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熱水供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的選擇分析
熱水供暖系統(tǒng)中設(shè)置的循環(huán)水泵是向用戶輸送熱媒的主要設(shè)備,也是鍋爐房中耗電量較大的設(shè)備,其用電量約占鍋房總用電量的40%一70%。實際工程中,循環(huán)水泵容量偏大的現(xiàn)象較為普遍,有的甚至達(dá)到原參數(shù)的2 倍以上,如果循環(huán)水泵的流量和揚程偏大,會造成電能的嚴(yán)重浪費。
1、循環(huán)水泵偏大的原因
造成循環(huán)水泵容量偏大的原因主要有以下幾點:一是有的設(shè)計人員沒有認(rèn)真計算熱負(fù)荷和系統(tǒng)阻力,尤其是外網(wǎng)和鍋爐房的阻力,采用估算方法,為保險起見,估算值過大,使選的水泵流量和揚程加大很多;二是有的系統(tǒng)運行后沒有進行認(rèn)真的初調(diào)節(jié),一旦系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào),有人認(rèn)為是水泵容量不夠,而盲目換大泵;三是有個別設(shè)計者對循環(huán)水泵揚程的概念不清:對承壓鍋爐采暖系統(tǒng),定壓點設(shè)在循環(huán)水泵吸水側(cè),循環(huán)水泵進出口均承受相同的靜水壓力,因此,其揚程不需要考慮用戶系統(tǒng)的高度,只要克服管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力即可。但有的設(shè)計者卻將系統(tǒng)高度計入揚程中,這就使循環(huán)水泵揚程大大增加; 四是多層建筑采用常壓在鍋爐供熱系統(tǒng),使循環(huán)水泵揚程增加。常壓鍋爐系統(tǒng),由于鍋爐與大氣相通, 壓力很低,供暖水泵進口與出口靜水壓力不同,此處的水泵只是起向系統(tǒng)“揚升”供熱水的作用,不起循環(huán)作用,回水則靠系統(tǒng)高差克服回水阻力自流至鍋爐房。水泵的揚程只需克服供水干管阻力,水泵入口處管道阻力及系統(tǒng)高度,將熱水送人系統(tǒng)zui高用戶略有余量即可,這種場升供暖的水泵應(yīng)稱為供暖給水泵,以區(qū)別于閉式系統(tǒng)的循環(huán)水泵,顯然選擇鍋爐的類型決定著水泵的揚程的大小,以及系統(tǒng)耗能情況。因此,設(shè)計人員選擇鍋爐時要重視常壓鍋爐系統(tǒng)供暖給水泵“揚升”供暖使電耗增加的特點,選擇鍋爐時要考慮系統(tǒng)的節(jié)能。建議三層以上的建筑不要采用常壓鍋爐揚升供暖系統(tǒng)。以免水泵揚程增加使電耗增加;五是選水泵時,因水泵規(guī)格系列所限,很難選到流量,揚程*一致的水泵,一般都選大一號的,這樣層層加碼,致使容量偏大,甚至達(dá)2 倍以上。
據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有運行中的鍋爐,其溫差多數(shù)在 10 ~ 15℃,個別溫差僅為8℃,也就證明了水泵容量偏大。水泵容量偏大,一方面破壞了原設(shè)計的水力工況,另一方面又增加了水泵運行的耗電量。
2、鍋爐循環(huán)水泵的選擇
2.1 循環(huán)水泵容量的確定循環(huán)水泵的流量是按采暖室外計算溫度下的用戶耗熱量之和確定的,而在整個采暖期內(nèi)室外氣溫達(dá)到采暖室計算溫度的時間很短,使大部分時問水泵流量偏大。選擇水泵之前首先應(yīng)確定熱網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式,然后根據(jù)調(diào)節(jié)方式確定循環(huán)水泵的流量。