分布式变频集中供热系统部分负荷下的运行特性研究

摘要:近年来，随着变频技术的不断成熟，变频泵在供热输配系统得到了广泛的应用。虽然已有投入使用的实例，但在部分负荷下的运行特性的研究领域还处于空白。

本文提出了采用改变锅炉运行策略和调整一次网流量的运行方式，并对其能耗特性进行了研究。通过对比供热站实际运行数据，找出进一步改进运行模式的方法。同时对于北方供热系统的改造及运行提出了建议。为了实现这一目的，本文采用了理论分析和计算相结合的研究方法。

关键词：分布式变频；集中供热；部分负荷；运行模式

中图分类号：C35文献标识码： A

一、课题提出背景

据相关资料显示，我国建筑采暖能耗为同纬度发达国家建筑采暖能耗的3倍左右,采暖能耗浪费是巨大的。这里有现实的问题，更有历史的原因，不仅涉及建筑墙体节能,更涉及供热系统技术装备水平、管理水平，以及供热收费体制等社会政策方面的因素[1]。

我国每年冬季采暖仍然以煤为主，为改变热效率低下、污染严重的状况，越来越多城市采用集中供热方式，但集中供热投资大，形成的格局很难改变，因此采用分布式变频系统改造，具有十分重要的现实意义[2]。

近年来，随着变频技术的不断成熟，变频泵在供热输配系统得到了广泛的应用。可以说，变频技术的应用将掀起供热领域乃至整个暖通领域的一场新的革命。它使得系统能耗的大幅度降低成为可能，传统的设计思想和运行模式正在受到挑战，系统形式和系统运行方式将发生深刻的变化。但目前较多的是针对一般问题的探讨，还没有形成系统的理论。

二、课题主要思路及创新点

（一）基本概述

分布式变频供热系统是由热源泵和分布在各换热站的回水加压泵组成，热源泵负责锅炉房内部的水循环，热源泵只用来克服锅炉本体及锅炉房内部工艺管的阻力。分布在各换热站的一次回水加压泵，负责热源外到换热站之间的外管网的阻力以及换热站内部的阻力，并将热媒抽送至换热站，热源处设有均压管，一次回水加压泵不需克服热源阻力，同时通过气候补偿器进行自动控制变频器调节水泵转速，通过调节一次网流量控制二次网供水温度，运行时热源始终按照“大温差”经济运行，调节的“灵活性”极强，将原来的供热系统由“送热”变成“抽热”，从根本上解决近端用户过热，浪费能源，远端用户不热的局面。基本原理如图1所示。

图1分布式变频系统原理简图

分布式变频泵供热系统的基本原理是：利用分布在用户端的循环泵取代用户端的调节阀，由原来在调节阀上消耗多余的资用压头改为用分布式变频泵提供必要的资用压头。在分布式变频泵供热系统中。热源循环泵只承担热源内部的循环动力。

（二）主要思路及创新点

以库尔勒新区供热站佳德换热站为例，对分布式变频供热系统部分负荷下的运行策略进行研究，以找出最优运行方案为目的。民用建筑的供热负荷，应根据当天室外气象温度来确定。根据新区站的实际情况，选取20T锅炉（即14MW）为研究对象。

根据新区供热站资料，二次网采用分阶段变流量的质调节，可以计算二次网流量。

由于采用定供水温度的量调节，根据供热站资料，一次泵、二次泵和热源泵的选型如表1所示。

表1泵的选型

一次网

泵型号 扬程（m） 流量（m³/h） 电功率（W） 效率

热源 JIS150-125-200 12.5 200 11 75%

佳德站 IS100-80-160D 8 50 2.2 75%

二次网

泵型号 扬程 流量 功率 效率

佳德站 IS200-125-250 15 346 22 81%

则可以计算佳德换热站不同负荷下的最大和最小温差。运行的基本构想是锅炉运行一段时间，停运一段时间，来保证循环水路中热水能够满足二次侧换热需要。根据所用锅炉特性，取24小时为锅炉运行时间，有两种运行方案。

1.锅炉部分负荷（50%负荷）运行24小时，停运若干小时。停运时间根据循环水降温时间具体计算。

2.锅炉按照设计满负荷运行24小时，停运若干小时。停运时间根据循环水降温时间具体计算。

3.采用传统供热方式，锅炉在部分负荷下持续运行，无一次循环加压泵。

三、取得的效益----部分负荷下各运行模式耗能比较

能耗对比如图2所示。

图2三种方案能耗对比

由图中可以看出，运行方案一的耗电量和耗煤量均为最小。相对于方案三的传统供热模式：

节煤率（9.69-5.07）/9.69=48%

节电率（0.854-0.164）/0.854=81%

方案一与2008年12月新区供热站实际运行数据对比如表2所示。

表2计算结果与实际运行数据对比

月单耗煤量（kg/） 月单耗电量（kWh/）

方案一 5.07 0.164

实际运行 5.58 0.25

由表可以看出，此优化方案确实比目前采用的运行模式更为节能。

四、存在的不足和展望

由于本计算中没有考虑室外气象温度的实时变化，所以计算所得结果会与实际运行结果有所出入；由于管道敷设深度和管径等参数未知，热网管损按照通常标准取8%，实际情况一般会稍大一些；锅炉效率按照最高75%取，为简便计算，暂不考虑实际运行工况。所以本计算结果与实际情况会有一些偏差，但不影响本文结论的正确性，具有广泛的适用性和实用价值。

对本运行模式改进的方法：由于设计负荷采用采暖面积热指标计算法，其面积热指标的取值，是根据《城市热力网设计规范》中采暖热指标推荐值表选取(设计选取供热面积热指标为50W/m2)。采用这种取值方法计算的结果选取水泵，往往都大于实际系统的需要。这样就降低了节能效果。所以，可根据实际调研结果计算出平均面积热指标，进行水力计算并选取水泵。进行优化选型，可有利于增大节能效果。

由于我国的热网负荷一般是在投入使用后逐渐增加，而传统系统形式的设计却是在设计工况下进行，这必定造成初始阶段系统的运行是大马拉小车，浪费严重。而分布式变频系统中主循环泵可随负荷变化进行调速，用户支路泵更是支路使用后安装运行，初投资和运行费用都随负荷增加而增加，避免不必要的浪费。

由于变频技术的发展，变频器的价格降低，以变频泵代替传统系统中的电动调节阀，初投资不仅不会增加，而且会有所减少。泵的可调性和可靠性均优越于调节阀，若考虑系统运行过程中的维护管理费用，分布式系统明显具有更好的经济性。在实际工程的应用中，分布式系统只需在个热力站安装变频泵即可运行，不会增加维护管理费用，具有切实可行性。

参考文献

[1]胡建平. 供热运行调节及热网平衡浅谈[J]. 区域供热，2007（1）：40-43.

[2]周志廉. 关于我国城市集中供热发展的思考[J]. 经济丛刊，2006（1）：26-29.

作者简介：

刘超，男，汉族，助理工程师，2009年毕业于天津大学热能与动力工程专业，任职于天津市城安热电有限公司，从事供热生产运行工作5年，致力于供热节能方面的研究。