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技術文章

智能循環水泵指引節能高效經濟供熱采暖方式

時間:2021-11-5 8:51:54   作者:李承國   來源:注冊   評論:0
內容摘要:供熱采暖的“初心”就是高效經濟采暖。所有采暖系統均由熱源、循環水泵外網及采暖用戶組成。采暖系統采暖任務是固定的。保證全部用戶規定采暖溫度前提下,采暖系統運行管理水平不同,循環水泵耗...

供熱采暖的“初心”就是高效經濟采暖。

所有采暖系統均由熱源、循環水泵外網及采暖用戶組成。

采暖鍋爐生產熱能消耗燃料,循環水泵把熱能輸送到用戶消耗電能,電費和鍋爐燃料是采暖成本兩大要素

每個采暖系統采暖任務是固定的。保證全部用戶規定采暖溫度前提下,采暖系統運行管理水平不同,循環水泵耗電量,鍋爐產熱燃料耗量是不一樣的。

《鍋爐換熱站智能化管理》軟件智能管理獨家優勢是:附加計量設備零投資,優化循環水泵智能管理,使鍋爐智能高效生產熱能,外網精準平衡熱能分配,循環水泵高效輸送熱能,在“熱能產用全過程中”實現采暖能源消耗降到最低。

節能高效經濟供熱采暖方式

全國主要城市采暖設計熱負荷指標:

是國家采暖設計運行管理權威部門展示的最新科研成果。

伊春市采暖建筑量化熱指標

面積(熱負荷)一定系統要高效經濟采暖,基礎是要準確掌握每棟采暖建筑面積及保溫等級(量化熱指標)。之后確定系統設計供回水溫度,準確量化一、二次系統循環流量熱量,熱源就能精準生產供應需要熱能

伊春市與眾多采暖城市一樣,采暖熱負荷計算時,需要“節能建筑和現有建筑量化熱指標”在上表中查不到,但可依靠上表中位置與其接近城市,通過采暖期天數比較求得。

哈爾濱采暖期176天:

節能建筑設計熱負荷:33.69w/㎡  現有建筑設計熱負荷:52.93w/

伊春采暖期194天:

節能建筑設計熱負荷指標:QJ=194/176×33.69=37.14 w/㎡

現有建筑設計熱負荷指標:QJ=194/176×52.93=58.34 w/㎡

伊春烏伊嶺一次系統,采暖面積616306㎡,其中節能采暖建筑占比25.5%,設計熱指標37.14w/㎡,非節能采暖建筑占比74.5 %,設計熱指標58.34w/㎡。

  伊春烏伊嶺一次網系統加權平均設計熱負荷指標:

QBJ=37.14×25.5%+58.34×74.5%=52.93     W/

伊春烏伊嶺一次網系統實際工況

伊春烏伊嶺一次網系統,按供回水115/70℃溫差45℃設計設計循環流量為621m3/h。

該一次采暖系統采用981#循環水泵該泵在工頻31.04mH2O揚程,以33.47HZ

變頻工作時,水泵《實際流量921.56m3/h》。

這個流量是設計流量621m3/h1.48倍。

一次網按921.56m3/h這個流量運行的結果,系統供回水溫度不是設計115/70℃溫差45而變成《供回水81/46溫差35》。

詳細工況參數如001所示。

供熱鍋爐換熱站智能化管理系統軟件 

001----35℃溫差運行實況

981# 循環水泵                       662#循環水泵智能循環水泵指引節能高效經濟供熱采暖方式   智能循環水泵指引節能高效經濟供熱采暖方式

循環水泵量化參數揭示的科學結論

第一:一次熱網系統阻力很小》

系統以供回水81/46溫差35運行時,981#循環水泵流量921.56m3/h

對應揚程為13.9mH2O。這個揚程就是系統運行921.56m3/h流量時的阻力。

當該系統運行《設計循環流量621m3/h》時,系統設計阻力為:

HJ=12.39/921.562×621.232=6.32   mH2O

   循環阻力與系統內循環流量平方成正比。按此水力計算基本公式,981#循環水泵量化參數,軟件程序精準計算出系統《設計阻力6.32mH2O》。

可以說該系統設計阻力是由981#循環水泵測量出來的。

結論是:《一次熱網系統阻力很小》!

第二:《配套循環水泵揚程誤差過大》 

循環水泵工作原理是:循環水泵流量等于系統設計循環流量,循環水泵

揚程等于系統設計阻力。如此選定的循環水泵與系統需要完全吻合,這樣的循環水泵與系統的配套是零誤差的標準配套。

系統阻力只有6.32mH2O,而原981#循環水泵揚程為34mH2O說明34mH2O揚程是設計阻力的5.38倍。

就是說:《配套循環水泵揚程誤差過大》!

