分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用改造

1、分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用摘要：目前，我國(guó)三北地區(qū)仍然大量采用大型燃煤供熱鍋爐作為集中供熱的熱源。盡管燃煤供熱鍋爐在我國(guó)有數(shù)十年的使用經(jīng)驗(yàn)，但是始終存在能耗大、控制手段落后、水力失調(diào)嚴(yán)重等諸多問(wèn)題，直接影響到居民生活質(zhì)量和我國(guó)供熱行業(yè)的整體發(fā)展。所以本文以實(shí)際工程為例，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，將其改造為具有很高節(jié)能效益的分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過(guò)改造，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到按需供熱。關(guān)鍵詞：分布、二級(jí)泵、節(jié)能、氣候補(bǔ)償1.分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹傳統(tǒng)熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法是通過(guò)計(jì)算最不利環(huán)路的資用壓頭，選擇合適的循環(huán)水泵，并在每個(gè)用戶處安裝調(diào)節(jié)閥，這樣除最遠(yuǎn)用戶外，其他用戶的多余資用壓頭，都被調(diào)節(jié)閥消耗掉，造成

2、了能源的浪費(fèi)。而分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，循環(huán)水泵只是在設(shè)計(jì)流量下克服系統(tǒng)的一部分阻力，各末端根據(jù)各自回路的需要配置相應(yīng)的水泵，來(lái)保證它所需要的資用壓頭，并通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的頻率來(lái)匹配用戶的流量，這樣就減少了閥門(mén)的阻力損失。從而使供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式由質(zhì)調(diào)節(jié)變?yōu)榱空{(diào)節(jié)。由于量調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻調(diào)速裝置調(diào)整循環(huán)水泵頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由水泵的特性參數(shù)與頻率的關(guān)系，即水泵的流量與頻率成正比，水泵的揚(yáng)程與頻率的平方成正比，水泵的功率與頻率的立方成正比，可以看出采用量調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式，特別是在初、末寒期，供暖負(fù)荷較低時(shí)節(jié)能潛力很大。而分布式變頻調(diào)節(jié)技術(shù)和氣候補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)合，可以使供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式變?yōu)橘|(zhì)量并調(diào)節(jié)，從而達(dá)到更進(jìn)

3、一步的節(jié)能的目的。2.工程概況某供熱廠供熱面積約166.3萬(wàn)平方米，采用間接供熱方式。其燃煤鍋爐房配置北京鍋爐廠生產(chǎn)的型號(hào)為QXL29-1.6-150/90的鍋爐四臺(tái)。一次水循環(huán)水泵四臺(tái)。另建有15座換熱站，分布在所供熱范圍內(nèi)。3.系統(tǒng)存在的問(wèn)題a.在供熱系統(tǒng)的近端（靠近熱源處）換熱站擁有過(guò)多的資用壓頭，為了限制近端換熱站的循環(huán)流量，必須設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，將多余的資用壓頭消耗掉，這種無(wú)謂的節(jié)流損失是循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方法本身造成的。b.極易形成供熱管網(wǎng)遠(yuǎn)端和近端冷熱不均現(xiàn)象。c.通常循環(huán)水泵設(shè)置在回水管線上，鍋爐一般接在循環(huán)水泵出口，由于循環(huán)水泵揚(yáng)程較高，因此鍋爐等設(shè)備必然在高壓下運(yùn)行，對(duì)鍋爐的耐壓要

4、求提高，容易造成安全隱患。d.目前供熱廠的運(yùn)行調(diào)節(jié)基本為質(zhì)調(diào)節(jié)方式，即按室外溫度的高低改變鍋爐供水溫度而維持循環(huán)流量固定不變。這種調(diào)節(jié)方式操作簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，但是循環(huán)水泵無(wú)法調(diào)節(jié)。無(wú)法根據(jù)室外溫度的變化實(shí)時(shí)改變供熱廠的供熱量，容易造成燃料浪費(fèi)的情況，因此耗煤量仍然偏大。e. 由于主循環(huán)泵定頻運(yùn)行，不能根據(jù)室外溫度來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)用戶供水溫度。無(wú)法保證最佳供暖狀態(tài)，浪費(fèi)了能源。4.改造方案4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)分析研究，確定將一次循環(huán)系統(tǒng)改為分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并加裝氣候補(bǔ)償和變頻調(diào)速控制裝置，使各換熱站隨著熱負(fù)荷的變化，利用自動(dòng)化控制技術(shù)將調(diào)節(jié)方式由質(zhì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)變流量調(diào)節(jié)，同時(shí)相應(yīng)改變鍋

