摘　要：本文介紹了城市集中供熱換熱站的補(bǔ)水泵和循環(huán)泵的變頻調(diào)速方式，并用實(shí)例說(shuō)明控制方法和計(jì)算出節(jié)能率。 Abstract : This article illustrates the variable-frequency speed-control principle for the water-refilling pump and circulating pumps which are used in the heat-exchange station of the urban centralized heat supply system. The amount of energy saving is also calculated. 關(guān)鍵詞：補(bǔ)水泵；循環(huán)水泵；變頻調(diào)速；節(jié)能。 Key Words : Water-refilling pump, Circulating pump, Variable-frequency speed-control, Energy saving 一. 引言 為節(jié)省能源，減少城市污染，充分利用火力發(fā)電廠蒸汽輪機(jī)發(fā)電后的余熱，在冬季對(duì)北方城市集中供熱。其供熱的方法是，從發(fā)電廠送出來(lái)的熱水，到城市中的換熱站時(shí)，一次供水熱水溫度有90多度，經(jīng)過(guò)熱交換器后，一次回水熱水的溫度下降到60多度，然后再流回發(fā)電廠。送到城市居民家中的熱水，流過(guò)各用戶的熱交換器，在熱交換器中進(jìn)行熱交換，然后流回?fù)Q熱站，進(jìn)入換熱站熱交換器的二次回水溫度有50多度，二次供水溫度60多度。陜西寶雞有許多這樣的換熱站，換熱站設(shè)備比較簡(jiǎn)單，由數(shù)臺(tái)熱交換器，幾臺(tái)泵組成的循環(huán)泵組，一臺(tái)補(bǔ)水泵構(gòu)成。其中有一換熱站有四臺(tái)熱交換器，四臺(tái)37kW的管道泵組成的循環(huán)泵組，一臺(tái)3.7kW的補(bǔ)水泵。循環(huán)泵和補(bǔ)水泵采用人工開、關(guān)閥門控制流量，使管路的阻尼增大而造成電能浪費(fèi)。 二. 換熱站的變頻調(diào)速控制 1.補(bǔ)水泵變頻調(diào)速控制 為更進(jìn)一步的節(jié)能，陜西寶雞熱力公司在2003年至2004年對(duì)換熱站實(shí)施了自動(dòng)化改造，循環(huán)泵和補(bǔ)水泵用變頻調(diào)節(jié)，整個(gè)城市供熱系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了換熱站無(wú)人值守。通過(guò)循環(huán)泵使熱水在供熱系統(tǒng)中運(yùn)行，管道、閥門的泄漏引起循環(huán)水的水壓降低，如不及時(shí)補(bǔ)水，會(huì)造成供熱系統(tǒng)運(yùn)行不正常。補(bǔ)水泵的變頻泵補(bǔ)水方式比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)內(nèi)熱水的水壓為0.4MPa，將壓力變送器安裝在回水主管上，管網(wǎng)上壓力的變化經(jīng)壓力變送器變換為4～20mA信號(hào)反饋到變頻器的PI調(diào)節(jié)器的輸入端。變頻器的給定值設(shè)置為4Kg。當(dāng)供熱系統(tǒng)的壓力低于4Kg時(shí)，變頻器的輸出頻率上升開始補(bǔ)水；達(dá)到4Kg時(shí)，反饋信號(hào)與給定信號(hào)基本相等，變頻器輸出頻率下降停止補(bǔ)水。本例選用一臺(tái)森蘭BT12S3.7kW變頻器，選用森納斯DG130W-BZ-A 1MPa壓力變送器，變頻調(diào)速補(bǔ)水系統(tǒng)如圖1所示： [align=center] 圖1　變頻調(diào)速補(bǔ)水系統(tǒng)原理圖[/align] 2.循環(huán)泵的變頻調(diào)速控制 循環(huán)泵的控制相對(duì)于補(bǔ)水泵的控制要復(fù)雜一些。供熱系統(tǒng)的最終目標(biāo)是保持熱用戶的室內(nèi)溫度的穩(wěn)定，但由于熱用戶沒(méi)有室溫調(diào)節(jié)器，且對(duì)眾多的熱用戶的室溫不可能形成閉環(huán)控制。為做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又保證供熱質(zhì)量，最有效的方法是控制換熱站的二次供水溫度。穩(wěn)態(tài)條件下系統(tǒng)的供熱量，散熱器的散熱量及用戶的耗熱量相等的規(guī)律，可得到穩(wěn)態(tài)條件下的二次供水溫度： 對(duì)（1）式進(jìn)行修正并考慮到室內(nèi)溫度、二次管網(wǎng)實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量之比和回水溫度近似為常數(shù)，則 式中: a、b、c為管網(wǎng)所處地區(qū)氣象的有關(guān)參數(shù) 式（2）為二次供水溫度給定值的計(jì)算方法。