分布变频技术在无人值守热力站中的应用

王凯，孟凡月，田雷

（山东鼎超热电设计有限公司，山东 济南 250100）

分布变频技术在无人值守热力站中的应用

王凯，孟凡月，田雷

（山东鼎超热电设计有限公司，山东 济南 250100）

城市集中供暖已成为我国热网节能改造的主要发展趋势，将分布变频技术应用在无人值守热力站中，具有节约电能、运行成本低、运行安全系数高的特点。

无人值守热力站；分布变频泵;节能；应用

合理利用能源和减少污染是国家经济发展过程中所面临的重大课题，目前，节能减排已被国家提高到了前所未有的新高度。我国目前热网能效在30%左右，远低于国外先进国家。热力站是热网的热交换枢纽，它的作用举足轻重，将分布变频技术应用在无人值守热力站中，以热力站为出发点实现整个热网节能减排的目的。

1 传统的供热模式简述

在传统的供热模式中，一个总的循环泵被设置在热源处，通过这个总的循环泵实现热源、热力管网以及热力用户之间的水力循环功能，依据一次网的总流量以及最不利环路的阻力来选择循环泵的流量、扬程以及功率，采用调节阀或电动阀消耗水泵多余的用户压头。传统供热系统流程图如图1所示。

图1 传统供热系统流程图

传统供热模式易形成冷热不均现象,主要原因是供热系统末端用户循环压力不足。要想改善末端用户的供热效果,就需要提升末端用户实现供热循环所需压力。传统方式一般采用提升循环泵的扬程或在末端用户附近安装增压循环泵,这种方式会使整个供热系统的循环流量大大增加。采用调节阀消耗多余的压头,一部分动力实际上被无功消耗，进而形成大流量、小温差、大能耗、大热源、低产出的运行方式。

（1）大电耗：流量增加1倍，电耗增加8倍。根据目前的实际工程，供热系统输送动力的电耗约为0.35w/m2。折合成热耗量，电耗占热耗的2.5%。若供热系统循环流量提高1.4倍，则电耗占热耗升为6.9%；若循环流量增加到一倍，电耗占热耗的比例上升为20%，显然是难以承受的。

（2）大热耗：在冷热不均的情况下，近端过热开窗户，末端不热，采取别的热源补充，里外都是热量浪费；当增大循环流量受到限制时，为改善末端供热效果，常常采取提高供水温度的做法，此时，所有热用户室温普遍提高，将会造成更大的浪费。这种热量浪费通常情况下，都在20%～30%之间。

2 分布式变频泵技术基本原理及优势

2.1 分布式变频泵技术基本原理

分布式变频泵技术基本原理为：在热源处的总循环泵只承担热源侧内部的循环动力。在热力站内设置分布变频泵，利用分布在热力站内的分布变频泵取代一次网上的调节阀，由分布式变频泵提供必要的资用压头代替原来调节阀上消耗多余的资用压头。由热力站内的PLC控制器进行PID调节，以实现按需取热。分布式变频泵技术基本原理如图2所示。

图2 分布式变频泵技术基本原理

分布输配系统只有最大程度上降低一次网循环流量，提高热力输送效率，才能较好地实现节能的目的。用最小的能耗，输送最多的热量。

“用泵代阀”是分布输配系统最大的特点，通过变频器调节循环泵的转速，从而调节各个热力用户供热流量，而不是通过电动执行器调节阀门开度，实现节流式调节供热流量。使用分布变频泵调节供热流量可以达到全自动无人值守控制，不存在节流能量损失，而且调节精度更高更准，是无级变速调节。对二次网侧的温度进行检测和分析,由PLC计算出最佳供水温度,通过循环泵变频调节一次网侧循环流量,使得二次网侧的供水温度接近于计算的最佳供水温度,在满足用户供热需求的前提下，以供回水温差为依据设定值PID智能控制分布式变频泵频率，保证供热质量，做到经济运行，保证最佳工况。

采用集中变压变流量调节，减少循环流量，降低电能损耗，改善了热力工况，消除了冷热不均，节热也更加明显；节省了电动调节阀及有关的其它流量调节阀；减去了昂贵的流量计。采用分布式变频泵的无人值守热力站供热流程见图3。

