水泵节能改造在集中供热系统中的应用
天津市滨海新区供热集团港田供热公司，天津 300280
摘要：当前我国集中供热系统的应用较为普遍，水泵在供热系统中发挥着重要作用，对其进行节能改造能够降低供热过程中所产生的能耗问题。论文结合集中供热系统现状，对水泵节能改造技术进行分析和探讨，以实际工程为例探讨水泵节能改造的相应对策。
Abstract:At present, the application of central heating system in China is more common. Water pump plays an important role in the heating system. Energy saving transformation can reduce the energy consumption in the heating process. Based on the current situation of the central heating system, the paper analyzes and discusses the energy saving transformation technology of water pump, and discusses the corresponding countermeasures of the energy saving transformation of water pump with the actual project as an example.
关键词：水泵节能；节能改造；集中供热；供热系统
Key words: water pump energy saving; energy saving transformation; central heating; heating system
1 引言
集中供热系统是北方重要的市政组成部分，截止到2016年底，北方城镇集中供热面积已经达到160亿平方米，涉及超过2亿城镇居民的冬季供暖问题，要想达到理想的供热效果，供热管网调节技术显得尤为重要。在我国，常被采用的供热管网水力平衡调节方式可分为两类：一类是使用调节阀节流改变管网阻力，称为节流式水力平衡；一类是通过水泵的转速改变管网的流量，称为有源式水力平衡。随着供热行业自动化水平的提高，供热系统的调控逐步从一次网平衡发展到二次网平衡、户间平衡。很多企业都是在智慧热网建设中一步步发展起来的，所以水泵和阀门调节技术应用掺杂，随意性强。如何将两种技术有机结合，加以科学合理地利用是困扰供热企业的难题。
2 集中供热系统运行现状
第一，热源近端的用户资用压头都是超过所须值的，白白浪费很多能量。第二，冷、热不均。离热源近的用户会出现过多的资用压头，当没有准确合适的调节方法的情况下，离热源近的用户流量超标在所难免，从而会影响离热源远的用户流量不够用。第三，存在大流量运行。从水力工况考虑，离热源远的用户会出现资用压头不够用，为了改善末端用户的供热效果，通常加大热源处循环水泵扬程或在距热源远的位置增加加压泵，通常所说的大流量小温差，就是采取这种措施形成的。第四，供热系统的能效水平低。影响因素主要有2点：首先，系统冷热差别会对无效供热量的多少产生影响，锅炉和热网处的热损失也会对无效供热量的多少产生影响；其次，输送管网无效电能的产生。
3 水泵节能改造分析
某供热某公司供暖面积超过400万m2，下属泵站35座换热站，自管泵站26座，供暖面积从40万～50多万不等，水泵扬程35～40m，电机功率22～160kW，每个采暖季电耗到达1.8kW/m2左右，水泵的工作曲线完全偏离水泵高效区，水泵工作特性曲线向右偏移，造成轴功率偏大，电机超流，只能调整水泵出口阀门或者降低频率运行。首先，更换水泵的初始方案，经过市场调研，19台水泵预算达到150万以上，在改造中更换进出口阀门。软连接，改造水泵管径，土建、人工、机械、材料等工程费用合计达到200多万还不止，投资回报期达到2年多。其次，叶轮切削改造，把19台水泵拆卸，到车床上进行切削叶轮处理，降低投资成本，由于切削改造只能降低水泵扬程，流量无法处理，切削范围根据低、中、高比转数在5%～20%，仍然达不到节能预期效果。另外，更换叶轮，提高水泵比转数保证水泵比转数在80～300，各个泵站都是无锡一家卧式、对轮式高效节能单、双吸水泵，只更换叶轮，泵体及内部配件不变，19台水泵电机进行内部调换处理，每台水泵叶轮投资造价在1500～3000元，这样节省投资，回报期非常短。针对上面改造情况进行分析。在离心泵中，常把离心泵的比转数理解为：泵在最高效率下工作运转，产生扬程1m，流量为0.075m3/s，所消耗的功率为0.735kW时所必须具有的转数。几何相似的离心泵在各处效率最高点处的工况相同；比转数不同的离心泵，其几何形状一定不同；比转数相同的泵，其几何形状是相似的，但也不排除几何形状不相似的情况。比转数的大小与输送流体的性质无关。比转数的大小与泵的性能曲线和叶轮的形状（包括叶轮出口宽度，叶轮直径。叶片所形成的流道的长短）有密切关系。比转数高的泵，对应于效率最高时，流量大，扬程小；比转数低的泵，对应于效率最低时，流量小，扬程大。