5、爐的燃燒工況，最大限度的減少能耗，降低供熱成本。圖1所示為供熱廠分布式變頻系統(tǒng)的原理圖。在鍋爐房?jī)?nèi)設(shè)置一次熱源循環(huán)泵，流量為供熱系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)流量，揚(yáng)程為熱源阻力（包括鍋爐阻力和鍋爐房?jī)?nèi)管線阻力）；在各個(gè)換熱站一次水入口設(shè)置二級(jí)用戶加壓循環(huán)泵，流量為各換熱站供熱面積所需流量，揚(yáng)程為換熱站內(nèi)一次側(cè)阻力和本站與鍋爐房之間阻力之和。圖1 間接供熱二級(jí)泵工作原理圖根據(jù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)需要，在鍋爐房?jī)?nèi)總供、回水管間加裝解耦管，并在管上裝電動(dòng)蝶閥。通過(guò)系統(tǒng)供回水壓差和解耦管前后溫差控制電動(dòng)閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。解耦管直徑一般為相鄰管段直徑的三倍，目的是穩(wěn)壓，即使其管內(nèi)的壓降接近為0，從而達(dá)到避免管路間水力工況的相互干擾。

6、4.2系統(tǒng)控制方案4.2.1 控制原理在換熱站中加裝二級(jí)泵控制柜。二級(jí)泵變頻由其控制。二級(jí)泵控制柜采集室內(nèi)外溫度、二次供回水溫度、二次供回水壓力、一次供回水溫度及壓力、水泵出口壓力、水泵頻率、電流、輸入功率。二級(jí)泵控制柜可打印上述采集量。當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，二級(jí)泵控制柜計(jì)算出最適宜的供水溫度，調(diào)節(jié)二級(jí)泵頻率，做到按需供熱。鍋爐和熱源循環(huán)泵控制在整個(gè)采暖季，鍋爐應(yīng)盡量高溫運(yùn)行，并且盡可能的達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)的最大溫差，與此同時(shí)在整個(gè)采暖季內(nèi)應(yīng)根據(jù)外網(wǎng)用戶負(fù)荷的變化及需要及時(shí)調(diào)整鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，根據(jù)開(kāi)啟的鍋爐臺(tái)數(shù)，熱源循環(huán)泵通過(guò)改變頻率從而調(diào)整循環(huán)水量。而外線系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各換熱站負(fù)荷的變化，變流量運(yùn)行。

7、4.3 GPRS數(shù)據(jù)傳輸4.3.1設(shè)計(jì)方案在每個(gè)換熱站加裝一個(gè)GPRS模塊終端，模塊終端與二級(jí)泵控制柜進(jìn)行通訊，將二級(jí)泵控制柜內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端，然后再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，同時(shí)在每個(gè)鍋爐房加裝一套GPRS上位機(jī)軟件，這樣經(jīng)過(guò)授權(quán)的電腦就可以隨時(shí)從服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)。并且供熱廠鍋爐房和供熱公司經(jīng)過(guò)授權(quán)的電腦也可同時(shí)瀏覽和修改服務(wù)器內(nèi)各鍋爐房和換熱站的數(shù)據(jù)。圖2為GPRS系統(tǒng)示意圖。圖4 GPRS系統(tǒng)示意圖4.3.2 GPRS技術(shù)介紹GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱，它是一種以全球手機(jī)系統(tǒng)（GSM）為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。采用

8、GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)后，可實(shí)現(xiàn)以下功能：a.換熱站內(nèi)各運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS技術(shù)可以對(duì)各換熱站內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)，匯總并存儲(chǔ)到集控電腦，可對(duì)供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確控制。b.實(shí)現(xiàn)換熱站無(wú)人值守，提高運(yùn)行管理人員的工作效率。c.通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，主管領(lǐng)導(dǎo)在全球范圍內(nèi)對(duì)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)：覆蓋范圍廣；上網(wǎng)資費(fèi)較適宜；容易實(shí)現(xiàn)定時(shí)發(fā)送功能；設(shè)備連接及傳輸容易實(shí)現(xiàn)和保持；可配備本地液晶顯示器，通過(guò)顯示器顯示采集和設(shè)定的各種參數(shù)，使整個(gè)設(shè)備操作方便、反映直觀。4.4設(shè)備選型由于今年供暖面積的擴(kuò)充，再繼續(xù)使用1臺(tái)鍋爐進(jìn)行供暖可能難以滿足供暖需求，所以鍋爐房?jī)?nèi)主循環(huán)泵的流量按

