锅炉房二级循环泵供热系统的应用_工程实践

摘要

摘要：介绍了二级循环泵供热系统基本原理和调节控制方式。比较了传统供热系统和二级循环泵供热系统的运行方式，结合工程实例，说明二级循环泵供热系统的耗电量比传统供热系统低。

摘要：介绍了二级循环泵供热系统基本原理和调节控制方式。比较了传统供热系统和二级循环泵供热系统的运行方式，结合工程实例，说明二级循环泵供热系统的耗电量比传统供热系统低。

关键词：二级循环泵；供热；变频；锅炉房

Application of Heat-supply System with Secondary Circulation Pump to Boiler Room

XU Junjie，ZHANG Liangang，ZHAO Xingang，ZHANG Jingna，YANG Ying

Abstract：The basic principle and adjustment control mode of heat-supply system with secondary circulation pump are introduced.The operation mode of conventional heat-supply system is compared with that of heat-supply system with secondary circulation pump.Combined with an engineering example，it is indicated that the electricity consumption of heat-supply system with secondary circulation pump is less than that of conventional heat-supply system.

Key words：secondary circulation pump；heat-supply；frequency conversion；boiler room

1 传统的设计思想及存在的问题

过去传统的设计思想：对于区域锅炉房供热系统，在热源处集中设置一组大扬程的循环泵，肩负着热源、热网、用户3种循环泵的功能，为单级循环泵供热系统。循环泵流量的确定是按最大热负荷计算的流量考虑，扬程是按在确定流量下热源、热网和最不利环路的压力损失之和为基础选用。

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；供暖中期，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^[1]，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 二级循环泵供热系统的基本原理

二级循环泵供热系统中循环泵的流量都是系统的设计流量，只是扬程的选择不同。热源循环泵只负担热源内部的阻力(包括锅炉本体的阻力及锅炉房管子及附件的阻力)，不必增加富余压头，采用工频定流量运行。由于热源循环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，效果十分明显。

热网循环泵要考虑热网及用户(热力站)在最大流量下的阻力，其扬程按热网及用户在最大流量下的阻力加富余压头选定，并采用变频变流量运行。热网循环泵的数量也是根据供热负荷的发展情况及运行调节模式而定。

热源循环泵与热网循环泵的入口通过均压管相连接(见图1)，当热网循环泵运行流量大于热源循环泵运行流量时，热网回水经均压管后，一部分流向热源循环泵入口，一部分流向热网循环泵入口与锅炉供水混合。当热网循环泵运行流量小于热源循环泵运行流量时，热网回水在均压管与锅炉部分供水混合后，全部流向热源循环泵入口。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泵不同循环流量的协调与均衡^[2]。由图1可知，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 二级循环泵供热系统的调节与控制

供热锅炉房的循环泵由单级循环泵改为二级循环泵，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而创造条件，对于设备的设置和管道的连接以及控制，要既能适应质调节，也能适应量调节，还可实现质量并调，为节能运行打下基础。

对于热源循环泵，根据热负荷的需求，确定锅炉运行数量，随之流量、循环泵的运行数量也就确定了。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(根据室外温度调节热网循环泵的流量)首先计算出热网循环泵的给定循环流量(在整个供暖期，热网循环泵的运行流量在设计流量的30%～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。热网循环流量是否符合给定值，一般根据热网供回水压差来判断。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。

为了使均压管的压力稳定，小型供热系统的均压管管径宜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，均压管的管径与相邻管道的管径相等。

为了使均压管的压力稳定，采用旁路补水定压，在旁通管上安装手动平衡阀、压力传感器，压力传感器反映均压管的压力，手动平衡阀可调整均压管的压力。一是为了让均压管更好地发挥解耦作用，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，不再增大管径，有利于系统的施工安装。

对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，而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泵实施自控，各热力站间的一级侧流量则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。这样可以免去二级管网安装电动阀和白控设备，从而降低造价。

4 工程实例

目前国内已有多座锅炉房采用二级循环泵供热系统，并取得明显的节能效果。天津市武清区6×58MW锅炉房，供热面积为600×10⁴m²，供回水温度为130、70℃，采用间接连接系统。若采用单级循环泵供热系统，根据循环流量选择6台热源循环泵，单台流量为1016m³/h，扬程为66m，额定功率为250kW，年耗电量为258.5×10⁴kW·h/a。采用二级循环泵供热系统，根据循环流量选择3台热源循环泵、3台热网循环泵。热源循环泵的单台流量为1656m³/h，扬程为16m，功率为110kW。热网循环泵的单台流量为1632m³/h，扬程为45m，功率为280kW。年耗电量为191.3kW·h/a，节电率为26%。

从运行结果看，明显显示了以下优点：由于热源循环泵选型得当，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，没有额外的压力损失，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的变化实时改变流量，热力站一级侧实现了质量并调，减少了热网循环泵的耗电量，也能配合用户的主动调节。从运行统计数据看，二级循环泵供热系统比相近规模的单级循环泵供热系统节电。由于稳定地保证了锅炉出水温度，改善了锅炉的燃烧效果，提高了锅炉热效率。如果进一步在一级管网采用分布式变频泵代替热网循环泵^[3～8]，则系统运行电耗将进一步降低。

参考文献：

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[8] 赵志刚.分布式二级循环泵供热系统的应用[J].煤气与热力，2008，28(10)：A19-A20.

(本文作者：徐军杰¹ 张连钢¹ 赵欣刚¹ 张景娜² 杨颖¹ 1.中国市政工程华北设计研究总院天津300074；2.天津市管道工程集团有限公司保温管厂天津 300400)