第25卷第10期吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)VoL. 25 No. 102009年10月Journal of Jjlin Teachers Instiute of Engineering and TechnologyOct 2009供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵變頻調(diào)速的應(yīng)用研究林海濤,劉海龍，劉志平(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處,吉林長春130118)[摘要]循環(huán)水泵作為供熱 系統(tǒng)的重要運(yùn)行設(shè)備,其優(yōu)化運(yùn)行對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要意義。本文針對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行效率低以及存在的相關(guān)控制問題.提出將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于供熱循環(huán)水泵,用調(diào)速泵代替定速泵。對(duì)循環(huán)水泵設(shè)置變頻調(diào)速在供熱管網(wǎng)中的節(jié)能效果進(jìn)行了分析研究。[關(guān)鍵詞]節(jié)能;循環(huán)水泵;變頻調(diào)速;特性曲線[中圖分類號(hào)] TH38[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 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供熱系統(tǒng)中,循環(huán)水泵是控制和調(diào)節(jié)的重要設(shè)潛力,其潛力挖掘的焦點(diǎn)是提高水泵的運(yùn)行效率。備,其運(yùn)行狀況對(duì)熱網(wǎng)的水力狀況起決定性作用。據(jù)估計(jì),提高水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率的節(jié)能潛力可達(dá)利用水泵和管路的性能曲線對(duì)水泵運(yùn)行工況進(jìn)行分300 ~500億千瓦時(shí)/年,相當(dāng)于6 ~ 10個(gè)裝機(jī)容量為析和研究,可以達(dá)到減輕水力失調(diào)和節(jié)約電能的目.1 000MW級(jí)的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。水泵的。變頻技術(shù)是在水泵的電機(jī)加變頻調(diào)速裝置,自也是最主要的耗電設(shè)備容量大、耗電多。加上其長動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到控制流量的目的。這期連續(xù)運(yùn)行并常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，種方法操作簡(jiǎn)單,節(jié)電效果明顯,是控制供暖負(fù)荷較其節(jié)能潛力更加巨大。我國采暖能耗高,是相近氣理想的方法。候條件發(fā)達(dá)國家的3~5倍,采暖用能占全國商品用能9.6%。供暖能耗占全國建筑總能耗的55%以1水泵變頻調(diào)速節(jié)能的現(xiàn)狀上,為供暖地區(qū)社會(huì)能耗的21. 4%。水泵在國民經(jīng)濟(jì)各部門的數(shù)量眾多,分布面極2循環(huán)水泵性能參數(shù)的合理確定廣,耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),全國水泵電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s35 000MW ,耗電量約占全國電力消耗中國煤化工容量普遍偏大,致總量的5%左右，目前,水泵運(yùn)行中還有很大的節(jié)能使循CNMHG耗電量偏大。主收稿日期:2009-06-18作者簡(jiǎn)介:林海濤(1975- ),男,吉林長春人,吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處 工程師,主要從事供熱系統(tǒng)交頻調(diào)速的研究。第25卷第10期林海濤等:供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵變頻調(diào)速的應(yīng)用研究●69.要原因是設(shè)計(jì)人員沒有認(rèn)真計(jì)算熱負(fù)荷及系統(tǒng)的阻系統(tǒng)管路特性曲線不變,即水泵的等效率曲線不變,力。為保險(xiǎn)起見,往往進(jìn)行估算,而估算值過大,導(dǎo)故水泵變速后的工況點(diǎn)必定相似,轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程致選擇的水泵流量和揚(yáng)程過大。系統(tǒng)運(yùn)行后沒有認(rèn)和軸功率符合相似定律。真進(jìn)行初調(diào)節(jié);在選擇水泵時(shí),由于水泵規(guī)格系列所3.2供熱循環(huán)水泵 變頻調(diào)速的高效區(qū)間限很難選到流量、揚(yáng)程完全一致的水泵, 導(dǎo)致設(shè)計(jì)者變頻水泵應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)是很有發(fā)展前景往往選擇比實(shí)際性能參數(shù)大一號(hào)的水泵。