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智能循环水泵指引节能高效经济供热采暖方式
时间:2021-12-21 来源:李成国
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  供热采暖的“初心”就是高效经济采暖。
  所有采暖系统均由热源、循环水泵外网及采暖用户组成。
  采暖锅炉生产热能消耗燃料,循环水泵把热能输送到用户消耗电能,电费和锅炉燃料费是采暖成本两大要素。

  每个采暖系统采暖任务是固定的。保证全部用户规定采暖温度前提下,采暖系统运行管理水平不同,循环水泵耗电量,锅炉产热燃料耗量是不一样的。

  《锅炉换热站智能化管理》软件智能管理独家优势是:附加计量设备零投资,优化循环水泵智能管理,使锅炉智能高效生产热能,外网精准平衡热能分配,循环水泵高效输送热能,在“热能产用全过程中”实现采暖能源消耗降到最低。

全国主要城市采暖设计热负荷指标:

  是国家采暖设计运行管理权威部门展示的最新科研成果。

伊春市采暖建筑量化热指标:

  面积(热负荷)一定系统要高效经济采暖,基础是要准确掌握每栋采暖建筑面积及保温等级(量化热指标)。之后确定系统设计供回水温度,准确量化一、二次系统循环流量热量,热源就能精准生产供应需要热能。
  伊春市与众多采暖城市一样,采暖热负荷计算时,需要“节能建筑和现有建筑量化热指标”在上表中查不到,但可依靠上表中位置与其接近城市,通过采暖期天数比较求得。

哈尔滨采暖期176天:

节能建筑设计热负荷:33.69w/㎡  现有建筑设计热负荷:52.93w/㎡

伊春采暖期194天:

节能建筑设计热负荷指标:QJ=194/176×33.69=37.14 w/㎡

现有建筑设计热负荷指标:QJ=194/176×52.93=58.34 w/㎡

伊春乌伊岭一次系统,采暖面积616306㎡,其中节能采暖建筑占比25.5%,设计热指标37.14w/㎡,非节能采暖建筑占比74.5 %,设计热指标58.34w/㎡。

伊春乌伊岭一次网系统加权平均设计热负荷指:QBJ=37.14×25.5%+58.34×74.5%=52.93 W/㎡

伊春乌伊岭一次网系统实际工况

  伊春乌伊岭一次网系统,按供回水115/70℃温差45℃设计,设计循环流量为621m3/h。

  该一次采暖系统采用981#循环水泵,该泵在工频31.04mH2O扬程,以33.47HZ变频工作时,水泵《实际流量为921.56m3/h》,这个流量是设计流量621m3/h的1.48倍。一次网按921.56m3/h这个流量运行的结果,系统供回水温度不是设计的115/70℃温差45℃,而变成《供回水81/46℃温差35℃》。

循环水泵量化参数揭示的科学结论:

第一:一次热网系统阻力很小》

  系统以供回水81/46℃温差35℃运行时,981#循环水泵流量为921.56m3/h,对应扬程为13.9mH2O。这个扬程就是系统运行921.56m3/h流量时的阻力。
 当该系统运行《设计循环流量621m3/h》时,系统设计阻力为:HJ=12.39/921.562×621.232=6.32mH2O
  循环阻力与系统内循环流量平方成正比。按此水力计算基本公式,用981#循环水泵量化参数,软件程序精准计算出系统《设计阻力6.32mH2O》。可以说该系统设计阻力是由981#循环水泵测量出来的。
  结论是:《一次热网系统阻力很小》!

第二:《配套循环水泵扬程误差过大》 

  循环水泵工作原理是:循环水泵流量等于系统设计循环流量,循环水泵扬程等于系统设计阻力。如此选定的循环水泵与系统需要完全吻合,这样的循环水泵与系统的配套是零误差的标准配套。
  系统阻力只有6.32mH2O,而原配981#循环水泵扬程为34mH2O,说明34mH2O扬程是设计阻力的5.38倍。
  结论是:《配套循环水泵扬程误差过大》!