第三:小30HZ變頻水泵省電預期

在阻力很小系統上,一次循環水泵以N頻率變頻運行時:水泵流量與(N/50)成正比;水泵揚程與(N/50)2成正比;水泵功率與(N/50)3正比

當水泵以N>30HZ變頻運行時,水泵功率以(N/50)3規律降低省電預期巨大當水泵以N<30HZ變頻運行時,水泵功率不再以(N/50)3規律降低,省電預

變小,這是因為這時水泵電機功率因數和效率降低很多所致 

    也就是說在阻力很小系統上,以N<30HZ變頻運行實現省電意義不大。  

鍋爐供回水溫差與鍋爐效率的關系

一次網低溫回水進鍋爐加熱爐堂內高溫區水冷壁管回水得熱多,水比重變輕上升爐堂內低溫煙氣管內低溫水得熱少,水的比重大下降進入爐內回水形成上下流動的自然循環。

鍋爐加熱流量與鍋爐供回水溫差成反比。流量越大供回水溫差就越小,流量越小供回水溫差就越大。

鍋爐加熱流量爐內自然循環流動強度成反比鍋爐加熱流量越小鍋爐供回水溫度差越大爐內自然循環流動強度就越大,鍋爐運行效率越高。

鍋爐加熱流量是鍋爐額定流量時鍋爐水冷壁管內壁,形成一薄水膜,管中形成一氣柱或氣泡串的“膜態流動”。這時爐內自然循環流動強度達到最佳,熱水鍋爐熱效率達到最高值。

130/70供回也就是60熱水鍋爐額定熱效率為85%。是指鍋爐以60溫差工作時,水冷壁管流體是“膜態流動”。爐外看不見“膜態流動”,但看得見“膜態流動”供回溫度為130/7060

也就是說,燃煤燃油燃氣熱水鍋爐,爐外部儀表所示鍋爐工作參數是額定供回130/7060時,熱水鍋爐就以額定的高效率85%在工作。

再次明確,熱水鍋爐的額定供回溫及溫差指示鍋爐在高效率工作。

在此之前,鍋爐效率關注及措施集中在爐膛內燃燒是否充分、受熱面管子內外煙垢水垢熱阻,均是受熱面外影響傳熱不利因素。

但對流體流態(鍋爐供回水溫差),對鍋爐效率影響無認識,也無管理措施。因此,鍋爐加熱流量(鍋爐供回水溫差)是自由放任的。結果是鍋爐加熱流量(鍋爐供回水溫差)遠離鍋爐額定流量(鍋爐額定供回水溫差)致使鍋爐低效工作成為常態。

鍋爐供熱一次網供回水溫差

《一次網鍋爐加熱鍋爐額定流量時,鍋爐就以額定最高效率工作》,堅定支持該理念,一次網供回水溫差設計及管控,必須與鍋爐額定供回水溫差相同。

烏伊嶺鍋爐工作參數為《供回水115/70℃溫差45℃》時,

系統運行循環流量為621m3/h,阻力6.32mH2O,鍋爐效率80%。

烏伊嶺鍋爐工作參數為《供回水130/70℃溫差60℃》時,

系統運行循環流量為466 m3/h阻力3.56mH2O,鍋爐效率85%

烏伊嶺鍋爐實際工作參數為《供回水81/46溫差35℃》時,

系統運行循環流量為921.56m3/h阻力13.9mH2O鍋爐效率70%

一次網按鍋爐額定供回水溫度及溫差設計管控好處:

一是:一次系統設計循環流量及對應阻力降到最低,循環水泵耗電最小。

二是:一次系統設計氣溫熱負荷最大時,鍋爐按額定流量額定高效運行采暖,實現節省燃料最大化。

為什么必需優化循環水泵?

烏伊嶺等眾多一次網運行實踐表明,“阻力很小系統上揚程過大循環水泵”變頻調節系統運行流量很難精準達到要求,因而使大多鍋爐還在低效工作。

因此,對“揚程過大循環水泵”必須優化。優化核心目標:

就是在保證水泵必需能力同時,使水泵電機最小。也就是在優化水泵時防止水泵投資浪費,防止循環水泵有過多能力儲備。

循環水泵儲備能力過多,使用時必然產生流量偏移程度過大,電能浪費加大;

循環水泵儲備能力過多,在快速精準工況調節帶來種種不便和“麻煩”。

智能循環水泵指引節能高效經濟供熱采暖方式 

002----60溫差運行工況(662#水泵)

一次系統優化循環水泵

“6.32mH2O設計阻力”很小系統,說明實際供回水管徑很大。這是該系統建設時期管網投資很大的結果。說明該系統本身有省電節能運行資源。

這種本身就有節省電能的資源,是“前人栽樹后人乘涼”的資源,恰當選用低揚程循環水泵實現省電,該效益系統“獨享”的“紅利”。

面對系統的這種資源,聽之任之不作為,堅持使用揚程過大循環水泵”運行,“紅利”將是“災難”,巨大電能燃料浪費年復一年長期發生。

優化循環水泵方法:

