阻力分布式變頻供熱系統的設計研究

楊京新

摘要：本文在對阻力分布式變頻泵系統原理進行概述基礎上，以某市的集中供熱系統為例，設計了阻力分布式變頻供熱系統，并對比分析傳統供熱系統的熱耗能主要原因，對比傳統供熱系統的節能、技術成效。結果表明本文設計的阻力分布式變頻供熱系統，節能技術效果更加顯著，以及運用于城市集中供熱中的巨大優勢。

Abstract： Based on an overview of the principle of the resistance distributed variable frequency pump system， this paper takes a city's centralized heating system as an example， and designs a resistance distributed variable frequency heating system， and compares and analyzes the main energy consumption of traditional heating systems. The reasons are compared with the energy saving and technical effects of traditional heating systems. The results show that the resistance distributed variable frequency heating system designed in this paper has more significant energy-saving technology effects and great advantages in urban central heating.

關鍵詞：阻力分布式變頻系統;供熱;節能

0? 引言

本文設計提出的分布式變頻泵供熱系統，通過在熱源處設計主循環泵，該泵不僅可以實現對供熱系統循環的動力所需有效滿足，還能夠借助用戶熱力站負責提供剩余動力，這樣一來便可以達到預期降低主循環泵揚程與電機功率的效率，實現變頻調節流量避免節流引發能量損耗問題。[1]本文將結合某一城市供熱系統展開本次阻力分布式變頻供熱系統設計研究。

1? 分布式變頻泵供熱系統原理及優點

分布式變頻泵系統自提出運用于供熱系統中的水壓圖（見圖1）。在傳統供熱系統運用中主要通過將循環水泵設計于熱源處，該循環水泵在運用中必須滿足對于供熱系統最不利用戶的資用壓頭需求，揚程作為熱源阻力損失、熱網阻力損失以及末端熱用戶的資用壓頭總和。相比傳統循環泵，分布式變頻泵供熱系統具備以下優點：[2]一有著較高的供熱管網熱負荷適應能力，通過運用分布式變頻泵供熱系統，可以減小熱力站的回水加壓泵功率，并且還能夠達到較強揚程移動能力和供熱管網熱負荷適應性能;二是對于供熱管道的公稱壓力有所降低，并且可以縮減不必要的供熱管道成本投入，經一半閥門調節實現主循環泵對最不利末端用戶的資用壓頭需求有效滿足前提下，熱源處的主循環泵僅提供部分動力，各熱力處提供剩余動力，有效降低了管道公稱壓力及總供水壓力;三是有效增加了供熱管網的輸送效率，避免傳統供熱系統需要滿足最末端用戶資用壓頭需求，選擇消耗大量剩余壓頭的情況。

2? 案例概述

為了對比本文設計的阻力分布式變頻供熱系統及傳統供熱系統，選取某市集中供熱系統為了，該市的供熱系統集中于大型電廠主要供熱，小型電廠、區域鍋爐房輔助供熱的集中供熱形式。敷設供熱管網全長共計2×93.5km，DN1200的最大管徑和DN200的最小管徑。并新建了1座熱源廠中共計安裝2臺燃煤熱鍋爐，均為70MW功以及共計150座熱力站，達到2570m2的集中供熱面積，熱負荷的最大、最小比值為1：0.38。該項目定壓值=45.8mH2O，一級官網的最不利環路供回水形成1088kPa的阻力損失，最末端熱力站達0.10MPa的站內阻力損失，熱電廠供熱首站達0.15MPa的內部阻力損失。

3? 阻力分布式變頻供熱系統設計步驟

設計供熱系統管網完成阻力值計算，對零壓差點的所在位置加以確定，并繪制系統水壓圖，對于不同零壓差點所需的差異化設備、管網運行費用投資，應當對應進行經濟技術分析針對性選擇，但基本原則需要以盡可能達到靠近熱源節能效果最優化[3]。在選擇主循環泵時需要考慮揚程、流量兩方面問題，首先揚程應當作為熱源、零壓力差之間形成的供、回水管網阻力值，流量則應當滿足熱用戶的流量總和。最后在選擇回水加壓泵時，同樣應當保證流量滿足熱用戶流量總和，揚程滿足供水管的壓力消耗熱用戶產生阻力損失，之后所回水管的所需阻力損失值。

4? 供熱系統方案對比分析

4.1 傳統供熱系統方案

（見圖2）作為傳統供熱系統水壓圖，由熱源循環水泵承擔管網系統的總阻力，循環水泵流量為管網系統內的所有熱用戶流量總和，根據水壓圖想要滿足供熱系統需求，熱電廠的循環水泵揚程便應當滿足133.8mH2O，但是供水最大壓力則達到179.6mH2O，所以供熱管網及熱力站設備壓力等級應當選擇2.5MPa，壓力等級選擇較一般選擇的1.6MPa，在整體投資上需要增加超出50%，所致供熱管網及熱力站設備投資要增加上億。也根據圖2可見想要達到供熱系統節能，就應當減少所使用的調節閥，運行能耗最小化設計便是用戶均無運用調節閥。

