水泵变频节能技术在供热运行中的应用

曹剑琦

（太原市热力公司，山西 太原 030001）

水泵变频节能技术在供热运行中的应用

曹剑琦

（太原市热力公司，山西 太原 030001）

随着变频技术的不断发展和日趋成熟，其在供热领域的应用也逐渐推广，该技术的应用能够有效地降低电能消耗，对供热企业实际生产运行有着重要的意义。文章介绍了水泵变频节能技术的工作原理、系统特点、实际应用现状及使用效果，同时也提出了实际应用中注意的问题。

集中供热；水泵变频调速技术；节电量

水泵在工农业生产、公用事业、日常生活中的应用十分广泛，同时，也是供热领域必不可少的重要设备之一。传统的水泵控制系统存在着许多的弊端，因此，研究和改进水泵的控制技术，使其在运行中达到最佳状态就有着非常重要的意义。

变频节能技术是水泵控制系统中一种较先进、实用的方式，该技术在节能（节电、节水）、延长泵及官网设备的使用寿命、实现控制自动化等方面有着明显的技术效果和经济效果。

1 变频节能技术的工作原理

1.1 水泵控制的相关理论

水泵的工作点，即实际运行的工况点，是泵的性能曲线和管网特性曲线的交点。在实际生产运行中，为适应用户的需要和经济运行的要求，泵的运行工况是随时变化的，它应与管网实际流量、压力、温度等参数的变化相匹配。因此，改变泵的实际工作点，应从改变泵的性能曲线或管网特性曲线这两个途径入手。

（1）改变管网特性曲线。最常用的方法是节流法，即阀门调节法。此法利用开大或关小泵的出口阀门开度，从而改变管网的阻力系数，使管网特性曲线发生改变。

（2）改变泵的性能曲线。在水泵选型一定的情况下，只有通过改变泵的转速，才能使泵的性能曲线升高或降低，进而改变该曲线与管网特性曲线的交叉点。

1.2 水泵变频调速技术的节能原理

变频调速技术是将交流电源变成电压和频率可调的电源输出给电机，使电机在额定转速范围内实现无级可调变速。变频调速技术可使电机获得平稳的启动效果，还可根据负载的轻重使电机获得最高达2倍的启动转矩。

根据流体力学和泵的相似原理，当泵的实际运行转速n与额定转速nm不同时，泵的性能参数可简化为：

泵的功率：P=（γ×Q×H）/η

流量与转速的关系：Q/Qm=n/nm

扬程与转速的关系：H/Hm=（n/nm）2

功率与转速的关系：P/Pm=（n/nm）3

由以上关系式可知，水泵电机的输出功率近似正比于转速的立方。例如：当转速下降为额定转速的80%时，电机输出功率仅为额定转速时的51.2%，可见节电率很高。

泵与管网的性能曲线见图1。

图中：R：管网在此阻力系数下的特性曲线，且R1>R2；

图1 泵与管网的性能曲线图

由图1可知，当水泵在n1转速下、管网阻力系数为R1时，泵的工作点在A1，流量为Qa，电机所做的功为A1-H2-0-Qa所围成的面积。若将流量由Qa减小到Qb时，可通过两条途径达到：一是采用阀门节流控制，电机转速不变，泵的工作点由A1点移到B1点，此时管网阻力为R2，电机所做的功为B1-H3-0-Qb所围的面积；二是采用变频调速方案，管道阻力系数不变，电机转速下降至n2，则工作点由A1移到了A2点，电动机所做的功为A2-H1-0-Qb所围的面积。比较两种方案可知，后者电机所做的功远远小于前者；H3-H1是采用阀门节流控制与采用变频调速控制相比较所损失的扬程。

