集中供熱網循環水泵采用變頻調速的分析與計算

汪力

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

關鍵詞：集中供熱一級網；變頻器；流量調節；節能

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，這樣不僅解決了城市建設發展中供熱的需要，還從根本上解決了能源浪費和污染環境的問題。

隨著城市建設的快速發展，帶來供熱熱網面積越來越大，集中供熱一級網循環水泵電機功率也就越來越大，一級網水力調節變得越來越重要，同時一級網循環水泵電機的節電也明顯不能忽視，即在滿足熱網運行要求下，達到節電。其中一級網循環水泵電機采用變頻調速就是一舉兩得的措施。

1 電機轉速調速調節流量的原理

眾所周知電機轉速基本公式

n=60f（1-s）/p （1）

式中：

n——轉速；

f——輸入頻率；

s——電機轉差率；

p——電機磁極對數。

由（1）式可知，通過改變電機輸入電網頻率和磁極對數，可以使電機轉速發生變化。但電機制造出廠后，電機磁極對數是一定的，即使通過改變電機接線方式，增加或減少電機磁極對數，也無法得到電機轉速連續平穩調節的效果。而改變電機輸入電源頻率可以達到電機轉速連續平穩調節的目的。

一級網循環水泵歸屬于平方轉矩負載，由流體力學可知

Q=K1 × n （2）

P=K×n3 = K × Q3 （3）

式中：

n——轉速；

K——系數；

Q——流量。

由（2）式可見流量Q會隨著轉速n的下降而成正比例地下降，所以只要通過調節轉速即可達到調節流量的目的。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

下面以我院設計的一個集中熱網改造工程為例，分析和計算一級網循環水泵電機采用變頻調速所帶來的效果。

2.1 一級網熱力工況

實現熱網運行的穩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的供水溫度、流量等有關，若供熱量大于需熱量，用戶室內溫度超過設計溫度，反之達不到設計溫度。這一動態過程，應在外界條件變化時，隨時進行供回水溫度、流量的調整，以實現按需供熱。

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。

一級網的運行調節采取質量綜合的調節方式。但為避免熱網流量過低造成熱網水力失調，熱網流量在低于設計流量的60%時，一級網的調節方式采用質調節；即當室外溫度在-2.8℃～5℃時，一級網采用質調節，保持熱網流量不變，以免流量過小造成各站水力失調，調節一級網的供、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，一級網采用質量和流量相結合的調節方式；通過保持熱網供、回水溫運行在額定工況下，改變熱網流量，以滿足熱負荷的要求。

經過對熱力專業提供資料要求整理可以得到以上數據見表1。

2.2 集中供熱一級網循環水泵選擇

由熱力專業提供資料可知

G=[Q/c（tg-th）]×3600=0.86Q/（tg-th） （4）

式中：

G——計算水流量，kg/h；

Q——熱用戶設計熱負荷，W；

c——水的比熱，c=4187J/ kgo℃；

tg——設計供水溫度，℃。

th——設計供回水溫度，℃。

經過對熱力專業提供資料整理，可以得到一級網運行基本參數如下：

供水溫度120℃，回水溫度70℃，設計壓力1.6MPa，最大循環流量4545.44t/h，最小循環流量3059.71t/h，熱網總阻力為68mH2O。

根據以上數據要求熱源廠設置一級網循環水泵4臺，其中3臺循環水泵運行，1臺循環水泵備用，流量均為1600m3/h，揚程85mH2O，電機功率500kW。

2.3 節能分析計算

根據熱力工況及熱力專業對電氣專業的要求，電氣專業根據式（1）（2）（3），一級網循環水泵電機采用變頻調速，以滿足熱力專業對一級網在采暖期采取質量綜合的調節方式。

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

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

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

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

W=1680× 500 ×3 = 252 ×104kWh ；

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

采用變頻調速循環水泵耗電量為：以熱負荷與電機功率關系關聯計算表中，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。

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

結語

通過利用熱工專業提供的一級網熱力工況，經過詳細的分析和計算。得到一級網循環水泵電機使用變頻調速后，可以達到以下幾點：

可以滿足一級網在任何工況下安全、平穩、滿足供熱質量要求。

因熱網溫差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，節電效率可達到48 %以上。

參考文獻

[1]高佳.淺議節能降耗技術在電廠鍋爐運行中的應用[J].科技風，2016（1）：13-14.

[2]馬小亮.高性能變頻調速及其典型控制系統[Ml.北京：機械工業出版社，2010.

[3] 中小型熱電聯產工程設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2006 .

[4] GB50041—2008，鍋爐房設計規范[S].

[5] CJJ34—2010，城鎮供熱管網設計規范[S].