第三:小30HZ变频水泵省电预期

  在阻力很小系统上,一次循环水泵以N频率变频运行时:水泵流量与(N/50)成正比;水泵扬程与(N/50)2成正比;水泵功率与(N/50)3正比。
  当水泵以N>30HZ变频运行时,水泵功率以(N/50)3规律降低省电预期巨大。当水泵以 N<30HZ变频运行时,水泵功率不再以(N/50)3规律降低,省电预期变小,这是因为这时水泵电机的功率因数和效率降低很多所致。 也就是说在阻力很小系统上,以N<30HZ变频运行实现省电意义不大。  

锅炉供回水温差与锅炉效率的关系

  一次网低温回水进锅炉加热时,炉堂内高温区水冷壁管内回水得热多,水比重变轻向上升,炉堂内低温区烟气管内低温回水得热少,水的比重大向下降。进入炉内回水形成上下流动的自然循环。
  进锅炉加热流量与锅炉供回水温差成反比。流量越大供回水温差就越小,流量越小供回水温差就越大。
  锅炉加热流量与炉内自然循环流动强度成反比:锅炉加热流量越小,锅炉供回水温度差越大,炉内自然循环流动强度就越大,锅炉运行效率越高。
  锅炉加热流量是锅炉额定流量时:锅炉水冷壁管内壁,形成一薄水膜,管中形成一气柱或气泡串的“膜态流动”。这时炉内自然循环流动强度达到最佳,热水锅炉热效率达到最高值。
  130/70℃供回水也就是温差60℃热水锅炉,额定热效率为85%。是指锅炉以60℃温差工作时,水冷壁管内流体是“膜态流动”。炉外看不见“膜态流动”,但能看得见“膜态流动”时供回水温度为130/70℃温差60℃。

  也就是说,燃煤燃油燃气热水锅炉,炉外部仪表所示锅炉工作参数是额定供回水130/70℃温差60℃时,热水锅炉就以额定的高效率85%在工作。
  再次明确,热水锅炉的额定供回水温及温差指示锅炉在高效率工作。
  在此之前,对锅炉效率关注及措施,均集中在炉膛内燃烧是否充分、受热面管子内外烟垢水垢热阻等等,均是受热面管内外影响传热不利因素。但对炉内流体流态(锅炉供回水温差),对锅炉效率影响无认识,也无管理措施。因此,锅炉加热流量(锅炉供回水温差)是自由放任的。结果是锅炉加热流量(锅炉供回水温差)远离锅炉额定流量(锅炉额定供回水温差),致使锅炉低效工作成为常态。

锅炉供热一次网供回水温差

《一次网锅炉加热锅炉额定流量时,锅炉就以额定最高效率工作》,坚定支持该理念,一次网供回水温差设计及管控,必须与锅炉额定供回水温差相同。

乌伊岭锅炉工作参数为《供回水115/70℃温差45℃》时,
系统运行循环流量为621m3/h,阻力6.32mH2O,锅炉效率80%。

乌伊岭锅炉工作参数为《供回水130/70℃温差60℃》时,
系统运行循环流量为466 m3/h,阻力3.56mH2O,锅炉效率85%

乌伊岭锅炉实际工作参数为《供回水81/46℃温差35℃》时,
系统运行循环流量为921.56m3/h,阻力13.9mH2O,锅炉效率70%

一次网按锅炉额定供回水温度及温差设计管控好处:
一是:一次系统设计循环流量及对应阻力降到最低,循环水泵耗电最小。
二是:一次系统设计气温热负荷最大时,锅炉按额定流量额定高效运行采暖,实现节省燃料最大化。

为什么必需优化循环水泵?

  乌伊岭等众多一次网运行实践表明,“阻力很小系统上扬程过大循环水泵”变频调节系统运行流量很难精准达到要求,因而使大多锅炉还在低效工作。因此,对“扬程过大循环水泵”必须优化。
  优化核心目标:
就是在保证水泵必需能力同时,使水泵电机最小。也就是在优化水泵时防止水泵投资浪费,防止循环水泵有过多能力储备。
循环水泵储备能力过多,使用时必然产生流量偏移程度过大,电能浪费加大;
循环水泵储备能力过多,在快速精准工况调节带来种种不便和“麻烦”。


一次系统优化循环水泵

“6.32mH2O设计阻力”很小系统,说明实际供回水管径很大。这是该系统建设时期管网投资很大的结果。说明该系统本身有省电节能运行资源。
这种本身就有节省电能的资源,是“前人栽树后人乘凉”的资源,恰当选用低扬程循环水泵实现省电,该效益系统“独享”的“红利”。
面对系统的这种资源,听之任之不作为,坚持使用“扬程过大循环水泵”运行,“红利”将是“灾难”,巨大电能燃料浪费年复一年长期发生。
优化循环水泵方法:
已知:乌伊岭一次网锅炉工作参数《供回水130/70℃温差60℃》,一次
系统按此参数设计时:
设计循环流量466m3/h    系统设计阻力3.56mH2O
按此参数选择循环水泵型号,优化循环水泵编号为662#
662#水泵额定流量672m3/h  额定扬程9 mH20效率78%  电机30KW
虽然662#水泵电机很小只有30kw,但该水泵额定流量和扬程均大于设计参数,水泵能力有保证。