4.2 阻力分布式變頻供熱系統

分別單獨設置熱源泵以及用戶泵，來達到節能目的，假若全部由用戶泵承擔所有供熱管網泵工功能，也同樣會所致供熱系統的末端部分熱力站超出1.6MPa的總壓力。因此本文設計主循環泵、用戶泵分擔熱網阻力損失。結合水力計算將壓力交匯點確定為管網內的阻力損失中值，熱循環泵與熱力站的用戶泵承擔，分別承擔壓力交匯點前、后所產生的管網阻力損失，（見圖3）從而對供熱系統的供熱管網具體運行壓力有效降低，達到供熱壓力值最小化。據下圖也反映了實現最小化供熱壓力值達到115.4mH2O。自壓力交匯點之后產生的供熱管道壓力損失，主要以變頻泵承擔，此種方式并未發生損失節流問題。不僅如此還有效降低了主熱源和供熱回水交匯點之間的供水、回水具體差值，有效減小了節流損失，證實阻力分布式變頻供熱系統設計，能夠有效減少熱力站閥門節流損失，并且對循環供熱管網的輸送效率有效提升[4]。

根據圖3在外網向用戶1提供的資用壓頭，與其本來資用壓頭需求等同，所以供熱系統的近端用戶無需運用閥門，降低了閥門成本投入，并且較原本所需的資用壓頭較少，甚至在用戶4發生回水壓力較供水壓力大的情況，所以想要確保供熱系統的運行正常，便需要將變頻泵設于用戶2～4回水。根據圖3所示變頻泵揚程主要用豎直線高度表示，與上文的揚程計算方法描述結合，計算供熱系統用戶的回水加壓泵的揚程結果，并計算供水管道的壓力所致各用戶站的熱阻力損耗，所得回水阻力損失值。對第2個用戶站的回水加壓泵揚程計算公式為：即可得出斜線I、II差值。

4.3 阻力分布式系統水泵功耗計算

本小節僅僅針對最不利環路情況下的主循環泵揚程計算情況，換言之就是說對于最不利環路設定零壓差點，計算所得的主循環泵流量，即表示熱力站的所有總流量值，揚程即最不利環路的附加損失余量值，流量即回水加壓泵流量。揚程即最不利、次不利兩個環路之間產生的阻力差值，泵總功耗公式如下：

式中：水泵產生的總功耗用Ne表示;系統的次最不利環路、次最不利環路的阻力損失值及選擇熱源水泵運行效率分別用HK-1、？濁K-1表示;供熱系統末端用戶回水加壓泵運行效率用？濁表示。

根據公式可知供熱系統的節能率密切相關次最不利環路和最不利環路之間的阻力比值，以及最不利環路和總流量之間的比值，二者呈負相關。

4.4 兩方案經濟比較

通過對比以上兩方案對于排除考慮傳統方案在土建、征地等方面的所需費用以及調節閥費用情況下，經計算本文涉及的阻力分布式變頻供熱系統較傳統方案，節省了73.15萬元投資，所以無論是節能或是經濟角度考慮，本文提出的阻力分布式變頻供熱系統應用效果都明顯優于傳統供熱系統。

5? 結語

與以上技術、經濟相結合能夠發現，本文設計的阻力分布式變頻供熱系統不僅可以有效降低供熱系統的閥門節流損失，還能夠有效減少城市供熱系統在運行過程中產生的壓力值，降低所需的投資金額綜合提升供熱系統運行安全性，并達到越明顯的節能效果。所以對于大規模城市集中供熱系統來講，運用本文設計的阻力分布式變頻供熱系統，較傳統供熱系統效果更優。在未來的技術發展中仍然需要在我國多試點應用，從而提高變頻供熱系統的自動化控制水平。

參考文獻：

[1]秦冰，秦緒忠，謝勵人，等.分布式變頻泵供熱系統的運行調節方式[J].煤氣與熱力，2007，27（2）.

[2]盧春萍，秦君如.分布式變頻供熱系統網路壓力工況分析[J].河北建筑工程學院學報，2018，36（01）：75-79.

[3]秦冰，秦緒忠，陳泓，等.淺析分布式變頻泵系統的多熱源聯合供熱[J].區域供熱，2018，35（01）：22-27.

[4]王紅霞，李德英，王隨林.供熱輸配系統的優化配置——分布式變頻系統的研究[J].中國建設信息（供熱制冷專刊），2018（06）：38，43-47.