浅谈分布式变频泵在供热系统的应用

分布式变频技术是由集中安装在热源内的一次热水循环泵推动，实现一次热网的水力循环，改变了传统的集中型动力方式-分散型动力方式，它是将一次热网的热水循环泵设计在每一个热交换站里，每一台水泵配置一台变频器，用于调节水泵的动力,它的优点是水泵的动力调节范围宽，可控性强、动力损耗小，能量效率高、电能消耗低。同时有效地提高了一次热网水力平衡的调控手段，彻底解决了一次热网水力失衡问题。缺点是设备数量多、分散性大、对于控制和管理的要求比较高。但是这一缺点我们采用了计算机控制技术后得到解决了。昌吉热力总公司对所属热源厂和兴隆（首站）供热系统进行了改造。本文以热源厂为例来说明分布式变频泵系统的实现过程。

1、热力一次网改造

热源供热系统由1#热源（热源厂）高温水链条锅炉六台（90吨一台，65吨三台，40吨两台）和2#热源(首站)一台130T/H循环硫化床锅炉锅炉及34个换热站组成，基础参数如下：  

（1）供热建筑面积：

北京路：3,073,924m2      

延安路：1,630,446m2    

合计：  4,704,370m2  

（2）设备：  

根据每台锅炉的额定流量与锅炉自身的水流阻力，分别给每台锅炉配置一个循环泵，每台水泵均配备变频器。见下表：

改造方案中给每一个热交换站的一次端分别配置了一台循环泵（见图1）每 台水泵均配备变频器，其作用是为热交换站自身的一次水循环提供动力。热交换站的一次水循环量分别由个各站按自身的需求自身提供和调控，避免了传统的大功率，低功效集中动力方式造成的高能耗高损耗产生的浪费。

图1

(3)管网：    

北京路：管径DN900，沟长L=832m   延安路：管径DN800，沟长L=696m  其中北京路沿线主要由1＃热源供热，延安南路沿线主要由2＃热源供热，两热网在冬季运行根据实际需要，可并网运行也可解裂运行。根据近几年实际运行情况，取热源供回水温度130℃/80℃，锅炉出口压力0.65MPa。

2.二次网改造  

原有的二次水循环采用的是定速泵，二次水循环流量较大，温差较低，形成了低温大流量运行方式，造成了大量宝贵的热量白白损失，也大大增加了换热站的电费开支。  

为了解决不同规模交换站的冷热不均现象，对每座热交换站不同的用热类型，分类用管网进行隔离（尽可能在原有管网系统的技术条件下），按不同类型分成二到三个独立管网系统同时在站内按不同类型的管网系统独立配置水泵，形成不同类型的循环水系统，并且对每台水泵配置变频调速器，使所有用热户根据不同的用热特点进行热量分配，同时根据每日的气候特点和人们的起居习惯调节供热，从而构成了分布式变频技术供热系统的形成。即按需供热，保证了远端的热量，也不会造成近端过热。以尽可能少的动力来满足二次网的供暖需求，在满足采暖效果的前提下付出尽可能少的动力消耗。  

3.系统结构  

本系统设计有两大环节，即热力站现场控制站和上位机操作员站SCADA集中监控调度控制系统。本项目中的自动控制系统采用澳大利亚MOX公司的远程控制终端MOXRTU 与CitectSCADA上位监控软件,构成一套完整的分布式SCADA控制系统。  通讯方式：上位机操作员站与热力站现场控制站之间的通讯方式统一采用ADSL—VPN技术，由中国电信公司提供网络设备。  

通讯协议MODBUS RTU，系统配置4个操作员站；2台数据库服务器；1台Web服务器。  

监控系统采用分布式控制原则，一般的过程控制和设备保护功能由现场站点内的最底层的控制设备MOXRTU自动执行，同时将执行结果上传到调度中心。调度中心作为热网运行监控的决策机构，对集中供热系统全面控制和集中管理，负责各站点之间的协调控制,同时对各个站控系统进行控制操作处理。

热力站现场控制站作为本系统的远程站，装有独立的MOXRTU控制装置，远程站点接收和执行由计算机监控调度中心发来的各种控制指令，根据指令要求对站内的相关设备和运行参数实施自动操作和自动调节、自动控制；热力站为无人值守站，在本地配置触模式显示屏。组合应用PLC、触摸屏及变频器，采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。见图（2）所示。

图2  

系统采用PLC和变频器结合，系统运行平稳可靠，实现了真正意义上的无人职守的全自动循环切泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳，消除了启动大电流冲击。  

分布式变频泵系统是一种新型的水泵布置型式，与传统的单点布置相比具有如下优点：

1、节约电能  

分布式变频泵系统，使得原来阀门节流的能量不再白白地损失，由于水泵可用变频器调速，主循环泵可大大降低电能消耗，理论上可省去调节设备，同时供热系统可工作在较低的压力水平，系统更加安全。  

通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速可以调节循环泵的输出流量, 满足供暖负荷要求，使电机在整个负荷和变化过程当中的能量消耗降到最小程度。应用变频器还能提高系统的功率因数, 减少电机的无功损耗, 并提高供电效率和供电质量。本系统采用PLC控制泵的运行逻辑并采用变频器控制泵的转速来实现这一目的.  

公司热源主要辅机设备原实际运行用电负荷为1702KW，63个热力站原实际运行循环泵用电负荷为3806KW，一个采暖期耗电：（3806+1702）×24×180=2379.46万 KW.H。改造实施后，当年节能减排效果分析如下：

通过二次管网改造方案的实现，可节电35—50%，节热能8—15%。可大大提高循环泵的运行效率。同时较明显的提高了供热质量并且大幅度地降低了供热运行成本。通过热网改造项目，将解决长期以来在昌吉市供暖方面的冷热不均、客户投诉以及影响收费率等问题，极大提高当地集中供暖的专业化能力，从而提高当地居民的生活舒适水平。  

2、实时调节热能输出，实现无人值守

以前一次热网的水力平衡完全依赖于人工手动调节，因此热网的水力平衡调节极其困难且存在极大的盲目性，而且无法根据季节和气候状况实时调节热能输出，导致热能输送效率低，损耗大，特别是热网的水力平衡调节水平手段低，造成热水循环动力效率低，能耗极高。  

分布式变频系统的接入提高了一次热网水力平衡的调控手段，彻底解决了一次热网水力失衡问题。工作人员可以对各交换站进行合理分配热量、精确地调控供热参数，按需供热。根据室外温度的变化进行气候补偿，实现二网质和量的同时调节。彻底解决冷热不均现象，使供热做到科学调配。并能更加准确和及时地获取供热数据，以便更快做出生产决策，同时，也为下一步实现无人值守的工作方式做好基础。