集中供热系统节电研究

赵航

摘要：节能减排是我国的基本国策。集中供热也有巨大的节能减排潜力。本文从提高能源利用率，进一步挖掘集中供热系统节电的潜力，并提出了一些节电的措施，希望在保证供热效果的同时提高能源利用率，降低能耗，达到节电的目的。

关键字：集中供热；节电；变频技术

中图分类号：TS914文献标识码： A

1.1 研究背景

目前由于我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，促使用电设备的增长速度超过发电设备的增长速度，造成能源短缺，电力供需矛盾十分突出， 严重影响我国经济的可持续性发展和节约型社会的建设。供热企业是耗电大户，各种水泵、风机都会消耗很多电能。因此，必须采取措施，合理有效地利用电能。

1.2 本文主要研究的问题

本文以太原市热力公司东山热源厂所带的某小区热力站为例，介绍集中供热系统的节电措施。该小区的基本情况如下：

（1）热水供水温度90℃，回水温度70℃，采暖热负荷为233kw，阻力损失为11kpa。

（2）采暖系统采用上供下回单管同程式，回水管走于地沟，每个环路的分支及汇合处均安装TS16 手动调节阀，采暖入口回水干管上设平衡阀，各环路最低点设泄水装置，最高处设E21型自动排气阀。

（3）该小区热力站内循环水泵的型号是 KQL100/350-11/4，流量 Q=50t/h，扬程 H=32m，功率 N=11kw。

2.1 热力站循环水泵正确的选型

在水泵的选型上， 目前普遍存在着一些不合理的地方，许多时候不依照水力计算，而是照搬“规定”，并层层加码或参照别人的设计、以前的设计，因此，在水泵的问题上存在大量的电能浪费。

循环水泵扬程选择过高会造成电能的浪费。造成水泵扬程偏高的原因最主要的是：错误地把楼房高度加在循环水泵的扬程中。这是错误认识造成的。他们把循环水泵的作用和补水定压泵的作用混到了一起,不知道循环水泵的扬程只是用来克服采暖系统的循环阻力,而补水定压泵的扬程是维持采暖系统所需静水压强。循环水泵的扬程不应负担楼房的高度。

2.2 采用变频调速技术

2.2.1 变频控制水泵的节电原理

水泵在转速控制时，流量Q、扬程H、轴功率N,三者之间的关系为 Q∝n,H∝n2，N∝n3，由于轴功率与转速的立方成正比,当水泵速度下降时,其功率将以立方根方式大幅度下降。因此,通过调节水泵转速(即流量)可充分节能。根据水泵的特性曲线可知,在工频运行时,若流量增大,扬程会降低;若流量减小时,扬程会升高。即用户失水量(或补水量)的变化会不断引起管网水压的上下波动。变频设备通过安装在循环泵出口上的压力仪表，将压力信号转换成电信号,进行运算处理，同时与设定值不断进行比较,自动调节变频器的输出频率,从而改变水泵运转速度。当失水量大时,使水泵运行速度加快;当失水量减小时,使水泵速度降低。从而达到压力稳定、高效节能的补水效果。进而可以保证水泵的合理运行，同时达到节电的效果。

2.2.2变频技术的改进方式

该热力站循环水泵的型号是 KQL100/350-11/4，流量 Q=50t/h，扬程 H=32m，功率 N=11kw。

该换热站在供热期间采用两台循环水泵同时运转，用变频器调至70%，在这种运行方式下，我们能够使扬程、流量、功率的相互关系达到合适供热站的实际情况，使之趋于合理。根据泵的特性：

