在供热锅炉房中二级循环泵的应用

【关键词】锅炉房供热 二级循环水泵 限流定阻阀 节能降耗

 

1 前言

供热锅炉房的循环水泵是供热系统的心脏，它担负着驱动热媒传递热能的功能，其选用的设备匹配是否合理，直接影响着输送效果和能耗的高低。为实现供热系统节能运行，降低供热成本，对循环水泵如何选型、如何配置进行分析、探讨和改进是十分必要的。

2 传统循环水泵的选配原则及存在问题

传统循环水泵的选配通常是几台泵并联成一组泵，同时满足锅炉房、热网和热用户流量和扬程的需求，可称之为单级循环泵系统。其流量的确定是按热负荷计算的最大流量的1.05倍考虑；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再加2—3mH2O的富裕压头选用；水泵台数视供热规模确定，一般选用3台，运行2台，备用1台。按以上原则设计和配置的循环水泵存在以下问题：

2.1 由于按热负荷（供热面积）计算的最大循环水量与按锅炉额定流量计算的总循环水量不一致，一般是按热负荷计算的最大循环水量远远高于按锅炉额定流量计算的总循环水量，如不采取措施，使按热负荷计算的最大循环水量全部流经锅炉，会使锅炉超额定流量运行。由于锅炉的水阻力与流量的平方成正比，将会大大提高锅炉房的压力损失；将高温水锅炉按低温水锅炉运行，压力损失更大。有的锅炉房压力损失可达0.3MPa以上，不得不提高水泵的扬程，增加水泵功率，造成电能的严重浪费。有经验的设计者或管理者一般采用安装与锅炉并联的旁通管，使总循环水量分流，从而保证流经锅炉的循环水为额定流量。采取这种措施虽然能降低一些水泵的能耗，但未根本解决问题。

2.2 间供系统从节能考虑，其供热锅炉提供的一次水应为可变流量，进行质量并调，按传统原则设计的循环水泵系统，由于要保证流经锅炉的循环水量不低于额定流量，很难实现变流量调节。建筑物采暖系统采用分户热计量方式，热用户有能力主动调节时，显然循环水泵也应是变流量的，基于上述的同样原因，传统的循环水泵系统设计思想也是不能满足用户主动调节要求的。

2.3 一些锅炉房的循环水泵系统，由于设计理念的原因，使锅炉超额定流量运行，不仅大大增加了水阻力，造成电能浪费，还会由于锅炉内部循环水流速过快，水冷壁温度低，造成炉膛温度也低，锅炉燃烧状况不佳，效率低。一次热网水在低温运行时也存在同样的问题。

3 二级循环泵系统的设计理念

清华大学石兆玉教授等人曾先后发表“供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新”和“供热系统分布式变频循环水泵的设计”两篇论文，文中提出的理念和推荐的设计方案是先进的、最节能的，但实施起来必须有相应的设备、自控技术和资金，有待进一步创造条件。受上述两篇论文的启发，根据现实条件，打破传统的设计思想，将原来满足于锅炉房、热网和热用户流量和扬程要求的单级循环泵系统改变为二级循环泵系统，即分别设置锅炉房循环泵和热网循环泵，作为实现分布式变频循环水泵最佳设计方案的过渡方案。

3.1 锅炉房循环泵的流量按锅炉额定流量选择，其扬程按锅炉在额定流量下的水阻力加上锅炉房的管线及附件的阻力确定，不必增加富裕压头，可一炉一泵，也可两炉一泵或多炉一泵，视供热负荷的发展情况和供热运行的调节模式而定，采用工频定流量运行。锅炉房循环泵只负担能满足锅炉运行时额定循环水量的输送，其扬程仅克服额定流量下的锅炉水阻力加上锅炉房管道及附件的阻力，流量和扬程均不考虑富裕量。由于锅炉房循环泵，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，而且降低了电耗，效益十分明显。

3.2 热网循环泵的流量按系统供热负荷计算的最大流量考虑，其扬程按热网及用户在最大流量下的阻力加2—3mH2O的富裕压头选定。为适应间供系统一次水需要变流量和直供系统实施分户计量的热用户能主动调节的需求，采用变频变流量运行。水泵台数也是根据供热负荷的发展情况及运行调节模式而定，容量可大小匹配，以单台泵为宜。

