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供热系统分布式变频循环水泵的设计

鞍山热力院魏占武

摘要：本文详细阐述了供热系统分布式变频循环水泵最优方案的确定过程，并
对其设计、运行的基本方法进行了介绍。

关键词：供热系统循环水泵分布式变频

作者在2004年的供热技术交流会议上曾作过“供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新”[1]的学术论文报告。文章对六种新的设计方案与传统的循环水泵的设计方案进行了比较，并指出：新的设计方案比传统设计方案，其循环水泵的装机电容量可节约1/3~2/3。但文章没有明确给出新的最优设计方案是什么？也没有阐述新的设计方案如何进行具体设计与运行？经过近二年的进一步研究，作者在这次论文中，即“供热系统分布式变频循环水泵的设计”中试图就上述问题作出明确回答，以期在同行中进行讨论。

一、最优方案的确定
在“供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新”（以下简称“更新”）一文中指出：在传统的热源单循环水泵的设计中，存在过多的无效电耗。为防止无效电耗的发生，本文在“更新”一文的六种方案的基础上，重新提出了三种设计方案与传统方案进行比较。
为叙述方便，仍沿用“更新”一文中的供热系统：该系统共10个热用户（或10个热力站），供回水设计温度85/70℃，各热用户设计流量均为30t/h，热用户资用压头为10m水柱，供回水管道总长度7692.3m，设计比摩阻60Pa/m，局部阻力系数30%。各热用户之间的外网供、回水干管长度各为384.6m。热源内部总压力损失为10m水柱。循环水泵的效率按70%选取。根据上述参数，该供热系统按照传统设计方法，设置在热源处的循环水泵的扬程为80m水柱，流量为300t/h，理论功率为93.4kw。
所选定的三种新的设计方案为：方案1，热源泵与热用户泵合一，承担热源内部的水循环和各热用户资用压头的建立；热网泵由设在各热用户供回水干管上的共20个加压泵承担。方案2，热源泵、热网泵和热用户泵各司其职，即热源泵只承担热源内部的水循环，热网泵由供回水干管上的20个加压泵承担，热用户泵由热用户各自的共10个加压泵承担资用压头的建立。方案3，热源泵单独设置；热网泵与热用户泵合一，其功能由10个热用户泵承担。
上述三种设计方案的循环水泵的总功率（理论），根据特兰根定律，可按如下公式计算：
No=ΣGiΔHi（1）
kw（2）

式中，Gi—供热系统各管段的流量，t/h；
ΔHi—供热系统各管段的压降损失，m水柱；
η—水泵效率，取70%；
No—由特兰根定律计算的循环水泵总功率；
N—单位为kw的循环水泵总功率。

将计算结果绘制成相应的水压图。图0为传统方案，图1为方案1的水压图；图2为方案2的水压图；图3为方案3的水压图。表1给出了各方案的系统循环泵总功率计算值。
图0传统设计方案
注：0-30为供热系统各管段编号，0为热源，1-10为热用户
图1方案1分布式变频循环泵供热系统
注：热源泵(0管段)，扬程20mH2O，流量300t/h；11-30供回水干管上的加压泵扬程皆为3mH2O，流量依次为300、270、240、210、180、150、120、90、60、30、300、270、240、210、180、150、120、90、60、30(t/h)。
图2方案2分布式变频循环泵供热系统
注：热源泵（0），扬程10mH2O，流量300t/h；11-30供回水管上的热网加压泵扬程为3mH2O，流量依次为300、270、240、210、180、150、120、90、60、30、300、270、240、210、180、150、120、90、60、30（t/h）；1-10热用户泵，扬程皆为10mH2O，流量皆为30t/h。

图3方案3分布式变频循环泵供热系统
注：热源泵（0），扬程10mH2O，流量300t/h；1-10热用户（热网）泵，流量皆为30t/h，扬程依次为16m、22m、28m、34m、40m、46m、52m、58m、64m、70m。
表1各方案循环泵总功率
方案名称01233+循环泵总功率(kw)93.461.961.961.922.6电耗节约量(kw)031.531.531.570.8节电百分比(%)033.833.833.875.8注：方案3+为方案3的变形，详述见后。
从图0-图3和表1，可以得出如下结论：
1．与传统方案（方案0）相比，方案1、方案2、方案3的循环水泵总功率皆由93.47kw下降为61.9kw，节电31.5kw，即节电33.8%。对比水压图，可以明显看出，方案1、2、3无论热源泵、热网泵和热用户泵，所提供的电功率全部在各自的行程内有效地被消耗掉，而没有无效电耗。亦即，方案1、2、3单从节电的角度考虑，都是优选方案。
2．观察方案1、方案2，可以发现：要想在热网干管上消除无效的输送电耗，必须在每个供回水干管上设置加压循