优化循环水泵的最佳工况

662#循环水泵工况不调节运行,就相当于在《设计循环流量466m3/h 设计阻力3.56mH2O》系统上,662#循环水泵按《额定扬程9 mH20》运行,同样形成高扬程循环水泵在低阻力系统上运行。后果是流量远大于设计流量运行。
662#循环水泵工况调节,水泵以工频9mH20扬程40HZ变频运行时,水泵《流量537m3/h扬程5.76 mH20》工况工作。这时:
优化循环水泵按系统需要流量高效工作,系统供回水温度100/40℃温差60℃。系统锅炉加热流量537m3/h供回水温差60℃锅炉高效工作。
这就是优化循环水泵最佳工况。

优化循环水泵最佳工况实现的效益

把200KW981# 循环水泵 优化为30KW662#循环水泵工况调节:
就是:981#循环水泵《运行流量921.56m3/h扬程13.9 mH20》工况:
变为:662#循环水泵《运行流量537.6m3/h扬程5.76 mH20》工况:

优化循环水泵最佳工况省电效益:
662#水泵节电:⊿N=(0.57-0.105)×616306=286582 KWH
662#水泵节电%:⊿N%=(0.57-0.105)/0.57=81.58%

  国家电力部门生产一度电,平均标煤消量为0.35kg。乌伊一次系统一个采暖期节省286582度电,相当于减少100303.7kg标煤耗量,也就是减少对应温室气体排放。

  水泵节电宏观效益:一个采暖期电费支出两个采暖期还用不完。采暖系统循环水泵节电,使系统的平米节省标煤达到0.163kg/㎡

优化循环水泵锅炉高效率运行效益:
 就是:981#循环水泵《运行流量921.56m3/h扬程13.9 mH20,锅炉供回水81/46℃温差35℃》工况时,锅炉的实际效率为70%。
变为:662#循环水泵《运行流量537.6m3/h 扬程5.76 mH20,锅炉供回水100/40℃温差60℃》工况,锅炉的工作效率为85%。
优化循环水泵锅炉效率有5%~15%的提升空间。

锅炉效率70%时:采暖期标煤耗量30649.7 t
锅炉效率75%时:采暖期标煤耗量28606.4 t
锅炉效率80%时:采暖期标煤耗量26818.5 t
锅炉效率85%时:采暖期标煤耗量25240.9 t

  优化循环水泵提高锅炉效率,每提高5%也就是节省燃煤5%,这对采暖锅
炉来说就是一个很大台阶。采暖期标煤耗量从30649.7 t降低到28606.4 t,浄降低2043.3t,系统平米节省标煤达到3.315kg/㎡。

采暖热水锅炉低热效率运行很普遍

  伊春乌伊岭一网锅炉实际供回水81/46℃温差35℃,说明该系统锅炉工作热效率远低 于锅炉额定效率。
  整个北方采暖区域一次系统中,29MW以上工作参数130/70℃温差60℃,燃煤燃气燃油热水锅炉,额定效率均在85%及以上。但锅炉实际供回水参数与乌伊岭锅炉供回水参数类似,说明普遍锅炉均以“小温差”低效率费煤状态工作。
一次锅炉普遍“小温差”低热效率运行:
  说明近二十多年来普遍的设计师、采暖理论专家及供热企业的专业高管,在采暖专业的管理平台上,接受、默认、认可、习惯、止步于:“一次热网就按115/70℃温差45℃设计,或者以更低的供回水温差运行管理”,根本无视一次网锅炉额定工作参数高效工作要求。

  于是,普遍采暖锅炉低热效率浪费燃料工作,正是现实采暖的国情。
本例是实现采暖智能化管理高效经济模板:循环水泵省电81.58%,锅炉热效率有望提高5%~15%以上。

  对供热公司,所有节省燃煤和电费是供热公司淨利润。

  我国承诺:2030年前“碳达峰”2060年前“碳中和”。所有节省燃煤和电费措施,在“碳达峰碳中和”承诺面前,是供热采暖行业主体责任和标准答卷!

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