因此,應(yīng)的節(jié)能設(shè)備,但其節(jié)能的前提是運(yùn)行于高效率區(qū)內(nèi)，根據(jù)供暖系統(tǒng)提供的參數(shù),合理選擇適用供暖系統(tǒng)變頻水泵在高效區(qū)以外運(yùn)行是不經(jīng)濟(jì)的。因此,常的循環(huán)水泵的型號(hào)和參數(shù),最大可能地滿足系統(tǒng)要.常把變頻水泵的效率作為衡量水泵選擇和運(yùn)行是否求。要想合理確定循環(huán)水泵的性能參數(shù),必須遵循合理的首要參數(shù)。下面以離心水泵為例,分析水泵以下幾點(diǎn):變頻調(diào)速運(yùn)行的高效區(qū)間。(1)詳細(xì)地進(jìn)行采暖熱負(fù)荷計(jì)算,不宜簡(jiǎn)單套用理論上,當(dāng)水泵工作點(diǎn)位于等效率曲線、和水手冊(cè)和資料中推薦的建筑熱指標(biāo),以期在滿足使用.泵額定轉(zhuǎn)速曲線所圍承德區(qū)域OAOBO時(shí),可以高效功能的前提下降低工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用。運(yùn)行。但水泵在實(shí)際運(yùn)行中,由于功率與轉(zhuǎn)速之間(2)所選的循環(huán)水泵應(yīng)滿足系統(tǒng)所需的最大流存在一定關(guān)系，隨著轉(zhuǎn)速的下降,軸功率會(huì)急劇下量和揚(yáng)程,同時(shí)要使循環(huán)水泵際的工作點(diǎn)盡可能接降,導(dǎo)致水泵自身的效率將隨轉(zhuǎn)速的降低而降低。近最佳工況點(diǎn),且能長期在高效區(qū)運(yùn)行。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到一定數(shù)值,高效區(qū)的分界線0A0、0AO將(3)熱水集中供熱系統(tǒng)中常用的調(diào)節(jié)方式有兩種,會(huì)合到一點(diǎn)J,則高效區(qū)縮小為AOBOJ所圍成的區(qū)域- -是質(zhì)調(diào)節(jié),即改變熱水溫度的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)運(yùn)行后,采陰影部分,如圖1所示。用有效的初調(diào)節(jié),來盡量消除系統(tǒng)的水力失調(diào)。(4)選擇流量變化大而揚(yáng)程變化不大的水泵,即H↑G-H特性曲線趨于平坦的水泵。(5)流量富裕系數(shù)要與揚(yáng)程富裕系數(shù)相匹配,不應(yīng)采用相同的富裕系數(shù)。no國外水泵的優(yōu)選方法很多,如采用高效的水泵組合方式或是用儲(chǔ)水池來削弱高峰流對(duì)泵站的沖擊,進(jìn)行這類研究的有Chao和Jacobe等。還有更嚴(yán)31~謹(jǐn)?shù)姆椒?用數(shù)學(xué)方法優(yōu)化選擇水泵。如Lindell E.ntOrmsbee的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法DG(dynamicprogram-Q(min0)Q(mia0Qming)。圖1水泵變 頻調(diào)速運(yùn)行的高效區(qū)間3變頻調(diào)速水泵的最佳調(diào)速范圍3.1供熱循環(huán)水 泵變頻調(diào)速的等效率曲線在傳統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)定流量系統(tǒng)中,供熱循環(huán)水泵始根據(jù)水泵的相似定律以及流體力學(xué)理論可知,終保持額定轉(zhuǎn)速不變,其高效區(qū)間為曲線A0- BO只有水泵效率相同時(shí)才能稱之為相似工況點(diǎn),因此所示，顯然變流量供熱系統(tǒng)中供熱循環(huán)變頻水泵的將水泵的相似工況點(diǎn)相連所得的曲線,便是水泵的高效區(qū)由線延伸到了面,擴(kuò)大了供熱循環(huán)水泵高效等效率曲線。區(qū)的應(yīng)用范圍。由于水泵揚(yáng)程和流量的平方成正比,如式3.3循環(huán)水 泵變頻調(diào)速的工況變化特性(1 -1)所示水泵特性曲線與熱網(wǎng)管路特性曲線的交點(diǎn)稱為H=CQ2(1-1)水泵的工況點(diǎn),研究水泵工況點(diǎn)的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)其中C為比例系數(shù),對(duì)于相似工況點(diǎn)C為定值，一步控制水泵的變頻調(diào)速具有很重要的指導(dǎo)意義。此時(shí),式(1-1)便成為水泵等效率曲線的表達(dá)式。理論上,變流量供熱系統(tǒng)采用變頻調(diào)速,熱網(wǎng)管路的根據(jù)以上分析,可以得出以下結(jié)論:特性中國煤化工運(yùn)行工作點(diǎn)為各(1)水泵等效率曲線和熱網(wǎng)系統(tǒng)管路特性曲線轉(zhuǎn)速7YH3管路特性曲線的重合,為常數(shù)和一次項(xiàng)均為零的二次拋物線。交點(diǎn),CNMHG此時(shí)，各工作點(diǎn)(2)若水泵變速后熱網(wǎng)系統(tǒng)的阻力不變,則熱網(wǎng)符合相似定律,節(jié)能效果最好。ho 為設(shè)計(jì)工況下熱●70.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)2009年10月網(wǎng)管路的特性曲線,n, ~n表示供熱循環(huán)水泵在不點(diǎn)運(yùn)行效率逐漸減小,越來越遠(yuǎn)離η1 ,還很有可能出同轉(zhuǎn)速時(shí)的特性曲線?，F(xiàn)降速不是很大時(shí),運(yùn)行工況點(diǎn)C、D巳經(jīng)脫離高效區(qū)的情況。