571MPa，而供回水母管壓力差僅為0.547MPa，可見整個熱網系統管道損失壓力的50%以上是廠內系統阻力所致。另外，在做流量實驗時發現，在熱網串聯運行時，當運行方式由三臺泵運行變為四臺泵運行時，其供熱流量僅增加約500噸，通過這個實驗，也再次證明了廠內系統存在較大阻力。

對于廠內熱網系統設備來說，主要的阻力存在于熱網加熱器和管道上的沿程阻力損失，兩臺機組熱網系統串聯運行，無疑增大了這種阻力損失。而要想增加熱網供熱流量，就要減少這種阻力。

將現在的串聯運行方式改為并聯運行方式，從而降低系統的阻力損失。從上面的數據分析可以看出，相同流量下單機供熱和雙機供熱的阻力損失下降了一倍，約0.2MPa，原因是水的流程減少了一倍，由原來流經一號和二號兩臺機的熱網系統變成了僅流過一臺機的熱網系統。改為并聯運行后不僅水的流程同樣減少一倍，同時每臺機的流量也將下降到原來的1/2，對應的流速當然也為串聯運行時的1/2。由于管道系統的阻力損失和流速的平方成正比，因此流速下降一倍后對應的阻力損失將下降到原來的1/4。如果將流程縮短和流速下降的影響一并考慮，則改為并聯運行后，阻力損失將為原有運行方式的1/8?？紤]到熱網循環泵出入口管的損失將不會因此而改變，改造后，一號機熱網循環泵出口母管和供水母管間的管道損失至少可以下降到此前的1/5。目前，在三臺泵運行工況下，一號機熱網循環泵出口母管和供水母管間的壓力損失約為0.378-0.57MPa，改造后的壓力損失可控制在0.1MPa左右。系統阻力下降可使相同流量下的熱網循環泵電耗下降，或者在相同耗電量下增加流量。

三、改造后節能效果

改造后，熱網系統開始改造后的效果試驗，與改造前進行如下對比：(見表2)

表1 供熱系統在線參數表(2013年實驗數據)

表2

忽略掉泵出入口管的損失，熱網循環泵的實際揚程為其出口母管壓力和回水母管壓力之差。結合表1數據，第一組：0.891MPa、第三組：1.118MPa，對應的管道損失為(熱網循環泵出口母管和供水母管壓力差)第一組：0.378 MPa、第三組0.571 MPa。改為并聯后，減少損失4/5，改造后的實際揚程將降低0.378×(4/5)＝0.304MPa、0.571×(4/5)＝0.457MPa。對應的節能量分別為：0.304/0.891＝0.34、0.457/1.118＝0.40，即，第一和第三組數據所顯示的運行狀態下，改造后分別有34%到40%的節能空間。

三泵運行工況下，泵的電流平均值約為160A，按運行2500小時計算，年可節電275萬千瓦時，合人民幣115萬元。

四、總結

改造并聯運行后，已從根本上解決了系統阻力大和熱網循環泵電耗高的問題。和改造前參數對比，同樣是三臺熱網泵運行，改造前的流量為10000噸/小時左右，改造后為12200噸左右，增加流量2000多噸，同時熱網循環泵總耗電量每小時減少約450千瓦時(一年130萬千瓦時)。而且擴供200萬平米的目的已經達到，為公司拓展業務空間、增加經濟效益提供了有力保障。