供热系统循环水泵选型对运行成本的影响

供热系统循环水泵选型对运行成本的影响

天津市塘沽区永利供热公司 张颖

摘要：本文结合永利供热公司的现状，通过分析因循环水泵选型不当在供热系统中的实际运行工况和循环泵的电耗分析，阐述供热系统循环水泵选型对运行成本的影响。

关键词：供热系统、运行工况、额定工况 前言

发展城市集中供热特别是热电联产是节约能源、保护环境的重要途径，是城市现代化的重要标志之一。同时，集中供热行业也是能耗大户，能耗支出占据其大部分成本，随着煤、水、电等价格的不断上涨，供热成本逐年增加，各供热单位均处于保本运行或亏损的边缘，在当前供热收费价格由政府统一定价的前提下，内部挖潜、降低供热成本是我公司当务之急，是提高市场竞争力、占领供热市场、做大做强的根本保证。

近几年，公司辖区部分换热站出现循环水泵电机的实际电流值超过电机额定电流值，还有个别循环水泵电机严重超过电机额定电流值，循环水泵出口阀门无法全部开启，电机过热，供热管网供回水温差变小，末端用户出现温度不达标等状况。目前，全国各供热企业均存在上述情况。究其根本原因就是循环水泵的选型不当，造成能源浪费，供热运行成本提高，供热收益降低。

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分析

供热系统循环水泵的能力与供暖区域内建筑物热负荷和供暖管路的管径、长短有关。循环水泵所选型号不同，水泵运行时的工况也就不同。选用合理的水泵运行时效率高，电能消耗就小；不合理的效率低，电能消耗就大。

按设计热负荷计算出的循环流量为Gj,系统管路的计算总阻力为Hj。选用的循环水泵其额定流量为Ge、额定扬程为He,应分别等于Gj和Hj。那么供热系统运行时，循环水泵始始终在最高效率点工作，保证供热系统的安全可靠，循环水泵运行的电能消耗最经济。以这种工况运行的水泵轴功率Ne称为必要轴功率。电机供给循环水泵运转的能耗最小且保证需要，所以称为必要能耗。

水泵各种工况下的轴功率按下式计算:

N=H〃G/367〃η (1)

式中： N----水泵的轴功率，KW；

H----水泵的扬程，mH2O； G----水泵的流量，m3/h ； η---水泵的效率，%。

当室外温度变化时,为了保证室内温度的恒定,公司集中供热系统采用“质”调节的方法。在“质”调的过程中，水泵的循环流量始终保持恒定，也就是说在整个采暖期内水泵始终按固定数值的轴功率Ne连续运行。整个采暖期水泵的电能总耗量Ee按下式计算：

Ee=n〃24〃Ne （2）

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式中：Ee ----采暖期总能耗，KWh；

n-----采暖天数； 24----每天运行小时数； Ne ----水泵的轴功率，KW。

同一台水泵工况点不同，也就是说水泵实际的流量、扬程不同，水泵的效率不同，电能的消耗量也就不同。水泵的工况可分为三种类型：1.额定工况就是水泵的铭牌所示参数的工况；2.“左偏”工况就是流量小于额定流量的工况；3.“右偏”工况就是实际流量超过额定流量的工况。“左偏”工况主要是项目开发初期，考虑发展需要循环水泵选型参数远大于实际运行参数，目前公司已普及变频控制解决“左偏”工况的电能浪费情况，本文不做详细阐述。另前面所述“循环水泵出口阀门无法全部开启、电机超流”均属于“右偏”工况，且供热系统中“右偏”工况的循环水泵存在相当普遍并且电能浪费严重，所以本文重点作以分析。

1.“右偏”工况的特征： ①.温差偏小：

集中供热系统在设计外温条件下运行时，供、回水的温度差一般为8-10℃，该值远小于设计采用的温差25℃（对于低温水采暖系统供回水为95/70℃）。系统循环水量与供回水温差成反比，这就是说实际发生的循环流量GS=GJ〃ΔTJ/ΔTS= 2.5GJ，为设计热负荷循环流量GJ的2.5倍。

②.循环水泵前后的压差偏小

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水泵运行时，水泵进出口的压力表的压力差值正好等于水泵的扬程，水泵就在高效点工作；压力差值小于水泵的扬程，水泵就在“右偏”工况下工作。此时就会发现循环泵出口阀门不能全部开启，必须关小阀门开度靠局部节流消耗掉富裕的水泵扬程。

③.循环水泵电机的电流值严重超标：

水泵在额定工况工作时电机的电流值按下式计算：

I=N/（V〃COSΦ〃η） （3） 式中：I------电机的电流值，A；

V------电机的电压值，V； N------水泵的额定功率值，KW； COSΦ--电机的功率因数值； η------电机的效率值，%。

水泵在额定工况下工作时，其要求的功率值要比配用电机的功率值要小，相应比电机的额定电流值也要小。但大多数运行中的循环水泵电机的实际电流值超过按上式计算出的标准值，还有相当一部分水泵电机接近或超过电机额定电流值而产生电机过热现象。

2.产生“右偏”工况的原因：

整个采暖系统设计管径相对大，对于一定的循环流量系统的阻力小，需要水泵的扬程低，水泵的电机小,运行时的电能消耗小，总的运行费用就少。相反，水泵选用的扬程高，就可以减小整个系统的管子直径，相应降低工程的成本,减少一次性投资额。