4 水泵节能改造在集中供热系统中的应用措施
4.1 加强供热系统改造工作进行
展开水泵的应用不仅需要其对于自身进行相应的改进，而且还需要水泵可以有效地适应供热系统的工作，同时产生积极的效果。所以，只针对水泵进行升级改造是无法达到效果的。在此过程中，要针对供热系统的热力负荷限值以及相应的管道承受度进行升级改造工作，确保供热系统本身可以增加相应的水力承受限度，提高热力运行状况。除此之外，加强对供热系统的升级改造工作还在于及时地展开针对供热管道的阻力数值的改进以及其与循环水泵的匹配度的提高，确保供热管道内阻力处于合理限度内。当然，仅仅依靠对供热系统的阻力数值研究以及匹配度的改进是远远不够的，还需要开展对于循环水泵适应性的考察和研究。这样才有可能使得循环水泵和供热系统保持在同等水平上，进而促进两者的相互协作，促进供热系统的平稳运行。
4.2 采用分布式变频泵
我国北方城镇中集中供暖占供暖建筑的70%。水泵是供热系统中重要的组成部分，主要任务是为系统提供流量、压力和输配热量，因此，耗费的电量就会很多，运行成本也相应升高，如果试图对供热系统中水泵的安装位置以及水泵的选择进行探索，收益将是巨大的，电耗有可能降低60%～70%，很多专家发现了这个漏洞，对此进行了深入的研究。传统供热系统中按照最不利用户的需求来选择热源处的循环水泵，往往扬程偏大，采取的调节措施是增加调节阀进行节流，消耗各末端用户处多余的资用压头，调节阀虽然缓解了传统供热系统的不足，但也因此使系统变得不节能，为了改善传统供热系统中存在的问题，有专家提出了分布式变频泵供热系统，分布式变频泵供热系统的最大优点在于节能，同时也能解决传统供热系统带来的问题。
4.3 采用自动化控制技术
首先，自力式温度控制阀门。在集中供热系统实际的运行过程中，充分结合液体膨胀理论设计出一个合理的流量调节阀值，然后在供热系统的二次供水管中设置感温包，而将温度控制阀设置在一次回水管中。通过自力式温度控制阀，能有效地实现对空调以及居民生活用水温度的调节。其次，压差控制器。压差控制器在实际应用过程中,主要是设置在整个集中供热系统的一次或者二次供水、回水管道中，其主要的作用是为集中供热系统中热水供用的流量以及回水的流量进行合理的配置，这样就能够充分保证供水管道以及回水管道之间压差的稳定，而针对循环水泵系统，通过变流量系统的作用，就能实现对集中供热系统变频控制。在这种情况下，又不需要在集中供热系统的二次供水以及回水管道中设置压差调节阀。另外，流量限制器。流量限制器在集中供热系统中的应用主要是设置在热力站的一次回水管中，其主要作用是对一次回水管中的回水量进行实时控制，这样就能够充分保证回水管的流量不会超过极限值，充分保证用户的热力流量始终处于合理的范围内。
4.4 循环水泵节能改造
一般而言，在具体的供热系统中通过对于循环水泵的利用，不仅可以有效地解决现阶段供热系统存在的相关问题，而且也有利于推进节能设备的使用。究其原因，还是在于循环水泵的特殊工作状态上，循环水泵通过对于供热管道内实际阻力数值的降低，进而选择合适的型号的水泵开展相关的后续变频操作，通过智能化手段的应用实时调节实际的供热状态与水泵运行状态，从而实现资源的充分利用。与此同时，针对循环水泵在供热系统中所起到的特殊作用，提前还应该针对特殊的水泵实际情况进行研究，设定稳定的运行方式和系统操作手段，由此合理地控制资源消耗和利用。
4.5 智慧热网系统中泵阀联动功能的技术应用
在供热系统中，泵阀联动的主要设备包括：循环泵、电动调节阀和加压泵。联动系统分为同侧泵阀联动和异侧泵阀联动，通过电气控制回路进行互锁、互联，在PLC内嵌入相关逻辑程序，实现设备启停条件的相互牵制。为避免二次网循环泵长时间停运而产生冻害，将循环泵和调节阀分别加装时间控制器，设置延时启停时间，以使循环泵和调节阀不能同时关闭。
5 结语
综上所述，通过对于供热系统水泵的改造与应用分析，可以发现：以水泵节能改造为载体的供热系统的发展不仅能够实现对于供热系统升级改造工作的完成，而且还可以促进供热系统的高效化、节能化发展，最终降低资源消耗和技术发展。
参考文献
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