熱網(wǎng)系統(tǒng)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(zé)任公司

熱網(wǎng)系統(tǒng)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(zé)任公司

河北大唐國際唐山熱電有限責(zé)任公司(簡稱唐山熱電公司)負(fù)責(zé)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(xiàn)。該公司內(nèi)熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計為串聯(lián)運行。自投產(chǎn)以來，一直存在熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗偏高問題。隨著公司對外供熱面積的擴大，熱網(wǎng)供水流量提高后，熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗一直居高不下，嚴(yán)重影響公司廠用電率，為了降低熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗，提高供熱流量。該公司設(shè)備部干部員工通過不斷的對熱網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行試驗，找到了影響熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗的根本原因，通過設(shè)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(jīng)濟(jì)性。

熱網(wǎng)循環(huán)泵，系統(tǒng)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(chǎn)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(wǎng)循環(huán)泵三臺，熱網(wǎng)疏水泵兩臺，熱網(wǎng)加熱器兩臺。該公司兩臺機組的供熱系統(tǒng)原設(shè)計為串聯(lián)運行。既熱網(wǎng)回水首先由一號機組進(jìn)行加熱，然后由二號機組繼續(xù)對熱網(wǎng)供水進(jìn)行升溫。熱網(wǎng)系統(tǒng)投運至今，其運行一直正常，雖有系統(tǒng)阻力高造成的熱網(wǎng)循環(huán)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(qū)域，供熱需求隨之增大，此問題被逐漸暴露了出來。若繼續(xù)以原有供熱系統(tǒng)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(wǎng)循環(huán)泵的高電耗也成為了冬季影響公司廠用電率的關(guān)鍵因素之一。

二、熱網(wǎng)設(shè)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(tǒng)配置為：熱網(wǎng)加熱器兩臺、熱網(wǎng)循環(huán)泵三臺、熱網(wǎng)疏水泵兩臺。熱網(wǎng)循環(huán)泵額定參數(shù)為揚程110m，流量3500t/h，功率1600KW。

串聯(lián)運行時，熱網(wǎng)循環(huán)水首先經(jīng)一號機的熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓，然后順次流經(jīng)一號機和二號機的熱網(wǎng)加熱器，經(jīng)兩級加熱后送出。

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

表1是從在線系統(tǒng)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(guān)參數(shù)。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(wǎng)循環(huán)泵出口母管和供水母管間的壓力差后就會發(fā)現(xiàn)，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(wǎng)循環(huán)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(shù)，從中可以看到，供水母管的壓力為0.878MPa，而一號機熱網(wǎng)循環(huán)泵出口母管壓力卻達(dá)到了1.449MPa，兩母管間的系統(tǒng)阻力損失高達(dá)0.571MPa，而供回水母管壓力差僅為0.547MPa，可見整個熱網(wǎng)系統(tǒng)管道損失壓力的50%以上是廠內(nèi)系統(tǒng)阻力所致。另外，在做流量實驗時發(fā)現(xiàn)，在熱網(wǎng)串聯(lián)運行時，當(dāng)運行方式由三臺泵運行變?yōu)樗呐_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(nèi)系統(tǒng)存在較大阻力。

對于廠內(nèi)熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備來說，主要的阻力存在于熱網(wǎng)加熱器和管道上的沿程阻力損失，兩臺機組熱網(wǎng)系統(tǒng)串聯(lián)運行，無疑增大了這種阻力損失。而要想增加熱網(wǎng)供熱流量，就要減少這種阻力。

將現(xiàn)在的串聯(lián)運行方式改為并聯(lián)運行方式，從而降低系統(tǒng)的阻力損失。從上面的數(shù)據(jù)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(jīng)一號和二號兩臺機的熱網(wǎng)系統(tǒng)變成了僅流過一臺機的熱網(wǎng)系統(tǒng)。改為并聯(lián)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(yīng)的流速當(dāng)然也為串聯(lián)運行時的1/2。由于管道系統(tǒng)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(yīng)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(lián)運行后，阻力損失將為原有運行方式的1/8。考慮到熱網(wǎng)循環(huán)泵出入口管的損失將不會因此而改變，改造后，一號機熱網(wǎng)循環(huán)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(wǎng)循環(huán)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(tǒng)阻力下降可使相同流量下的熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗下降，或者在相同耗電量下增加流量。

三、改造后節(jié)能效果

改造后，熱網(wǎng)系統(tǒng)開始改造后的效果試驗，與改造前進(jìn)行如下對比：(見表2)

表1 供熱系統(tǒng)在線參數(shù)表(2013年實驗數(shù)據(jù))

表2

忽略掉泵出入口管的損失，熱網(wǎng)循環(huán)泵的實際揚程為其出口母管壓力和回水母管壓力之差。結(jié)合表1數(shù)據(jù)，第一組：0.891MPa、第三組：1.118MPa，對應(yīng)的管道損失為(熱網(wǎng)循環(huán)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(lián)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(yīng)的節(jié)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(shù)據(jù)所顯示的運行狀態(tài)下，改造后分別有34%到40%的節(jié)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(jié)電275萬千瓦時，合人民幣115萬元。

四、總結(jié)

改造并聯(lián)運行后，已從根本上解決了系統(tǒng)阻力大和熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗高的問題。和改造前參數(shù)對比，同樣是三臺熱網(wǎng)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(wǎng)循環(huán)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(jīng)達(dá)到，為公司拓展業(yè)務(wù)空間、增加經(jīng)濟(jì)效益提供了有力保障。