2 变频调速控制系统在供热运行中的应用

以太原市热力公司为例，其将水泵的变频控制技术广泛应用于二次管网的循环水泵上。由于设计选型和实际运行状态改变等因素，需要对泵进行调节和控制，以达到节能降耗的目的。

2.1 二次管网循环水泵的运行状况

通常，循环泵在实际工作中无法在合理的工作区间运行，主要有以下3方面原因：首先，考虑到在运行中一些不可预见的因素，为了提高安全系数，泵的选型往往都偏大，这就产生了较大的功率富裕量；其次，考虑到供热面积的发展情况与管网、热力站初建时的一次性投资之间的平衡关系，热力站建站时的水泵一般是按未来几年扩网后的负荷量来选型的；第三，泵在设计选型时，是按照所有用户最大热负荷计算的，而实际热负荷要小于选型热负荷，而使流量富裕量增大。因此，工作人员通过节流循环泵出口阀门的方法加以调节和控制，使泵的实际工作点尽可能在合理的工作区间内，但却使90%以上的功率富裕量全部消耗在阀门上，造成了水泵能源消耗的主要原因。

除此之外，在整个采暖季运行中，由于初寒期、严寒期、末寒期的室外温度差异很大，因而各热力站实际热负荷也随时间变化而变化，循环水泵若始终采用公频运转，势必在初寒期和末寒期造成“大马拉小车”的状况，造成能源浪费。

2.2 变频节能技术改造应用实例

从2005年开始，太原市热力公司开始分批次对热力站进行循环泵变频改造。在实施此项技术改造之前做了大量的基础数据的收集整理工作，并依据第一手的现场数据作了理论计算和周密的可行性研究，基本确定按现有状况，改造投资成本可在1～3个采暖季收回。

例如：太原市热力公司2242材料库热力站设计负荷10×104m2，实际负荷7.35×104m2，负荷比为73.5%。设有3台55 kW循环泵，其中2台投入使用，1台备用，循环泵出口阀门开度不足50%，运行中循环泵出口端与换热器进水端压差为22 m。

进行理论计算后得出，在加装2台55 kW变频器后，动力用电量为加装前的63%，每采暖季节约电量约80 452度，折合人民币52 294元，约1.2个采暖季就可收回投资成本。

对变频改造后的热力站用电量进行跟踪统计，从统计结果看取得了预期的效果。各改造热力站节电量平均在35%以上，基本上3个采暖季内便可收回全部投资成本，其中，效益最好的热力站不到1个采暖季即可收回投资成本。改造后，单位耗电量从2.38度/m2.a降至目前的2.01度/m2.a，按照1千万供热面积、每度电0.52元计算，公司每年可节约电费192.4万元。

2008年增设变频器热力站用电量对照表，见表1。

3 应用变频调速技术时应注意的问题

（1）变频技术仅仅是降低用电量的手段和方法，它本身不能降低用电量，而是需要生产运行人员在运行中科学管理，加强管网水力平衡调节以及初寒期、严寒期、末寒期的运行调节，从而真正起到节能降耗的效果。

表1 2008年度热力站变频改造用电量对照表

（2）变频器工作时，工作频率不得小于15 Hz，否则会对变频器的使用寿命造成影响。

（3）变频器长时间存放时，需保证一个月通电一次，通电时间不得少于5 h，输入电压要缓慢升至额定值。同时，存放环境应干燥通风，避免潮湿，否则可导致变频器电解电容的损坏。

变频调速控制技术经过多年来的实践考验和技术的不断改进，已经成为一项较成熟的节能技术，虽然需要一定的一次性投资，但技术改造后产生的节能和经济效果非常明显。所以，随着相关配套技术和设施、设备的完善和发展，水泵变频调速控制技术必将在集中供热系统运行中得到更为广泛的应用。

[1] 王寒栋.泵与风机.北京.机械工业出版社，2009.1.

[2] 李善华.实用集中供热手册.中国电力出版社，2010.9.

[3] 赵庆利.供热系统调试与运行，中国建筑工业出版社，2001.12.

[4] 蒋志良.供热工程.北京:中国建筑工业出版社，2005.1.

W ater Pump Frequency Conversion Energy Conservation Technology in Heating M ovement Application

Cao Jianqi

Develops unceasingly along with the frequency conversion technology and day by day mature，it also gradually promotes in the heating domain’s application，this technology’s application can reduce the electrical energy consumption effectively，has the vital significance to the heating enter prise actual production movement.This article introduced the water pump frequency conversion energy conservation technology’s principle of work，the system characteristic，the practical application present situation and the use effect，simultaneously also proposed in the practical application pays attention question.

central heat supply；water pump frequency conversion velocity modulation technology；the electricity saving measures

TU991.35

A

1000-8136(2011)08-0021-02