浅谈热交换站中供暖系统循环泵变频控制的节能应用

浅谈热交换站中供暖系统循环泵变频控制的节能应用

陈敏

中煤平朔集团有限公司动力中心木瓜界管理部山西朔州036000

摘要：我国华北、东北、西北以及黄河以北地区供热能耗占有相当大的比例，而在供热能耗中，电耗约占20%，节约电能具有很大的空间。随着我国经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，供热工程的规模和能源消耗越来越大，热用户供热工艺的要求也越来越高越来越多样化。而随着热交换站中供暖系统循环泵变频控制要求的不断提高，研究其节能应用凸显出重要意义。基于此，本文通过热交换站内二次供暖系统循环泵的变频控制应用，介绍变频控制的节能情况和效用分析。

关键词：热交换站；供暖系统循环泵；水泵变频调速

当今能源消耗已成为世界性的重大问题之一，各国对能源问题都给予了极大的关注。合理利用能源、降低能耗被列为经济发展的重大课题。热交换站作为供热系统的主要次级能源，是供热的中枢，是保证供热系统安全运行和节能环保的关键环节，其中二次供暖系统循环泵的耗电量占运行成本的较高比例。因此应加强对循环泵的节能控制手段。而变频控制较好地解决了这一问题。

1热交换站二次供暖循环水运行控制现状

热交换站的二次供暖循环水运行系统都是通过电机带动定量循环泵来提供循环水的动力。通常设计人员在电机选型时，由于电机按一定模数分级，往往选择功率比水泵输入功率大的电机，功率留有一定余量。我们知道热交换站内二次供暖系统根据流量情况可分为定流量系统和变流量系统，无论哪种系统，电机都是直接接市电一直以工频运行，电机都要全速运转，无法随着供暖负荷的变化而变化，循环泵输出流量是恒定的，当根据天气温度或供暖负荷变化需要对循环水流量进行控制和调节时，通常的控制手段是开大阀门或关小阀门来人为调节，这样在阀门上产生了附加损失，使得能量因为阀门的节流损失消耗掉了，浪费了大量能源。又由于温度是个滞后参数，调节周期长，用阀门调节控制精度受到限制。泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象，不但浪费能源而且加快了设备损耗。

循环水泵采用变频控制能较好地解决这个问题。在满足供热的条件下，调节电机转速，保证一定的系统压差，可获得可观的节电效果。

2循环水泵容量的选择

2.1循环水泵容量的确定

循环水泵的流量是按采暖室外计算温度下的用户耗热量之和确定的，而在整个采暖期内室外气温达到采暖室外计算温度的时间很短，使大部分时间水泵流量偏大。选择水泵之前首先应确定热网系统的调节方式，然后根据调节方式确定循环水泵的流量。国家有关标准中较明确规定：对于采用集中质调节的供热系统，循环水泵的总流量应不低于系统的总设计流量；扬程不应小于系统的总压力损失，即循环泵的流量和扬程不必另加富裕量。

2.2水泵耐压强度

热水循环水泵，当水温<80℃，循环水量不大时，可选用IS型泵；当循环流量较大时，可选S型双吸泵。对水温较高或静压值较高场合，可选用R型热水循环泵。（使用场合为厂区，为区域配套多处换热站）

3变频控制设备与软起动设备的比较

现有二次供暖系统循环水泵通常选用软起动控制设备控制。软起动设备和变频设备的共同点：都可以实现软起动与软停车，对电网冲击都不大，都可减少水锤效应，都具有通讯功能。但二者有着本质的区别：软起动控制设备控制的水泵在工频运行。因此可能出现热量供过于求的现象，浪费了大量热能，既不利于节电，也不适应供热取费按热量计取的发展趋势。而变频控制设备控制的水泵根据工况使水泵运行在较低频率，使供热需求平衡，既节电又节能。虽然变频控制设备初投资相对软起动控制设备大，但节电效果明显，很快可以回收投资。