已知:烏伊嶺一次網鍋爐工作參數《供回水130/70℃溫差60℃》,一次

系統按此參數設計時:

設計循環流量466m3/h    系統設計阻力3.56mH2O

按此參數選擇循環水泵型號,優化循環水泵編號為662#

662#水泵額定流量672m3/h  額定揚程9 mH20效率78%  電機30KW

雖然662#水泵電機很小只有30kw該水泵額定流量和揚程均大于設計參數,水泵能力有保證。

優化循環水泵的最佳工況

662#循環水泵工況不調節運行,就相當于在《設計循環流量466m3/h 設計阻力3.56mH2O系統662#循環水泵額定揚程9 mH20運行,同樣形成高揚程循環水泵在低阻力系統上運行。后果是流量遠大于設計流量運行。

662#循環水泵工況調節,水泵以工頻9mH20揚程40HZ變頻運行時,水泵《流量537m3/h揚程5.76 mH20》工況工作。這時:

優化循環水泵按系統需要流量高效工作,系統供回水溫度100/40溫差60系統鍋爐加熱流量537m3/h供回水溫差60℃鍋爐高效工作。

這就是優化循環水泵最佳工況。如002--60℃溫差所示。

優化循環水泵最佳工況實現的效益

把200KW981# 循環水泵 優化為30KW662#循環水泵工況調節:

就是:981#循環水泵《運行流量921.56m3/h揚程13.9 mH20》工況:

變為:662#循環水泵《運行流量537.6m3/h 揚程5.76 mH20》工況:

優化循環水泵最佳工況省電效益:

662#水泵節電:⊿N=(0.57-0.105)×616306=286582   KWH

662#水泵節電%:⊿N%=(0.57-0.105)/0.57=81.58   %

國家電力部門生產一度電,平均標煤消量為0.35kg。烏伊一次系統一個采暖期節省286582度電,相當于減少100303.7kg標煤耗量,也就是減少對應溫室氣體排放。

水泵節電宏觀效益:一個采暖期電費支出兩個采暖期還用不完。采暖系統循環水泵節電,使系統的平米節省標煤達到0.163kg/㎡

優化循環水泵鍋爐高效率運行效益:

 就是:981#循環水泵《運行流量921.56m3/h揚程13.9 mH20,鍋爐供回水81/46溫差35℃》工況時,鍋爐的實際效率為70%。

變為:662#循環水泵《運行流量537.6m3/h 揚程5.76 mH20,鍋爐供回水100/40溫差60工況,鍋爐的工作效率為85%。

優化循環水泵鍋爐效率有5%~15%的提升空間。

鍋爐效率70%時:采暖期標煤耗量30649.7 t

鍋爐效率75%時:采暖期標煤耗量28606.4 t

鍋爐效率80%時:采暖期標煤耗量26818.5 t

鍋爐效率85%時:采暖期標煤耗量25240.9 t

優化循環水泵提高鍋爐效率,每提高5%也就是節省燃煤5%,這對采暖鍋

爐來說就是一個很大臺階。采暖期標煤耗量從30649.7 t降低到28606.4 t,浄降低2043.3t,系統平米節省標煤達到3.315kg/㎡。

采暖熱水鍋爐低熱效率運行很普遍

伊春烏伊嶺一網鍋爐實際供回水81/46溫差35說明該系統鍋爐工作熱效率遠低于鍋爐額定效率。

整個北方采暖區域一次系統中,29MW以上工作參數130/7060燃煤燃氣燃油熱水鍋爐額定效率均在85%及以上。但鍋爐實際供回水參數烏伊嶺鍋爐供回水參數類似說明普遍鍋爐均以“小溫差”低效率費煤狀態工作。

一次鍋爐普遍“小溫差”低熱效率運行

說明近二十多年來普遍的設計師、采暖理論專家及供熱企業的專業高管,在采暖專業的管理平臺上,接受、默認、認可、習慣、止步于:“一次熱網就按115/7045設計,或者以更低的供回水溫差運行管理,根本無視一次網鍋爐額定工作參數高效工作要求。

于是,普遍采暖鍋爐低熱效率浪費燃料工作,正是現實采暖的國情。

本例是實現采暖智能化管理高效經濟模板:循環水泵省電81.58%,鍋爐熱效率有望提高5%~15%以上。

對供熱公司,所有節省燃煤和電費是供熱公司淨利潤。

我國承諾2030年前碳達峰2060年前“碳中和”所有節省燃煤和電費措施,碳達峰碳中和”承諾面前,供熱采暖行業主體責任和標準答卷


齊齊哈爾鐵路工程學校 退休高級講師   李承國

手機13069992505   QQ:616882362   水泵專家 


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