9、照兩臺(tái)鍋爐同時(shí)開(kāi)啟時(shí)的額定流量進(jìn)行計(jì)算。其揚(yáng)程按照鍋爐房?jī)?nèi)阻力（包括鍋爐阻力和鍋爐房?jī)?nèi)管線阻力）計(jì)算；在各個(gè)換熱站內(nèi)設(shè)置的二級(jí)泵，其流量按照用戶負(fù)荷計(jì)算，其揚(yáng)程為換熱站內(nèi)一次側(cè)阻力和本站與鍋爐房之間阻力之和。根據(jù)上述循環(huán)泵流量與揚(yáng)程計(jì)算原則進(jìn)行系統(tǒng)水力計(jì)算和設(shè)備選型。4.4.1主循環(huán)泵的選擇根據(jù)以上分析，可知安裝2臺(tái)55kW的循環(huán)水泵可以滿足要求。這兩臺(tái)泵的運(yùn)行方式為一用一備，主循環(huán)泵選擇型號(hào)為SB-ZL250S-200-300A。4.4.2間接供熱系統(tǒng)二級(jí)泵的選擇供熱廠總供熱面積擴(kuò)充以后，可達(dá)約為45萬(wàn)平方米，共5座換熱站，采暖熱指標(biāo)按55進(jìn)行計(jì)算。各換熱站板式換熱器的阻力按6m計(jì)算，供熱介

10、質(zhì)、供熱參數(shù)的選擇應(yīng)首先滿足熱用戶的要求，熱負(fù)荷主要為采暖熱負(fù)荷，設(shè)計(jì)供回水參數(shù)確定為115/70。4.4.3其他設(shè)備選型4.4.3.1解藕管控制系統(tǒng)為了便于外網(wǎng)變流量調(diào)節(jié)，在鍋爐房設(shè)置了解耦管控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在鍋爐的供、回水之間加裝一套DN350的解耦管控制系統(tǒng)。4.4.3.2主循環(huán)泵變頻控制柜和二級(jí)泵控制柜根據(jù)所選循環(huán)泵的型號(hào)及相關(guān)參數(shù)，選擇相匹配的變頻控制柜和二級(jí)泵控制柜。并在水泵進(jìn)出口、系統(tǒng)供回水測(cè)點(diǎn)處安裝溫度和壓力傳感器。4.4.3.3壓力表、溫度計(jì)、止回閥、自動(dòng)排氣閥為了便于在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)觀察運(yùn)行參數(shù)，和記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，在循環(huán)泵進(jìn)出口、系統(tǒng)供回水管段安裝適合的遠(yuǎn)傳溫度計(jì)和遠(yuǎn)傳壓力表

11、。并且應(yīng)在二級(jí)泵的出口安裝止回閥，防止水倒流。5改造效果分析該供熱廠原有一次循環(huán)水泵四臺(tái)，供熱季采用二用二備的形式運(yùn)行。單臺(tái)水泵功率為160kW，兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的總功率為320kW。對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行改造后，一次循環(huán)系統(tǒng)采用分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行。一次主循環(huán)泵和二級(jí)泵運(yùn)行時(shí)的總功率為322kW。通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻控制，在供暖初、末寒期，可降低水泵電耗50%左右，在嚴(yán)寒期可節(jié)省由于選型過(guò)大造成的20%的電耗。同時(shí)通過(guò)改造，鍋爐可以隨時(shí)調(diào)整負(fù)荷，減少了鍋爐的用煤量。6結(jié)論采用分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，使各換熱站做到了按需供熱，并且也從根本上解決了管網(wǎng)的水力失調(diào)問(wèn)題。供熱系統(tǒng)可以通過(guò)二級(jí)泵自動(dòng)達(dá)到水力平衡，無(wú)需人為進(jìn)行繁瑣的調(diào)整，使供熱系統(tǒng)能夠進(jìn)行科學(xué)化的管理。同時(shí)采取此系統(tǒng)后，改變了供熱廠“大流量，小溫差”的運(yùn)行方式，增大了系統(tǒng)供回水溫差，降低了系統(tǒng)總流量，這樣首先減小了系統(tǒng)循環(huán)泵的負(fù)荷，節(jié)約了電能；其次減少了運(yùn)行鍋爐的臺(tái)數(shù)，降低了用煤量。同時(shí)分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以降低管道的公稱壓力，從而降低管道的初投資。并且此系統(tǒng)在運(yùn)行中也提高了系統(tǒng)的輸送效率，降低了管網(wǎng)的輸送能耗,也有效得降低了管網(wǎng)的工作壓力,使得管道使用壽命增長(zhǎng)。隨著變頻技術(shù)的廣