3.3 锅炉房循环泵与热网循环泵的入口通过均压管相连接（见图所示），均压管与相邻管道同口径。当热网循环泵运行流量大于锅炉房循环泵运行流量时，热网回水经均压管后，一部分流向锅炉房循环泵入口，一部分流向热网循环泵入口与锅炉供水相混合;当热网循环泵运行流量小于锅炉房循环泵运行流量时，热网回水在均压管与锅炉部分供水混合后，全部流向锅炉房循环泵入口。不难看出，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。

4 二级循环泵系统的调节与控制

供热锅炉房的循环水泵由单级循环泵改为二级循环泵，就是为适应热网循环水量根据热负荷不断变化的需求进行调节而创造条件，从设备的设置和管路的连接以及控制方面，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。

4.1 锅炉房循环泵从选型原则可知，根据热负荷的需求，调度要确定起炉台数，随之循环水量和循环水泵的台数也就确定了。在锅炉能力范围内，锅炉的出力根据热负荷的需求进行质调节，随着热负荷变化，调度指令可确定所需的锅炉出力和起炉台数。

4.2 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，控制器首先计算出热网循环泵的给定循环流量（在整个供暖期间，热网循环泵的运行流量在设计流量的50-100%之间变化），并指令热网循环泵通过变频器改变其转速，使其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的测试来判断。控制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。当热网循环流量小于锅炉循环流量时，则锅炉的入口水温高于热网的回水温度，以此判断工况是否正常。

4．3 为了使均压管的压力稳定，小型供热系统的管径宜3倍于相邻管道的口径；对于较大的供热系统，由于管道口径较大，难以实施，我们在实际工程中，将均压管的口径与相邻管道的口径取为相等，通过旁通定压的调整，将均压管的压力锁定为系统恒压点的压力值，同样达到了稳压的目的，详见图示。

4.4 对于间供系统一次网换热站间的水力平衡，除了采用通用的在换热站一次水的进（出）口安装电动阀进行自控调节外，对于小型的间供系统，为降低投资，也可以在换热站一次水的进（出）口安装限流定阻阀进行换热站间的水力平衡调节，其方法是根据每个换热站的最大热负荷和一次水的供热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。由于供热系统各换热站间的流量比取决于阻力特性系数比，各换热站间的阻力特性系数一定，则流量比也一定。根据此原理，小型间供系统可以仅仅对热网循环泵实施自控，各换热站间的一次水循环量则根据上述原理按等比分配，以满足二次网随着大气温度变化对换热量的需求。这样可以免去二次网安装电动阀和自控设备的投资，降低造价。

5 二级循环泵系统的供热锅炉房运行效果

自2005年以来，笔者先后设计并运行了两座采用二级循环泵系统的供热锅炉房，两座锅炉房规模一样，总容量为56MW，锅炉配置为2台21MW和1台 14MW，水温参数为115/70℃，间供系统。由于受热负荷发展的限制，初建安装了1台21MW和1台14MW锅炉及相应的配套辅机，分别建换热站4座和7座。一座锅炉房已运行了两个采暖期，从运行结果看，明显显示了以下优点：

5.1 由于锅炉房循环泵选型得当，锅炉实现了按额定循环水量运行，其扬程正好克服锅炉房系统水阻力，没有额外的压力损失，避免了电能浪费。

5.2 热网循环泵按着自控系统的控制随着大气温度的变化实时变频变流量，换热站一次水实现了质量并调，减少了热网循环泵的电耗，也能配合用户的主动调节。

5.3 从运行统计看，采用二级循环泵的供热系统比相近规模采用单级循环泵的供热系统综合节电15%，若仅以循环水泵统计，节电将更多。

5.4 由于稳定地保证了锅炉出水温度的高品质，改善了锅炉的燃烧效果，提高了锅炉效率。

5.5 循环水泵由单级循环泵时的大泵，分解成二级循环泵时的小泵，降低了水泵噪音，改善了工作环境。

6 结束语

供热锅炉房的循环水泵由单级循环泵改为二级循环泵仅仅是一个尝试，虽然按此理念已建成两座锅炉房，并有两个采暖期的运行实践，获得了明显的节能效果并改善了工作环境，但由于热负荷发展的限制，所有设备尚未按设计规模完全到位，满负荷的运行效果尚未显示出来，还有待于今后在实践中总结，进一步完善设计构思和调整调度运行模式。

由于笔者水平有限，文中提到的论点和做法错误在所难免，望广大业内人士给予批评指正，不胜感谢。