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在热用户负荷减小，原系统管径和循环水泵型号不变情况，或由于种种原因，已经形成的系统的管径在相当大的条件下,循环水泵也采用过高的扬程，致使原循环水泵在低阻力的系统上工作，这就不可避免形成循环水泵在“右偏”工况下工作的结果。这种结果产生两个方面的损失，1.管路和循环水泵投资已经支出，而负荷减小并没有得到降低运行费用的效果，电能浪费相当严重；2. 循环水泵并未因负荷减小而降低功率，相反电机功率与热负荷减小前相比，电机功率增加，甚至出现电机超流现象，设备无法正常运行，不能保证供热效果。

3.“右偏”工况下循环水泵的电能消耗：

如公司公安街换热站，原供热面积15万㎡，南阳里等小区转由其他换热站供热后供热面积减至12万㎡，主管网未做调整管径不变，07年运行时，循环水泵的供水压力P 回水压力Ph=0.31MPa，c=0.57MPa，循环水泵的型号为SLW350-315。该泵在运行时的工况及能耗分析简述如下：

㈠.实际工况分析： ①.水泵的额定工况参数

Gep =800 m3/h,η=77 %,Hep =32 mH2O,Nd=90 KW ②.循环水泵的实际工况参数 HS=(0.57-0.31)*100=26 mH2O Hs= 800 m3/h Ns=90.6 KW I=180 A

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同时，出现阀门不能全部开启现象。 ㈡.规范规定的工况： ①.系统设计循环流量：

原建筑面积15万㎡时，设计能力9MW，设计流量525 m3/h，建筑面积减至12万㎡时，即80%负荷时：

Gj=525*80%=420 m3/h ②.系统的循环阻力: Hj=26 mH2O

③.循环水泵的轴功率:

选用KQW250/300-55/4型循环水泵，其额定流量为Gj=500 m3/h，额定扬程为Hj=28mH2O,额定效率η=77 %,运行时调整至额定点工作,其轴功率按下式计算:

NJ=(GJ〃HJ)/367〃η

=(500×28)/(367×0.77)=49.55 KW ㈢〃能耗比较:

Ns/NJ=90.6/349.55 =2.5

实际一个采暖期循环水泵电能用量可满足1.83个采暖期循环水泵电能的用量。

㈣〃经济分析:

根据Ee=n〃24〃Ne可知：

实际电能消耗为Ee=n〃24〃Ne=120d×24h×90.6kw=260928kwh，按1元/kwh计，每个采暖期电费26.1万元；

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经济电能消耗为Ee=n〃24〃Ne=120d×24h×49.55kw=142704kwh，按1元/kwh计，每个采暖期电费14.3万元；

可见，如果循环水泵不做调节改造每年将浪费电能118224kwh，折合电费11.8万元，节能空间很大。

结论

1.“右偏”工况应列为热水采暖系统的“通病”之首,在全国范围各采暖区域内的采暖系统中普遍存在,该工况电能浪费特别严重，循环水泵实际电耗中,约有50%以上的(本文举例公安街站为45.31%)电能是被浪费了的。如此巨大的浪费现象与发展节能性社会国策是不相容的。因此，采取各种有效措施进行治理，是当前采暖工作中的当务之急。

2.\低温不热户\在各集中供热系统中不同程度地存在,同样也有高温户的存在。其根本的原因是热量平衡工作不到位。只要是各支环路之间的阻力相对关系不变，采用大流量或者采用小流量热量分配的不平衡仍然不变。要解决\低温不热户\问题，只能热的关阀门，冷的开阀门。部分供热管理人员坚持认为目前的“大流量”运行方式能解决\低温户\的不热问题热平衡的理论是不能改变供热系统水力和热力失调的，为了使\低温不热户\供热达标而增大循环水流量，结果却是使热的更热，靠大量的能源浪费换取少数\低温不热户\供热达标，不能从本质上解决问题。

3.按供水95℃回水70℃低温水设计的采暖系统，按设计规范计算出的循环流量是能够保证安全可靠经济运行的合理流量。实际发生

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的流量小于这一计算流量就要变成高温水采暖系统，显然安全技术上不允许。实际流量大于这一循环流量，就变成了比低温水采暖系统还低温的采暖系统（温差约为10℃左右）,这种系统已经在公司换热站成为现实，按规范认真设计的最后不热，不按规范人加大散面积加大管径增大投资的不良设计的反而工作正常。其次，电能严重浪费。

4.部分供暖企业基层管理人员及操作人员专业技术水平不高，对水泵调节技术知识不熟,水泵上存在的问题看不出来,更不能针对性地采取相应的技术措施。

5.公司尚有部分换热站存在“右偏”工况，以上仅是公安街一个换热站进行循环水泵运行工况分析，及节电经济分析，可给公司带来可观的经济效益和良好的社会效益。如今，天津碱厂搬迁正处于企业改革与发展的关键时期，也正是永利供热公司蓬勃发展的大好时期，注重现有设备技术节能改造，可以使公司的专业技术水平和管理水平达到一个新的高度，为公司可持续发展夯实基础，铸造“红三角”供热新的辉煌。

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