如果設(shè)B點(diǎn)代表供暖期需水量的極大似然值E,h;(Q),當(dāng)選擇η作為供熱循環(huán)水泵的最高效率點(diǎn)|n/Jhy,ho口時(shí),水泵處于最高效率區(qū)的時(shí)間變長,自然節(jié)能的效果好。而且此時(shí)供熱循環(huán)水泵的額定工況點(diǎn)位于最高效率點(diǎn)右側(cè)，那么隨著水泵轉(zhuǎn)速的下降,各運(yùn)行工n22況點(diǎn)的效率先增加,后減小C、D工況點(diǎn)脫離高效區(qū)04的概率也大大降低了,水泵的整體運(yùn)行效果好。通過以上分析,在選供熱系統(tǒng)供熱循環(huán)水泵的ns過程中可以采用負(fù)荷分區(qū)的辦法,統(tǒng)計(jì)出各負(fù)荷區(qū)段占整個(gè)供暖期總負(fù)荷的比例,找出所占比率最大的負(fù)荷區(qū)段,在其內(nèi)確定一個(gè)流量工況點(diǎn)作為最高圖2供熱 循環(huán)水泵變頻調(diào)速的工作點(diǎn)示意圖效率點(diǎn),可繪制熱負(fù)荷延續(xù)圖,然后計(jì)算出供暖期內(nèi)所需水量的極大似然值,確定流量點(diǎn),將其定為最3.4循環(huán)水泵最高效率點(diǎn)的確定高效率點(diǎn),水泵的運(yùn)行效果會(huì)更好。.由于供熱循環(huán)水泵的等效率曲線與熱網(wǎng)管路的結(jié)合.上述分析,可以得出圖4的結(jié)論,其中陰影特性曲線重合,結(jié)合圖2,可得圖3形式,n ~η為部分表示水泵的高效區(qū)間。當(dāng)熱網(wǎng)管路特性曲線阻等效率曲線,如圖3所示?？贡容^大時(shí),只根據(jù)供熱最大負(fù)荷時(shí)所需流量和揚(yáng)程選擇供熱循環(huán)水泵,有可能導(dǎo)致額定工況點(diǎn)位于水泵的高效區(qū)以外,如圖4中的A點(diǎn)所示。H79noH↑r02尸BA~noQD'QcQQA圖3 供熱循環(huán)水泵最高效率點(diǎn)特性分析古設(shè)AD為供熱循環(huán)水泵工作點(diǎn)的運(yùn)行曲線,可以看出當(dāng)供熱循環(huán)水泵的額定轉(zhuǎn)速降低時(shí),效率曲線圖4供熱循環(huán)水泵 額定工況點(diǎn)示意圍和曲線上的高效率區(qū)段均從右向左移動(dòng)。為了最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能，應(yīng)保證變頻過程中水泵工況點(diǎn)始理想狀態(tài)運(yùn)行時(shí),供熱循環(huán)水泵的運(yùn)行工作點(diǎn)終位于高效段,而且應(yīng)使水泵最高效率點(diǎn)與系統(tǒng)所位于AB段已經(jīng)脫離了高效區(qū),而且水泵實(shí)際工作點(diǎn)需水量最可能出現(xiàn)的情況相對(duì)應(yīng)。供熱系統(tǒng)中,設(shè)運(yùn)行曲線要位于AB段左側(cè),整個(gè)運(yùn)行過程,有可能計(jì)工況點(diǎn)A代表滿足供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷時(shí),水泵的運(yùn)完全處于低效區(qū)。因此,在設(shè)計(jì)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí),循行工作點(diǎn)。環(huán)泵的選型僅依據(jù)供熱設(shè)計(jì)負(fù)荷確定水泵流量和揚(yáng)事實(shí)上,整個(gè)供暖期出現(xiàn)最大熱負(fù)荷需求的時(shí)程,往中國煤化工低,應(yīng)保持和管網(wǎng)間很短,即系統(tǒng)處于最不利點(diǎn)的概率很小,如果選的不CNMH(]管路特性曲線位泵時(shí)把等效率曲線η設(shè)為額定轉(zhuǎn)速的最高效率點(diǎn)，于等起行工作點(diǎn)才能位則隨著水泵轉(zhuǎn)速的降低,水泵調(diào)速過程中實(shí)際工況于高效區(qū)內(nèi),達(dá)到節(jié)能的目的。第25卷第10期林海濤等:供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵變頻調(diào)速的應(yīng)用研究.71.(2)對(duì)設(shè)置變頻調(diào)速裝置的集中供熱工程,應(yīng)該4結(jié)論建立良好的工程信息反饋系統(tǒng)。在以后的實(shí)際工作本文研究了供熱循環(huán)水泵變頻調(diào)速的基本特中,將進(jìn)-一步完善本文的研究?jī)?nèi)容,使其能夠更好地性,進(jìn)行了水泵特性曲線擬合,在此基礎(chǔ)上對(duì)其等效應(yīng)用于供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及技術(shù)改率曲線、高效區(qū)間及節(jié)流調(diào)節(jié)與水泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的造中。節(jié)能效果進(jìn)行了分析。由供熱循環(huán)水泵變頻調(diào)速原理、擬合曲線方程參考文獻(xiàn):及轉(zhuǎn)速改變時(shí)水泵基本參數(shù)的變化情況、等效率曲[1]陳和平.中國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略芻議[J].山西能源與線與熱網(wǎng)管路特性曲線之間存在的關(guān)系,確定了供節(jié)能,2001 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