供热系统中循环水泵变频调速的应用研究

第25卷第10期吉林工程技术师范学院学报VoL. 25 No. 102009年10月Journal of Jjlin Teachers Instiute of Engineering and TechnologyOct 2009供热系统中循环水泵变频调速的应用研究林海涛,刘海龙，刘志平(吉林农业大学规划建设处,吉林长春130118)[摘要]循环水泵作为供热 系统的重要运行设备,其优化运行对整个供热系统的经济运行有着重要意义。本文针对循环水泵运行效率低以及存在的相关控制问题.提出将变频调速技术应用于供热循环水泵,用调速泵代替定速泵。对循环水泵设置变频调速在供热管网中的节能效果进行了分析研究。[关键词]节能;循环水泵;变频调速;特性曲线[中图分类号] TH38[文献标识码] A[文章编号] 1009 - 9042(2009)10 -0068 -04The Application of Water Circulating Frequency Control in Heating SystemLIN Hai -tao, LIU Hai - long, LU Zhi - ping( Planning and Construction Department, Jilin Agricultural University, Changchun Jilin 130118, China)Abstract : Being the important operational equipment, the optimal operation of circulation waterpump has important significance for economy operation of the whole heating system. As for thelow eficiency of the circulating water pump as well as the existence of the related control prob-lem, variable frequency goverming technique is proposed to apply in the heating circulation wa-ter pump and constant speed pump is replaced by variable speed pump in this paper. Then, ananalysis is made on the energy saving principles and efficiency of water pumps setting speedregulation through frequency variation in heating system.Key words: energy saving; circulating water pump; frequency speed control; characteristic供热系统中,循环水泵是控制和调节的重要设潜力,其潜力挖掘的焦点是提高水泵的运行效率。备,其运行状况对热网的水力状况起决定性作用。据估计,提高水泵系统运行效率的节能潜力可达利用水泵和管路的性能曲线对水泵运行工况进行分300 ~500亿千瓦时/年,相当于6 ~ 10个装机容量为析和研究,可以达到减轻水力失调和节约电能的目.1 000MW级的大型火力发电厂的年发电总量。水泵的。变频技术是在水泵的电机加变频调速装置,自也是最主要的耗电设备容量大、耗电多。加上其长动调节水泵电机的转速,达到控制流量的目的。这期连续运行并常常处于低负荷及变负荷运行状态，种方法操作简单,节电效果明显,是控制供暖负荷较其节能潜力更加巨大。我国采暖能耗高,是相近气理想的方法。候条件发达国家的3~5倍,采暖用能占全国商品用能9.6%。供暖能耗占全国建筑总能耗的55%以1水泵变频调速节能的现状上,为供暖地区社会能耗的21. 4%。水泵在国民经济各部门的数量众多,分布面极2循环水泵性能参数的合理确定广,耗电量巨大。