熱耦合與分布式變頻二級泵技術在供暖系統中的應用

趙鳳海（大慶方興油田開發有限責任公司）

熱耦合與分布式變頻二級泵技術在供暖系統中的應用

趙鳳海（大慶方興油田開發有限責任公司）

為了改變供暖系統大流量小溫差的強制循環模式，大慶某單位管理處采用了熱耦合與分布式變頻二級泵技術，與傳統技術相比，不同之處在于將供熱系統中的集中大循環水泵分解，由原來相互關聯的水動力循環系統變成獨立的水循環系統，有效的解決了水力平衡問題。熱耦合均壓管處通過2套水動力循環系統的動態運行完成熱源對熱網的熱能傳輸過程，每個分支系統為了達到供熱的目的，按照需求從系統中抽取流量。從而使系統運行更加高效安全穩定。經現場對比，采取措施后可以明顯節約能源。

分布式變頻二級泵；熱耦合；按需供熱

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.005

我國能源問題日益突出，建筑能耗占全體社會能耗的比重越來越大，其中供暖能耗是建筑能耗中的主要部分，也是浪費最嚴重的部分，供熱系統的綜合效率為35%～55%。對大慶某單位分散供熱方式進行現場調查，并進行現場改造試驗，通過改造前后對比分析，為今后供熱系統進行節能改造提供參考依據。

1 采暖系統概況

大慶某單位原采暖系統包括燃煤鍋爐房1座，燃氣鍋爐房1座，熱力站6座（其中調峰鍋爐房1座），3臺燃煤鍋爐和4臺燃氣鍋爐，供暖服務面積42×104m2。熱力系統循環泵的裝機容量為1005 kW。

現場循環系統為一個強制循環系統，包括鍋爐房3臺并聯在一起的循環泵組成的一組泵和熱力站的循環泵，出水壓力維持在0.7MPa，具有流量大溫差小的特點。

工藝流程采用串連回路，由一次熱網（鍋爐房）與二級熱網（熱力站）的循環泵組成，在對供熱進行調節時，由于一、二級管網互相影響，使熱網流量調節很難達到要求。各分支管之間的水力平衡效果不好。在采暖期鍋爐房如果停電，主循環泵停止運行，鍋爐水循環不能維持，鍋爐運行存在安全隱患（圖1）。

圖1 設備改造前熱網流程

2 技術應用

2.1 技術原理及特點

為解決原采暖系統的問題，對原采暖系統進行改造，在熱源鍋爐房增設“熱耦合均壓管”，對熱源循環泵參數及布置方式進行調整，增設熱力站一次網循環泵，采用熱源的二級泵系統方案和熱力站的分布變頻泵系統方案，可以有效地滿足熱源和熱網的需要，改造后，熱力系統循環泵總裝機容量為675 kW。熱源和熱網可以調整其運行流量，以滿足實際需要，二者之間實現了熱量傳遞功能要求，改變了它們流量強耦合關系[1-2]。解決了原供暖系統由于一、二級管網互相影響，使熱網流量調節很難達到要求這一問題。設備改造后熱網流程見圖2。

通過熱網改造，熱源循環水的運行動力依據鍋爐運行情況、熱源內部管網的循環水阻力運行，實現了1臺鍋爐對應1臺泵方案。當鍋爐停止工作時，其對應的循環泵也相應停止工作。

圖2 改造后熱網流程

二級泵系統是在鍋爐房設置一次主循環泵，根據鍋爐房內阻力計算揚程；一次網回水泵設置在換熱站內[3]。為了滿足一次網回水泵可以達到按照需求從系統中取熱量的目的，PLC變頻控制柜在換熱站內得到應用。各換熱站之間的水力平衡問題通過自動控制等措施的采用能夠有效解決[4]。

變頻控制應用在各換熱站的二級循環水泵。根據實際情況進行調節，如供熱負荷發生變化時，變頻水泵改變供水流量，起到了節約熱能的作用，同時也節約電能，有效解決傳統供熱系統熱網流量調節很難達到要求的問題[5]。另外，工頻狀況下啟動電流較高，應用變頻改造后，可實現水泵軟啟動，水泵啟動電流較低，防止燒壞設備，延長水泵使用壽命[6]。

2.2 經濟效果評價

大慶某單位2009—2010年采用原采暖系統，2010—2011年采用改造后的采暖系統，為了檢驗改造后的采暖系統節能效果，對改造前后2個采暖期相關數據進行了對比分析。

2009—2010年、2010—2011年，供暖期均為192天。采暖期供暖面積分別為42.517×104m2、42.774×104m2，項目實施前后采暖期室外平均氣溫分別為-10.4、-10.1℃；采暖室外計算溫度分別為-25.8、-26.1℃，采暖期室內平均溫度均為20℃。采暖系統改造前后供熱能源消費綜合情況見表1。

表1 采暖系統改造前后供熱能源消費綜合情況表

采暖全年耗熱量如下式計算：

式中：Qah——采暖全年耗熱量，GJ/a；

N——采暖期天數，d；

Qh——采暖設計熱負荷，kW；

ti、ta、to.h——分別為采暖室內、平均室外、采暖室外計算溫度，℃。

式中：qh——采暖熱指標，W/m2；

A——采暖建筑物的建筑面積，m2。根據采暖熱指標推薦值，qh選取50W/m2。經計算得出每年可節約2 781.83 t（標煤），節能效果明顯。

3 結論

通過對改造后的采暖系統進行研究及現場實際應用效果測試，可以得出以下結論：

1）分布式變頻二級泵技術的應用把傳統供熱系統中熱源和一次網的集中大循環水泵分解，形成具有各自獨立的水動力循環系統的熱源和熱網。鍋爐房一旦停電，雖然主循環泵停止運行，只要更換熱站的二級泵，鍋爐水循環仍能維持，大大提高了鍋爐運行的安全性。由于采用變頻控制，各分支管之間的水力平衡也得到了很好的解決。

2）熱耦合均壓管通過2套水動力循環系統的動態運行由熱源向熱網傳輸熱能。每個分支系統根據實際供熱情況從系統中抽取流量，滿足各分支的供熱目的，減少了離熱源近的換熱站多余的壓頭消耗，有效地降低供熱一次系統耗電量。

3）熱耦合與分布式變頻二級泵技術的應用減輕了工人工作量，大大降低了供暖成本，而且系統運行更加安全穩定。

[1]魯微偉.淺談油田供熱系統節能改造技術的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2013（7）：25.

[2]劉克讓.供熱系統合同能源管理項目中的節能量測量方法探討[J].石油石化節能，2015（5）：20.

[3]石兆玉，王紅霞，李德英.分布式變頻供熱輸配系統的應用研究[J].區域供熱，2005（1）：31-38.

[4]張兆俠.供熱系統水力平衡技術措施在工程中的應用[J].中國建設信息供熱制冷，2009（6）：62-65.

[5]張昌勝.供暖系統工藝改造項目節能效果分析[J].石油石化節能，2012（9）：20.

[6]方旭，何岳，趙武.分布變頻泵、二級泵、分解泵技術在大慶慶新供熱中的綜合應用[J].區域供熱，2013（4）：15.

2016-03-29

（編輯 賈洪來）

大慶煉化球罐

趙鳳海，工程師，1990年畢業于吉林工業大學（內燃機專業），從事油田生產保障工作，E-mail：fxzhaofenghai@cnpc.com. cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區求實東路123號大慶方興油田開發有限責任公司，163458。