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    供热锅炉房二级循环泵系统节能工程改造设计方案
      点击次数:  更新时间:2011/4/12 16:04:33来源:

    根据几年设计新建和改造既有供热锅炉房水系统为二级循环泵系统的实践,提出了前置锅炉泵与后置锅炉泵的二级循环泵系统的两种设计方案,进一步论述了二级循环泵系统比传统的单级循环泵具有操作灵活和节能的特点,同时,分析了后置锅炉泵的二级循环泵系统,不仅具有操作更方便,避免选用耐高温水泵的特点,而且使得对既有锅炉房进行水系统改造变得简单、方便、投资少。
    1、前言 根据工作中对二级循环泵系统运行实践总结和对既有锅炉房具体条件和改造时遇到问题的分析,按着不同锅炉房的具体情况和使用特点,对热网泵、均压管、锅炉泵的配置方式进行了不同方案设计,即前置锅炉泵的二级循环泵系统和后置锅炉泵的二级循环泵系统。两种方案节能效果相同,但在设备选用、运行调节方面各有特点。现将两个设计方案与传统的设计方案在设计方面的特点进行比较,并对节能效果进行分析。
    2、传统的单级泵系统
    2.1 系统图及水压图
    2.2 循环泵的选用与设计原则
    2.2.1 从图1看出,热网回水通过锅炉房进水母管流经除污器后进入一组循环泵的进口母管,循环泵加压后送入锅炉,升温后送入外网,外网循环量与锅炉循环量是一致的。
    2.2.2 循环泵的流量选用是同时按所有锅炉额定流量计算的总流量和按热负荷计算的所需最大流量考虑,一般后者大于前者,按大者选用,同时还要有一定储备,一般按热负荷计算最大循环量的1.05倍确定(现实中循环泵的运行流量远远大于此值,甚至成倍增加)。
    2.2.3 循环泵的扬程按锅炉房、热网的最不利环路以及热用户阻力和再加2—3mH2O富裕压头选用(现实中由于受多因素影响,选用的循环泵扬程多数大于需要值,造成循环泵运行工况偏离高效区,处于超流量运行,电机过热,甚至烧坏)。
    2.3 特点分析
    2.3.1 由于设计选型和运行等因素,运行时循环水量远远大于锅炉的额定流量,而锅炉的水阻力与流量平方成正比,造成循环水泵的扬程大部分消耗在锅炉房内部,增加了锅炉房的无效能耗,也造成了对外网的资用压头不足。近年来,一些锅炉房在设计时或通过改造增加了与锅炉并联的旁通管,分流了多余流量,以保锅炉流过额定流量,但旁通管也增加了无效能耗。
    2.3.2 循环泵不便变流量调节,如果循环泵流量小于锅炉额定流量时将会影响锅炉的安全运行,因而也就不易满足间供时一次水变流量和直供采用分户计量时用户主动调节的需求。
    2.3.3 锅炉低负荷运行时,由于供回水温度低,导致排烟温度过低,造成锅炉尾部酸腐蚀。
    3、前置锅炉泵的二级循环泵系统
    3.1 系统图及水压图(见图3)
    3.2 循环泵的选用与设计原则
    3.2.1 从图3看出,热网回水通过锅炉房进水母管流经除污器后进入均压管的一端(低温侧),锅炉升温后的水进入均压管的另一端(高温侧)。锅炉泵组的进口开在均压管的低温侧,输送低温回水到锅炉,热网泵组的进口开在均压管的高温侧,输送高温供水到外网的供水管路。锅炉泵组与热网泵组之间应留有一定距离。
    3.2.2 锅炉泵的流量按锅炉的额定流量选用,可一炉一泵,也可两炉或多炉一泵,视运行调节理念和调节方案定,不需增加储备系数;扬程按锅炉额定流量时的水阻力及管道、附件的阻力和选用,也不需增加储备系数,不需变频,定转速定流量运行,关键是要仔细、准确计算锅炉本体、省煤器和空气预热器的水阻力,以便将锅炉泵的扬程选得恰到合适。
    3.2.3 热网泵的流量根据最大供热负荷计算选用,按传统设计理念考虑储备系数;扬程按最大供热负荷时最不利环路的阻力和热用户的阻力和选用,也适当考虑储备系数。视具体情况可多台泵并联组合,也可单台泵选用,从节能考虑,如条件允许,最好采用单台泵变频变流量运行。
    3.3 特点分析
    3.3.1 在均压管内,一端进入的是热网低温回水,而另一端进入的是锅炉升温后的供水,两种不同水温的水均注入均压管,根据自动控制的变频热网泵需求,按比例自然混合:当热网泵的循环量大于锅炉泵循环量时,热网泵循环量将有一部分不进入锅炉而与锅炉出水混合,送入外网,此时外网水温低于锅炉出水水温;当热网泵循环量与锅炉泵流量相等时,锅炉出水全部送出外网,外网的水温等于锅炉的出水温度;当热网泵循环量小于锅炉泵流量时,一部分锅炉出水送出外网,还有一部分锅炉出水与热网低温回水混合后再进入锅炉,提高了锅炉的进水温度,此时外网水温等于锅炉出水温度。实现了热源侧和用户侧分别按各自的要求调节水温和流量,低负荷时,既可以提高热网循环水的品位,也提高了锅炉的进水温度,消除水温过低造成的烟气低温对锅炉尾部的酸腐蚀。
    3.3.2 热网泵安装在均压管的高温水侧,输送的是通过锅炉加热后的高温水,对热网泵的耐温要求高,必须选择耐高温水泵,质量要求高,价格贵。