据有关部门统计,全国水泵电动机装机总容量约35 000MW ,耗电量约占全国电力消耗中国煤化工容量普遍偏大,致总量的5%左右，目前,水泵运行中还有很大的节能使循CNMHG耗电量偏大。主收稿日期:2009-06-18作者简介:林海涛(1975- ),男,吉林长春人,吉林农业大学规划建设处 工程师,主要从事供热系统交频调速的研究。第25卷第10期林海涛等:供热系统中循环水泵变频调速的应用研究●69.要原因是设计人员没有认真计算热负荷及系统的阻系统管路特性曲线不变,即水泵的等效率曲线不变,力。为保险起见,往往进行估算,而估算值过大,导故水泵变速后的工况点必定相似,转速、流量、扬程致选择的水泵流量和扬程过大。系统运行后没有认和轴功率符合相似定律。真进行初调节;在选择水泵时,由于水泵规格系列所3.2供热循环水泵 变频调速的高效区间限很难选到流量、扬程完全一致的水泵, 导致设计者变频水泵应用于集中供热系统是很有发展前景往往选择比实际性能参数大一号的水泵。因此,应的节能设备,但其节能的前提是运行于高效率区内，根据供暖系统提供的参数,合理选择适用供暖系统变频水泵在高效区以外运行是不经济的。因此,常的循环水泵的型号和参数,最大可能地满足系统要.常把变频水泵的效率作为衡量水泵选择和运行是否求。要想合理确定循环水泵的性能参数,必须遵循合理的首要参数。下面以离心水泵为例,分析水泵以下几点:变频调速运行的高效区间。(1)详细地进行采暖热负荷计算,不宜简单套用理论上,当水泵工作点位于等效率曲线、和水手册和资料中推荐的建筑热指标,以期在满足使用.泵额定转速曲线所围承德区域OAOBO时,可以高效功能的前提下降低工程造价和运行费用。运行。但水泵在实际运行中,由于功率与转速之间(2)所选的循环水泵应满足系统所需的最大流存在一定关系，随着转速的下降,轴功率会急剧下量和扬程,同时要使循环水泵际的工作点尽可能接降,导致水泵自身的效率将随转速的降低而降低。近最佳工况点,且能长期在高效区运行。当转速降到一定数值,高效区的分界线0A0、0AO将(3)热水集中供热系统中常用的调节方式有两种,会合到一点J,则高效区缩小为AOBOJ所围成的区域- -是质调节,即改变热水温度的调节。系统运行后,采阴影部分,如图1所示。用有效的初调节,来尽量消除系统的水力失调。(4)选择流量变化大而扬程变化不大的水泵,即H↑G-H特性曲线趋于平坦的水泵。(5)流量富裕系数要与扬程富裕系数相匹配,不应采用相同的富裕系数。no国外水泵的优选方法很多,如采用高效的水泵组合方式或是用储水池来削弱高峰流对泵站的冲击,进行这类研究的有Chao和Jacobe等。还有更严31~谨的方法:用数学方法优化选择水泵。如Lindell E.ntOrmsbee的动态规划算法DG(dynamicprogram-Q(min0)Q(mia0Qming)。图1水泵变 频调速运行的高效区间3变频调速水泵的最佳调速范围3.1供热循环水 泵变频调速的等效率曲线在传统质调节定流量系统中,供热循环水泵始根据水泵的相似定律以及流体力学理论可知,终保持额定转速不变,其高效区间为曲线A0- BO只有水泵效率相同时才能称之为相似工况点,因此所示，显然变流量供热系统中供热循环变频水泵的将水泵的相似工况点相连所得的曲线,便是水泵的高效区由线延伸到了面,扩大了供热循环水泵高效等效率曲线。区的应用范围。由于水泵扬程和流量的平方成正比,如式3.3循环水 泵变频调速的工况变化特性(1 -1)所示水泵特性曲线与热网管路特性曲线的交点称为H=CQ2(1-1)水泵的工况点,研究水泵工况点的变化规律对于进其中C为比例系数,对于相似工况点C为定值，一步控制水泵的变频调速具有很重要的指导意义。此时,式(1-1)便成为水泵等效率曲线的表达式。理论上,变流量供热系统采用变频调速,热网管路的根据以上分析,可以得出以下结论:特性中国煤化工运行工作点为各(1)水泵等效率曲线和热网系统管路特性曲线转速7YH3管路特性曲线的重合,为常数和一次项均为零的二次抛物线。交点,CNMHG此时，各工作点(2)若水泵变速后热网系统的阻力不变,则热网符合相似定律,节能效果最好。ho 为设计工况下热●70.