國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中較明確規(guī)定:對于采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)的供熱系統(tǒng),循環(huán)水泵的總流量應(yīng)不低于系統(tǒng)的總設(shè)計流量;揚程不應(yīng)小于系統(tǒng)的總壓力損失,即循環(huán)泵的流量和揚程不必另加富裕量。集中質(zhì)調(diào)的供熱系統(tǒng),多數(shù)處于小溫差,大流量的工況下運行,經(jīng)濟上是不合理的。確定總流量( 循環(huán)量) 應(yīng)根據(jù)鍋爐額定供回水溫差來決定,比如14MW 熱水鍋爐,供回水溫度120/60,額定循環(huán)量為200 噸/ 小時而采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)的運行方式,可大量節(jié)約循環(huán)水泵的耗電量。將采暖期按室外溫度的高低分為若干階段,根據(jù)室外溫度決定需要運行的鍋爐臺數(shù),同時確定本階段循環(huán)水量及循環(huán)水泵運行方式。在每一個階段內(nèi)保持流量不變,以滿足供熱需要。對于采用相同容量鍋爐的情況,當(dāng)設(shè)一臺鍋爐時,可選2 臺100%流量的水泵;當(dāng)設(shè)2 臺同容量鍋爐時,選用l 臺100%總流量的水泵,2 臺50%總流量的水泵,當(dāng)1 臺鍋爐運行進,開一臺50%總流量的水泵,2臺50%的泵又可同時運行做為 100%泵的備用;設(shè)有了3 臺同容量的鍋鍋爐時,可造 2 臺33%的總流量的泵、1 臺66%流量的和1 臺 l00%流量的水泵。1 臺鍋爐運行時,開啟33%的水泵,2 臺鍋爐運行開啟66%流量的水泵,3 臺鍋爐同時運行開100%流量的水泵。2 臺33%流量的水泵可做為66%泵的備用。也可分別選1 臺33%流量、 1 臺66%流量和1 臺100%流量的水泵分別與1 臺、2 臺、3 臺鍋爐配套運行。顯然采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)具有明顯的節(jié)能效果。
2.2 鍋爐本體水流量與電耗: 以熱水鍋爐為熱源的熱水供暖系統(tǒng),熱源內(nèi)部阻力主要是鍋爐水流阻力,這一數(shù)值應(yīng)由鍋爐廠家提供。當(dāng)選用的鍋爐在額定供回水溫度以下降溫運行時,比如120 / '60℃高溫水改為90 / 60℃低溫水鍋爐,就要考慮在供出相同的熱量時, 實際循環(huán)水量要大于額定流量,使鍋爐水流阻力增大。鍋爐供回水溫差減低一半,相應(yīng)的循環(huán)量增加一倍。鍋爐循環(huán)泵的流量和揚程、軸功率及葉輪轉(zhuǎn)速之間存在以下比例關(guān)系:
即: n1/n2=G1/G2
(G1/G2)2=H1/H2
(G1/G2)3=N1/N2
式中n1、n2————水泵轉(zhuǎn)速
G1、G2————水泵流量
H1、H2————水泵揚程
N1、N2————水泵軸功率
由此可以看出,水泵的揚程與流量的平方成正比,水泵的軸功率與流量的立方成正比。當(dāng)水泵的流量降低20% 的時候,電機轉(zhuǎn)速就降低20%,而水泵的電耗將降低1-.8*0.8*0.8=0.488,即減少48.8%,當(dāng)水泵流量降低50% 的時候,電機轉(zhuǎn)速降低50%,水泵的電耗將降低1-0.5*0.5*0.5=0.875,即減少87.5%。所以,當(dāng)額定流量增加一倍的時候,那么它的電耗將是原來的8 倍。因此在鍋爐運行時,我們要盡量按額定流量確定循環(huán)泵的運行頻率,盡量做到按設(shè)計溫差給定循環(huán)量,盡量避免大流量、小溫差的運行方式。相對于鍋爐總阻力,整個熱水輸送管道阻力更大,所以減小循環(huán)水量可以大大減小管道阻力,相對的可以減小循環(huán)水泵的揚程,從而達(dá)到減少循環(huán)水泵的總電耗。