    3.3.3 锅炉配置的一组锅炉泵的进口接在均压管的低温侧,离锅炉较远,管路较复杂,在多台锅炉调节运行时,启停锅炉不便,必要时需采用电动阀进行调节,增加投资。
    4、后置锅炉泵的二级循环泵系统
    4.1 系统图及水压图(见图5)
    4.2 循环泵的选用与设计原则
    4.2.1 从图5看出,热网回水通过锅炉房进入母管流经除污器后进入热网泵进口母管,热网泵加压后进入均压管的一端(低温侧),通过锅炉供水母管引至锅炉后侧的锅炉泵,加压流经锅炉升温后再进入均压管另一端(高温侧),均压管高温侧引出供水母管送至外网。均压管的压力是热网泵的出口压力,也是锅炉的出口压力(外网供水压力),其供水温度及循环量按程序调节变频器控制热网泵转速(混水功能同3.3.1)实现自动调节。
    4.2.2 锅炉泵的流量、扬程选用原则与前置锅炉泵的二级循环泵系统相同,不同点的是锅炉泵设置在每台锅炉尾部的进水管上,即一台锅炉配置一台锅炉泵(也可配置备用泵),方便运行调节。
    4.2.3 热网泵的流量、扬程选用与前置锅炉泵的二级循环泵系统相同,采用变流量调节,不同点是热网泵放置在锅炉房的进水母管上(热网回水母管),加压输送的是热网低温回水,不需采用耐高温水泵。
    4.3 特点分析
    4.3.1 采用一台锅炉配置一台锅炉泵,不仅可以解决多台锅炉间流量分配不均的问题,更便于根据自动控制要求实现锅炉与之配套的锅炉泵同时启停,即在多台锅炉时,启用哪台锅炉就随之启用与之配套的锅炉泵,停止运行锅炉就停止运行与之配套的锅炉泵,避免无效能耗发生,改善锅炉的燃烧状况。由于是一炉配一泵,启停锅炉的水循环时,采用开关锅炉泵的出口阀门即可,操作简单可靠。
    4.3.2 由于热网泵是安置在锅炉房进水母管至均压管的低温侧,输送的是低温水,较之前置锅炉泵的二级循环泵系统的热网泵输送的水温低,不需要选用高温水泵,造价低,管理维护简单。
    4.3.3 热网泵的出口接入均压管的低温侧,均压管的压力为热网泵出口压力,此压力又是锅炉泵的进口压力,锅炉泵根据锅炉水阻力升压,因此,锅炉承受的循环水压力较前置锅炉泵的二级循环泵系统的锅炉承压高,但等同于传统的单级泵系统锅炉承压,均在锅炉和水泵的安全使用范围内。
    5、关于均压管与系统定压
    在实际工作中,由于锅炉房的容量较大,,热网管道的直径已经很大,很难将均压管的直径做到相邻管径的三倍。在几座新建锅炉房和几座改造既有锅炉房的工程中,对均压管的放置位置及其尺寸根据具体条件进行了不同方案尝试,新设计时,可以比相邻管段直径大1~2号;改造时,甚至可用与相邻管段直径相同的管径;在有分集水器的系统,也可以用一条直径尽量大的管段将分集水器连接起来,实际运行表明,其混水和稳压的功能均能满足要求。值得认真对待的是锅炉泵、热网泵的位置布置及管道连接要推敲,避免短路,能按需均匀混水,排除管路间的相互干扰,保证系统压力稳定。
    6、能耗分析
    6.1 供热系统的实际能耗高低影响因素较多,可归纳成管理和技术两大类,两者相互配合,并且落实到位,才能真正实现节能。抛开管理因素,仅从供热系统循环水的输送能耗进行分析,清华大学石兆玉教授曾对传统的单级循环泵系统设计方案以及几种分布式变频循环水泵系统设计方案在节能方面,从理论上进行了分析计算,指出不同方案的分布式变频循环水泵系统比传统的单级循环泵系统装机节能33.8—75.8%,再考虑运行节电可达65—85%。二级循环泵系统是传统的单级循环泵系统与最佳的分布式变频循环水泵系统的过渡方案,将锅炉泵与热网泵分开设置,锅炉泵可灵活调节启停,热网泵可实现变频变流量调节,从装机和运行两方面与传统的单级泵系统相比节能效果是没有疑义的。
    6.2 在几座新建和几座改造既有,锅炉房二级循环泵系统几年运行过程,单纯统计循环水输送系统的能耗较为麻烦,不好操作,从统计看,在同一单位对相近规模的锅炉房总电耗相比,采用二级循环泵系统比传统的单级循环泵系统节电约25—40%;再从2008年一座供热面积60万m2的既有锅炉房改造的实例看,每建筑平方米节电0.5kWh,节电30%,可看出节能效果。
    结束语: 近些年来,一些教授、专家不断写文章呼吁更新供热系统传统设计思想,并对分布式变频循环泵的设计方案进行剖析,对节能效果进行计算,指出了最佳的节能方案是分布变频循环泵系统。在实践中,作者也参加了几座将既有锅炉房改造成分布式变频循环泵系统的工程,通过运行均收到满意效果。在对既有锅炉房改造工程中,究竟是进行二级循环泵系统改造,还是进行分布式变频循环泵系统改造,要看具体情况。
    作者认为,对于原直供系统宜改造成二级循环泵系统,改造简单、投资少;对于原间供系统,宜改造成分布式变频循环泵系统,调节灵活,供热节能效果好。由于作者理论水平有限,实践案例不多,所述理念与看法错误在所难免,望业内人士批评指正。-谷晓波 刘振刚 刘国生 谷守棣

     

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