二级循环水泵供热系统的研究及应用

【摘要】介绍了二级循环水泵供热系统基本原理和调节控制方式。比较了传统单级循环水泵供热系统和二级循环水泵供热系统的运行方式，结合工程实例，阐述了二级循环水泵供热系统的耗电量比传统单级循环水泵供热系统耗电量低。

【关键词】二级循环水泵；调节控制；耗电量

1、传统循环水泵的选配原则及存在的问题

传统循环水泵的选配通常是几台泵并联成一组泵，同时满足热源、热网和热用户流量和扬程的需求，称为单级循环泵供热系统。循环水泵的选择，主要是确定设计循环流量和设计扬程。单级循环水泵循环流量是按设计热负荷计算确定的，扬程是按在确定流量下热源、热网和最不利用户内部的压力损失之和乘以1.05～1.1倍系数。由于热负荷在供暖期是动态变化的，供暖始末期，室外温度较高时，热负荷较低；供暖期，室外温度较低时，热负荷较高。热负荷在最大热负荷的27%～100%范围内变化，而单级循环水泵供热系统受锅炉限制，流量调节范围在额定流量的70%～110%范围内变化，限制了系统流量的调节幅度。在采用量调节时，为了使系统流量在低于70%的设计流量下运行，又不影响锅炉的正常运行，采用二级循环泵供热系统就成为必然。

2、 二级循环水泵供热系统的基本原理

二级循环水泵供熱系统中循环水泵的流量都是设计流量，只是扬程选择不同。热源循环水泵只负担热源内部的阻力，不必增加富裕压头，采用工频流量运行。由于热源循环水泵始终保持在锅炉的额定流量下运行，不但提高了锅炉燃烧的稳定性，而且降低了耗电量。

热网循环水泵要考虑热网及用户在最大流量下的阻力，其扬程按热网及热用户在最大流量下的阻力加富裕压头选定，并采用变频流量运行。热网循环水泵的台数可根据供热负荷的发展情况及运行调节模式而定，容量可大小匹配，以单台泵为宜。

热源循环水泵与热网循环水泵的入口通过均压管相连接，当热网循环水泵流量大于热源循环水泵流量时，热网回水经均压管后，一部分流向热源循环水泵入口，一部分流向热网循环水泵入口与热源供水混合。当热网循环水泵运行流量小于热源循环水泵运行流量时，热网回水在均压管与热源部分供水混合后，全部流向热源循环水泵入口。对于不同的运行工况，通过改变均压管中的水流方向，就能自动实现二级循环水泵不同循环流量的协调与均衡。热网循环泵安装在供水管道上，虽然热网循环泵的工作温度较高，但锅炉承压相应降低。

3、二级循环水泵供热系统的调节与自动控制

供热系统循环水泵由单级循环水泵改为二级循环水泵，就是为适应热网循环流量根据热负荷不断变化的需求进行调节创造条件，对于设备的设置和管道的连接以及控制，要适应质调节和量调节，还可实现质量并调，为节能运行打下基础。

对于热源循环水泵，根据热负荷的需求，确定锅炉运行台数，随之确定循环流量、循环水泵台数。在锅炉能力范围内，锅炉的热功率根据热负荷的需求进行调节。

热网循环水泵通常按照质量并调进行自动控制。根据实测的室外温度，气候补偿器首先计算出热网循环水泵的给定循环流量（在整个供暖期内，热网循环泵的运行流量在设计流量的50%～100%变化），并指令热网循环泵通过变频器改变其转速，使循环流量达到预期值。热网循环泵流量是否符合给定值，一般根据热网供回水压差的测试来判断。气候补偿器在计算热网循环流量给定值的同时，还计算出了热网供水温度的给定值，借以指导锅炉的运行操作。当热网循环流量小于锅炉循环流量时，则锅炉的入口水温高于热网的回水温度，以此判断工况是否正常。

为了使均压管压力稳定，小型供热系统均压管管径宜3倍于相邻管道的管径；对于较大规模的供热系统，由于供热管道管径较大，在实际工程中，均压管管径与相邻管道的管径相同。通过旁通定压，在旁通管上安装手动平衡阀、压力传感器，压力传感器反应均压管的压力，手动平衡阀可调整均压管的压力。一是为了让均压管发挥解耦作用，提高系统的工况稳定性；二是使均压管按相邻管段同直径设计，有利于系统的施工安装。

对于间接连接系统一级管网热力站间的水力平衡，除了通常采用的在热力站一级侧进出口安装电动阀进行自控调节外，对于小型的间接连接系统，为降低造价，也可以在热力站一级侧的进出口安装限流定阻阀进行热力站间的水力平衡调节，其方法是根据每个热力站的最大热负荷和一级侧供热介质的参数对限流定阻阀设定最大流量，然后通过简单调节对其动阀芯予以固定，以保证阻力特性系数不变。

由于供热系统各热力站间的流量比取决于阻力特性系数比，各热力站间的阻力特性系数一定，则流量比也一定。根据此原理，小型间接连接系统可以仅对热网循环水泵实施自控，各热力站间的一级侧流量侧根据上述原理按等比分配，以满足二级管网随着室外温度变化对换热量的需求。这样可以免去二级网安装电动阀和自控设备，从而降低造价。

4、工程实例

笔者参与大庆沃尔沃乘用车生产基地供热工程锅炉房工程，安装2台29MW和3台14MW，并预留2台29MW燃气热水锅炉，总安装容量158MW，供回水温度为130/70℃。低温采暖为间接连接系统，工艺采用直接连接系统。

从运行结果看，有以下优点：由于锅炉循环水泵选型得当，锅炉实现了按额定循环流量运行，其扬程正好克服锅炉房阻力，没有额外压力损失，避免了电能浪费。热网循环泵按照气候补偿器的控制随着室外温度变化实时改变流量，热力站一级侧实现了质量并调，减少了热网循环水泵的耗电量，也能配合用户的主动调节。从运行统计数据看，采用二级循环水泵供热系统比相近规模的单级循环泵供热系统综合节电15%。循环水泵由单级循环泵时的大泵分解成二级循环泵时小泵，降低了水泵噪音。由于保证了锅炉出水温度，改善了燃烧效果，提高了效率。

结语：

综上所述，和单级循环水泵供热系统相比，二级循环水泵供热系统作为一种新型的供热系统运行形式，通过合理的设计，可以显著降低供热一次管网的总电的安装容量，尤其是锅炉房内主循环泵功率大幅度降低。

参考文献：

[1]石兆玉，李德英，王红霞，“ 供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新”《2004全国供热技术研讨会论文》

[2]石兆玉，“供热系统分布式变频循环泵的设计”《暖通空调标准与质检》2006年第三期

[3]李善化，康慧.集中供热设计手册

[4]许玉望.流体力学泵与风机

[5]贺平，孙刚.供热工程（第三版）

作者简介：

陈大伟，辽宁省城乡建设集团有限责任公司，辽宁沈阳。