4热交换站二次供暖系统循环水泵变频控制的实际应用

我们在换热站安装了为了节电控制设备，采暖循环泵由软起动控制改为变频控制，该系统有手动和自动两种变频功能和一种工频功能。在变频模式下，手动时，可以人为随意给定频率，控制循环泵的输出流量，调节供暖温度。自动时，变频器和PLC控制器进行通讯，PLC控制器根据系统供回水压差及回水温度传感器传上来的信号进行处理，按照供热要求给变频器发出控制指令，控制电机转速调节循环泵输出流量，从而达到调节温度的目的。在变频器出故障时，可手动切换到工频运行，保证继续供热不停产。

验证变频控制的实际节电效果，在热交换站进行了相关对比试验。采暖循环水泵型号TB/9616-1999，额定功率35kW额定电流：69A，试验方法：采暖循环泵由软起动控制改为变频控制，检测手段：以48小时为一检测周期，试验结果：原系统在380V50Hz状态下运行，按照两天试验（48小时）的记录，总耗电量为1585.9kWh，平均每小时所消耗的电能为33.04kWh，每天耗电量为792.96kWh。改造后系统在380V变频状态下运行，按照两天试验（48小时）的记录，在同等供暖效果的情况下，总耗电量为1186.2kWh，每小时所消耗的电能为24.71kWh，每天耗电量为598.1kWh。在30Hz状态下运行每小时的电度为13.7kWh；改造后的设备每小时节电度为8.33kWh，每天节约电量为194.86kWh。节电率为25％。按照现在电费收取标准0.7元/度计算，每天节省电费约为140元，按照通常的标准，采暖季应从10月15日至次年4月15日，共约180天，一个采暖期一台水泵节约电费约为25190元。（厂区采暖季从10月15日至次年4月15日）

通过上面的试验，我们可以看出变频控制可以有效地节电，尤其对于老供热系统和大负荷的供热系统而言，变频控制可有效降低热交换站的运行费用。

5对变频控制在热交换站循环水泵的控制中编程的建议

5.1细化节能

变频控制主要以设定压差值为主要控制参数，由于受施工环境的限制，室外温度往往很难参与控制。但是随着冬季温度的变化，真正达到设计条件的天气温度天数很少，出现了供热量大于实际需求热量的现象，尤其是定流量系统这种现象较为普遍。因此，应测定室外温度，用该温度与所在地区的供热曲线进行对比，及时修正压差设定值，做到进一步细化节能。

5.2变频控制应与供热建筑的类型相匹配

如定流量系统的建筑物，看其是否需要夜间大量用热。我们知道一般写字楼只在白天办公，晚间处于空置状态，因此完全可以在变频控制中设置分时段控制：早七点至晚九点为正常参数控制，晚九点至夜十二点为适当降低参数控制，夜十二点至早七点为维持基本运行参数控制。像大型公用建筑也可参照这一控制模式。这势必能够节省大量电能和热能。

5.3谐波处理

由于热交换站内供暖系统循环泵采用变频控制，可实现软件起动，消除了对电网和负载的冲击，延长了电机的寿命。但是未考虑抑制谐波问题，易造成断路器误动作、校正功率因数的电容器过载、加大电机损耗等问题。由于现有热交换站内供暖系统循环泵额定功率不是很大，谐波问题不突出，因此目前热力站内变频控制装置几乎没有采取应对这方面的措施。但是通过这些年供热系统的供热负荷不断扩大，设计人应重视这一问题，特别是额定功率大于90kW的循环泵应为重点关注对象，应对输入加电抗器，输出加装滤波装置。

6结语

在热交换站二次供暖系统循环泵中，应用变频控制能够较好地达到节电效果，保守估算为20%，可以较快地回收投资成本，且运行可靠平稳，保护功能强，具有较强的通讯功能，操作简单方便，在保证热机工艺要求的条件下，节约了电能，尤其应在供暖系统负荷较大的情况下推荐使用。

参考文献：

[1]自动控制系统——电力拖动控制.陈伯时.中央广播电视大学出版社，1995，第7次印刷.

[2]优化电气设计实践指南，国际铜也协会.

[3]供热系统运行调节与控制.石兆玉.清华大学出版社，1998，第二版.

[4]第一届变频器与伺夫企业论坛论文集.中国自动化协会.