其中，G—流量、H—扬程、N—功率、n- 转速

因此，将转速n调至70% 时，则流量为：G¹= ×G = 0.7×50t/h = 35t/h；

两台泵并联：G¹= 2×35×0.7 = 49t/h；

扬程则为：H¹=（）2 × H = 0.49×32 = 15.68m；

功率为：N¹=（）3 × N = 0.343×11 = 3.773Kw；

两台泵的功率为: 2N¹=2×（）3 × N = 2×0.343×11 = 7.546Kw。

通过计算结果可知, 两台泵并联运行变频后, 流量和单台泵大致相同, 扬程降低一半左右, 而功率单台泵降至1/3 左右, 两台泵则为2/3。

用以上计算结果测算节电效果为:

我们与单台满负荷运转项对比, 则可看出节电的效果, 单台泵月用电量:

11×24×30=7920 kw·h；

而两台泵变频后月用电量为：7.546×24×30=5433.12 kw·h。

2.3 采用分布式变频泵

2.3.1 传统集中供热一次网的设计方法

在传统的设计方法中，一次网循环水泵的流量是根据系统的总热负荷进行计算，扬程是根据最不利环路的供热站进行计算。而一次网循环水泵一般都设置在热源处。这种传统的设计方法必然产生以下问题：

1．水力失调严重：由于一次网循环水泵扬程是按照最远端用户选择，这就导致近端热用户有过多的资用压头，在调节手段不到位的情况下，近端热用户流量过大是很难避免的。因一次网循环水的设计流量是一定的，这种近端流量超标必然又带来远端流量不足，最终形成供热系统冷热不均的现象。

2．循环水泵及配电投资过高：由于供热系统很大，为保证最远端热力站一级网供回水压差和流量，热源厂必须选用电机电压值高的水泵作为循环水泵，这就增加了水泵及配电系统的一次性投资。

3．水泵电耗过大：为了解决供热系统的水力失调问题，不得不在一次网近端用户设置高阻力阀门消耗一级热网多余的压头，这样近端将有大量压头消耗在阀门上，使整个循环系统的很多电耗消耗在热水输送系统上。

2.3.2 分布式变频泵的做法

集中供热分布式变频水泵系统是指在热源处设置一级循环水泵，该水泵的扬程仅负责热源厂内循环水量及循环动力，而在各热力站的一次网上设置二级循环水泵分布式变频泵，该泵负责各热力站循环流量及克服一次网和热力站的循环阻力。分布式二级循环水泵的方式是用二级变频水泵取代设在热力站一级网的电动调节阀。二级变频泵可安装在热力站一次网供水管上，也可安装在一级网回水管上。图一为分布式变频水泵系统在热力站中应用的示意图。

图1分布式变频水泵系统在热力站中的应用

供热系统换热站一级网上安装二级变频泵后有以下优点：

（1)降低锅炉(首站)运行压力：由于分布式变频泵二级泵承担了由热源厂至换热站一次网的热水流动阻力，这就大大降低了热源厂循环水泵的运行压力。当出现事故造成热源厂内一级主循环泵停转时，外网可通过变频二级泵继续运行，防止热源厂停电产生汽化等安全事故的发生。

（2)二级变频泵取代电动调节阀：在分布式变频泵设计方案中，由于变换热站的一次热水变被动接受为主动索取，因此基本上消除了多余资用压头的节流，不需要在一次网上加装流量调节阀门。在采用变流量调节时，可改变变频泵转速来实现，从而消除了无效电耗，实现按需供热，达到节约能源的目的。

（3)集中监控方便可靠：由于变频器控制系统已相当成熟可靠，因此对换热站可通过有线或无线数据远传系统，远程监控整个供热系统运行，包括各设备的状态和参数。在满足用户舒适度的前提下，二级变频水泵更易实现无人值守自动监控的目的。

结语：从国家实施节能的长远发展战略角度出发，集中供热系统节电措施的应用前景良好，我们应当在在设计过程当中抓住系统的关键环节，尽量将供热系统设计的更加节能。虽然近些年城市集中供热系统设计取得了一定的成绩，但还存在很多问题，我们在供热系统节能设计中仍需不断开展节能方案研究，不断探索新技术，使新节能方案发挥更好作用。

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