图3 采用分布式变频泵的无人值守热力站供热流程图

在无人值守热力站中应用分布式变频泵技术的设计思想，将在热源处的总循环泵的功能单一化，在热力站设置一级分布式变频泵I。再在热力站分单元或用户组设置二级分布式变频泵II。其原则是尽量少设置沿途加压泵，多在热力站设置分布变频泵。通过技术经济比较分析来确定工程设计具体的方案。一般来说，在管网上设置增压泵要比在热力站内设置分布变频泵费用高。采用分布变频泵系统，循环泵的装机总容量明显降低，且变频变流量调节，其运行能耗可节电大约50%。当一次网侧供回水温差为约50℃时，循环流量约为1.3kg/ m2·h；回水温度降低时，供回水温差加大,流量应在0.6～1.3kg/m2·h变化。一次网和二次网都使用分布变频泵的调节方式时，二次网侧的供水温度通过一次网侧分布变频泵的转速调节；二次网侧的循环流量通过二次网侧的分布变频泵的转速调节。这样，通过调节一、二次网的分布变频泵的转速，就可以同时调节二次网侧的供热流量和供水温度，调节更加方便准确。

根据热量计算公式: Q=C×M×()可得,热力用户要想获得相同的供热量Q,其供热的供回水温差ΔT=是与其供热循环量M成反比的。分布变频泵供热系统一般采用定零压差点控制方式。典型的分布式变频泵供热系统控制策略如图4所示。

分布变频供热系统中变频泵的数量虽然多了，但每个泵的电耗却大大减小了。根据资料统计，分布变频的供热系统比传统供热系统节电25%～30%左右。在无人值守热力站中应用分布式变频泵技术，运行费用大大降低，无功调节损耗大大减小。分布式变频泵技术可以改善供热系统负荷不均和负荷波动对整个热网运行的影响,而且基本没有节流能量损失。

济南某供热片区对热力站进行了分布变频的无人值守热力站技术改造,技改效果良好,单位能耗大大降低，耗能从2.89KW·h/m2降低到1.93KW·h/m2。

2.2 采用分布式变频泵技术优势

分布式变频泵技术在无人值守热力站应用的优势主要体现在以下方面：

（1）可实现按用户需求供热。采用分布式变频技术的供热系统，在热力站分别设置一级分布式变频泵I，通过变频调速泵代替电动调节阀，有效地实现“用泵代阀”，能够根据天气温度的变化对变频泵的频率进行PID智能调节，通过改变一次网侧的供热流量，对二次网侧的供热温度进行精确控制，有效的节约能源，减少排放。

（2）改善水力失调问题。分布式变频泵采用了PID调节自动控制，能够有效提高一次网侧供水温度，增大供回水水温差，减少一次供回水水流量，能够有效降低一次侧水压降，确保供热系统远端自用压头，从而有效改善了各热力站之间的水力失调平衡问题。

（3）供热系统更加安全。在热力站设置一级分布变频泵I，热源处主循环泵只承担热源内部的水循环工作，对主循环泵扬程要求相对较低，有效降低了供热热源处的承受压力，提升了供热系统的安全性。同时，如果热源处发生停电时，依靠各未停电热力站的分布变频泵提供的动力进行流动，确保了整个供热循环系统的安全运行。

（4）在很大程度上改善了最远端用户的供热质量。供热半径过大会使得供热管道阻力增大、流速降低、热水流量不足，供热管道温度损失相对较大，直接影响最远端回路用户的供热质量。在热力站设置分布式变频泵，克服管道阻力，能够有效加快流量循环，降低供热管道热损失，大大提高最远端最不利环路的供热质量。

（5）能够自动调节水力平衡点。在热力站内设置分布变频泵，能够实现自动调节水力平衡点，保障水力平衡点周围的用户的供热质量。

图4 典型的分布式变频泵供热系统控制策略图

3 结语

在无人值守热力站中应用分布式变频泵技术，实施节能措施改造，同时利用基于HMI、PLC、分布变频以及GPRS通讯技术的自动智能型无人值守换热站，可以有效的解决水利失调现象，流量调节更加平稳，消除”近热远冷”；根据供热条件精确自动调节，用户按需供热，提升供热安全和效率，自行平衡水力平衡点，改善供热质量，节能减排，改变了不合理的小温差大流量的传统供热运行方式。在热力站节能改造过程中，具有实用性和推广使用价值。

参考资料：

[1]石兆玉. 供热系统运行调节与控制[M]. 清华大学出版社, 1994.

[2]张伟,马志刚.分布式变频泵技术在集中供热中的应用[J].区域供热,2014,(4):88-90.

[3]潘军华,陈亮.实例浅析分布式变频泵系统方案在城市集中供热中的应用[J].区域供热,2014,(1):58-63,7.

[4]谢维. 节能型无人值守换热站的智能控制系统[J]. 计算机测量与控制，2011(07).

TU995

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1671-0711（2017）06（下）-0101-03