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标题 集中供热网循环水泵采用变频调速的分析与计算
范文

    汪力

    摘 要:本文根据集中供热一级网的运行工况,给出集中供热一级网循环水泵采用变频调速方案,分析和计算使用变频调速的运行工况和节能计算,得出在集中供热一级网循环水泵应用变频调速后,使集中供热一级网的运行更加合理可靠,而且使系统运行电费减少,达到节能的效果。

    关键词:集中供热一级网;变频器;流量调节;节能

    中图分类号:TM921 文献标志码:A

    0 引言

    北方的城市在冬季需要进行采暖,大部分城市都进行了集中供热项目的建设,这样不仅解决了城市建设发展中供热的需要,还从根本上解决了能源浪费和污染环境的问题。

    随着城市建设的快速发展,带来供热热网面积越来越大,集中供熱一级网循环水泵电机功率也就越来越大,一级网水力调节变得越来越重要,同时一级网循环水泵电机的节电也明显不能忽视,即在满足热网运行要求下,达到节电。其中一级网循环水泵电机采用变频调速就是一举两得的措施。

    1 电机转速调速调节流量的原理

    众所周知电机转速基本公式

    n=60f(1-s)/p (1)

    式中:

    n——转速;

    f——输入频率;

    s——电机转差率;

    p——电机磁极对数。

    由(1)式可知,通过改变电机输入电网频率和磁极对数,可以使电机转速发生变化。但电机制造出厂后,电机磁极对数是一定的,即使通过改变电机接线方式,增加或减少电机磁极对数,也无法得到电机转速连续平稳调节的效果。而改变电机输入电源频率可以达到电机转速连续平稳调节的目的。

    一级网循环水泵归属于平方转矩负载,由流体力学可知

    Q=K1 × n (2)

    P=K×n3 = K × Q3 (3)

    式中:

    n——转速;

    K——系数;

    Q——流量。

    由(2)式可见流量Q会随着转速n的下降而成正比例地下降,所以只要通过调节转速即可达到调节流量的目的。由(3)式可知当流量Q下降时,功率P将将成立方倍的下降。

    2 计算与分析

    下面以我院设计的一个集中热网改造工程为例,分析和计算一级网循环水泵电机采用变频调速所带来的效果。

    2.1 一级网热力工况

    实现热网运行的稳定前提必须进行流量均匀性改变。在整个采暖期,室温与室外温度、日照、风速、建筑物耗热量及热力系统的供水温度、流量等有关,若供热量大于需热量,用户室内温度超过设计温度,反之达不到设计温度。这一动态过程,应在外界条件变化时,随时进行供回水温度、流量的调整,以实现按需供热。

    冬季采暖室外计算温度-12.9℃,平均温度-2.8℃;冬季采暖天数145天;建筑面积576.94万m2,综合热指标45W/m2,供热最大负荷264.27MW,供热最小热负荷177.89MW。新建3×91MW集中供热热源厂,热源厂供热能力为273MW。

    一级网的运行调节采取质量综合的调节方式。但为避免热网流量过低造成热网水力失调,热网流量在低于设计流量的60%时,一级网的调节方式采用质调节;即当室外温度在-2.8℃~5℃时,一级网采用质调节,保持热网流量不变,以免流量过小造成各站水力失调,调节一级网的供、回水温度以适应室外温度的变化;当室外温度在-12.9℃~-2.8℃时,一级网采用质量和流量相结合的调节方式;通过保持热网供、回水温运行在额定工况下,改变热网流量,以满足热负荷的要求。

    经过对热力专业提供资料要求整理可以得到以上数据见表1。

    2.2 集中供热一级网循环水泵选择

    由热力专业提供资料可知

    G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th) (4)

    式中:

    G——计算水流量,kg/h;

    Q——热用户设计热负荷,W;

    c——水的比热,c=4187J/ kgo℃;

    tg——设计供水温度,℃。

    th——设计供回水温度,℃。

    经过对热力专业提供资料整理,可以得到一级网运行基本参数如下:

    供水温度120℃,回水温度70℃,设计压力1.6MPa,最大循环流量4545.44t/h,最小循环流量3059.71t/h,热网总阻力为68mH2O。

    根据以上数据要求热源厂设置一级网循环水泵4台,其中3台循环水泵运行,1台循环水泵备用,流量均为1600m3/h,扬程85mH2O,电机功率500kW。

    2.3 节能分析计算

    根据热力工况及热力专业对电气专业的要求,电气专业根据式(1)(2)(3),一级网循环水泵电机采用变频调速,以满足热力专业对一级网在采暖期采取质量综合的调节方式。

    根据热力专业要求和对热负荷延续时间计算表1,得到室外温度在-2.8℃~5℃时,一级网循环水量不变,电机工作在额定功率状态。所以电机节能计算不考虑室外温度在-2.8℃~5℃时的工况状态。仅分析计算室外温度在-12.9℃~-2.8℃时,电机节能计算。

    根据式(3)、(4)和整理热负荷延续时间计算表,得到室外温度在-12.9℃~2.55℃时,一级网循环水量与电机功率之间关系表见表2。

    通过表2可以看出,流量变化系数0.684035~1,功率变化系数0.271795~1。节电空间巨大,节电效果明显。

    以一个采暖期室外温度变化与热负荷延续时间计算表相同。不采用变频调速循环水泵耗电量为:

    W=1680× 500 ×3 = 252 ×104kWh ;

    假设电费以0.738元/kWh计算,年耗电成本为252 ×104 ×0.738=186万元

    采用变频调速循环水泵耗电量为:以热负荷与电机功率关系关联计算表中,5天为一个计算周期。

    ∑W=∑(424×3×120 +.…136×3×120) = 121×104kWh;

    年耗电成本为121 ×104 ×0.738=89.3万元。

    一个供暖期所节省的电费为186 - 89.3=96.7万元,节电效率为 89.3/186=48%。

    结语

    通过利用热工专业提供的一级网热力工况,经过详细的分析和计算。得到一级网循环水泵电机使用变频调速后,可以达到以下几点:

    可以满足一级网在任何工况下安全、平稳、满足供热质量要求。

    因热网温差50℃,可以延长锅炉积灰时间,保证锅炉正常运行。

    在实际应用时,节电效率可达到48 %以上。

    参考文献

    [1]高佳.浅议节能降耗技术在电厂锅炉运行中的应用[J].科技风,2016(1):13-14.

    [2]马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统[Ml.北京:机械工业出版社,2010.

    [3] 中小型热电联产工程设计手册[M].北京:中国电力出版社,2006 .

    [4] GB50041—2008,锅炉房设计规范[S].

    [5] CJJ34—2010,城镇供热管网设计规范[S].

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更新时间:2025/3/15 14:04:01