吉林工程技术师范学院学报2009年10月网管路的特性曲线,n, ~n表示供热循环水泵在不点运行效率逐渐减小,越来越远离η1 ,还很有可能出同转速时的特性曲线。现降速不是很大时,运行工况点C、D巳经脱离高效区的情况。如果设B点代表供暖期需水量的极大似然值E,h;(Q),当选择η作为供热循环水泵的最高效率点|n/Jhy,ho口时,水泵处于最高效率区的时间变长,自然节能的效果好。而且此时供热循环水泵的额定工况点位于最高效率点右侧，那么随着水泵转速的下降,各运行工n22况点的效率先增加,后减小C、D工况点脱离高效区04的概率也大大降低了,水泵的整体运行效果好。通过以上分析,在选供热系统供热循环水泵的ns过程中可以采用负荷分区的办法,统计出各负荷区段占整个供暖期总负荷的比例,找出所占比率最大的负荷区段,在其内确定一个流量工况点作为最高图2供热 循环水泵变频调速的工作点示意图效率点,可绘制热负荷延续图,然后计算出供暖期内所需水量的极大似然值,确定流量点,将其定为最3.4循环水泵最高效率点的确定高效率点,水泵的运行效果会更好。.由于供热循环水泵的等效率曲线与热网管路的结合.上述分析,可以得出图4的结论,其中阴影特性曲线重合,结合图2,可得图3形式,n ~η为部分表示水泵的高效区间。当热网管路特性曲线阻等效率曲线,如图3所示。抗比较大时,只根据供热最大负荷时所需流量和扬程选择供热循环水泵,有可能导致额定工况点位于水泵的高效区以外,如图4中的A点所示。H79noH↑r02尸BA~noQD'QcQQA图3 供热循环水泵最高效率点特性分析古设AD为供热循环水泵工作点的运行曲线,可以看出当供热循环水泵的额定转速降低时,效率曲线图4供热循环水泵 额定工况点示意圍和曲线上的高效率区段均从右向左移动。为了最大限度的实现节能，应保证变频过程中水泵工况点始理想状态运行时,供热循环水泵的运行工作点终位于高效段,而且应使水泵最高效率点与系统所位于AB段已经脱离了高效区,而且水泵实际工作点需水量最可能出现的情况相对应。供热系统中,设运行曲线要位于AB段左侧,整个运行过程,有可能计工况点A代表满足供暖设计热负荷时,水泵的运完全处于低效区。因此,在设计供热管网系统时,循行工作点。环泵的选型仅依据供热设计负荷确定水泵流量和扬事实上,整个供暖期出现最大热负荷需求的时程,往中国煤化工低,应保持和管网间很短,即系统处于最不利点的概率很小,如果选的不CNMH(]管路特性曲线位泵时把等效率曲线η设为额定转速的最高效率点，于等起行工作点才能位则随着水泵转速的降低,水泵调速过程中实际工况于高效区内,达到节能的目的。第25卷第10期林海涛等:供热系统中循环水泵变频调速的应用研究.71.(2)对设置变频调速装置的集中供热工程,应该4结论建立良好的工程信息反馈系统。在以后的实际工作本文研究了供热循环水泵变频调速的基本特中,将进-一步完善本文的研究内容,使其能够更好地性,进行了水泵特性曲线拟合,在此基础上对其等效应用于供热系统循环水泵的设计、运行及技术改率曲线、高效区间及节流调节与水泵变转速调节的造中。节能效果进行了分析。由供热循环水泵变频调速原理、拟合曲线方程参考文献:及转速改变时水泵基本参数的变化情况、等效率曲[1]陈和平.中国能源可持续发展战略刍议[J].山西能源与线与热网管路特性曲线之间存在的关系,确定了供节能,2001 ,22(3).热循环水泵变频调速的高效区间。通过对水泵工况[2] Ralph Hofert. Variable Speed Turbo Coupling Used 因Pump Drive in Desalination Plants. Desalination, 1999,点的变化分析,指出水泵最高效率点应选在流量极(125).大似然值E( Q)处，这样水泵处于最高效率区的时间[3]陈和平,周簋. 我国中长期节能目标及行动方案探讨变长,节能效果更好。[J].中国能源,999,(8).(1)考虑供热系统中不同循环水泵配置方案的[4]王锡仲,蒋志坚,高景蜂.变频优化调压节能供水装置的设备成本和运行费用,对其进行综合性经济比较,求研制[J].给水排水, 1998 ,24( 10).出其投资回报期,这样对不同配置方案的能耗会有[责任编辑欧喜军]更加清晰的认识。中国煤化工MYHCNMHG