由（2）式確定的能跟蹤室外溫度的變化，使熱用戶室內(nèi)溫度不受變化的影響，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供熱。 由于熱用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)采用的都是上供下回式單管供熱方式，從供熱理論可知，單管供熱最佳調(diào)節(jié)方式應(yīng)為溫度和流量的綜合調(diào)節(jié)。由（1）式可見(jiàn)，隨著室外溫度的變化，不但要及時(shí)地調(diào)整二次供水溫度，還應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整循環(huán)水的流量G，避免產(chǎn)生上部室溫嚴(yán)重偏高，下部室溫嚴(yán)重偏低的“垂直失調(diào)”現(xiàn)象。二次供水的水溫與一次供水的溫度和流量有關(guān)，與二次回水流量有關(guān)，還與環(huán)境溫度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，在這些因素中，一次供水的溫度和流量在換熱站不作調(diào)節(jié)，能夠調(diào)節(jié)就是循環(huán)水的流量G。二次供水溫度自動(dòng)化系統(tǒng)控制的控制策略是這樣的，如果二次供水溫度低，循環(huán)水的流量G增加；反之，如果二次供水溫度高，循環(huán)水的流量G減少。但這里沒(méi)有考慮到環(huán)境溫度變化的影響，如果室外溫度改變，要使室內(nèi)的溫度基本恒定，一種控制策略是用二次進(jìn)水與回水的溫差來(lái)控制循環(huán)泵變頻器的轉(zhuǎn)速，設(shè)定二次進(jìn)水與回水的溫差為12。當(dāng)二次進(jìn)水與回水的溫差大于12時(shí)，循環(huán)泵變頻器加速，循環(huán)水的流量G增加；當(dāng)二次進(jìn)水與回水的溫差小于12時(shí)，循環(huán)泵變頻器減速，循環(huán)水的流量G減少。再考慮到循環(huán)水的流量G較小時(shí)，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速較低，循環(huán)水不能供應(yīng)最高層的用戶。因此，在溫差控制的基礎(chǔ)上，溫差的目標(biāo)值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)熱用戶所處的高度要求的最低揚(yáng)程來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。變頻器調(diào)速的控制信號(hào)由自動(dòng)化系統(tǒng)給出。循環(huán)泵變頻調(diào)速系統(tǒng)圖如圖2所示： 圖中，BP1—森蘭BT12S37kW變頻器，BU—軟起動(dòng)器（自耦減壓起動(dòng)器），系統(tǒng)采用循環(huán)投切方式，溫差信號(hào)送入PLC，經(jīng)過(guò)PLC處理后，到變頻器作為調(diào)速控制信號(hào)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)M1變頻調(diào)速，頻率升到50Hz時(shí)，循環(huán)水流量達(dá)不到給定要求，則電機(jī)M1投工頻，M2變頻運(yùn)行；如果循環(huán)水流量仍達(dá)不到給定要求，則電機(jī)M2投工頻，M3變頻運(yùn)行……；由于某種原因，循環(huán)水流量超過(guò)給定要求，那就停止電機(jī)M1，M2……，任何時(shí)候只有一臺(tái)循環(huán)泵電機(jī)在變頻運(yùn)行。若只有一臺(tái)電機(jī)M3在變頻運(yùn)行，循環(huán)水流量達(dá)不到給定要求時(shí)，則電機(jī)M3投工頻，M4變頻運(yùn)行；M4投工頻，M1變頻運(yùn)行，又到了初始狀態(tài)。電機(jī)M1—M4總是在工頻—變頻之間循環(huán)投切。BU1用于備用，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信息由PLC送到計(jì)算機(jī)上。 [align=center] 圖2　循環(huán)泵變頻調(diào)速系統(tǒng)圖[/align] 三. 循環(huán)泵的節(jié)能 換熱站設(shè)計(jì)過(guò)程中過(guò)多考慮建設(shè)前、后長(zhǎng)期供熱容量，并考慮長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，使裕量過(guò)大。實(shí)際上大多數(shù)換熱站的供熱并非一開始就達(dá)到設(shè)計(jì)的最大容量，而是隨著城市建設(shè)的發(fā)展，供熱的面積逐步達(dá)到設(shè)計(jì)容量；另一方面，設(shè)計(jì)過(guò)程中很難準(zhǔn)確地計(jì)算出供熱容量，通?？偘严到y(tǒng)的最大供熱容量作為循環(huán)泵選型的依據(jù)，但循環(huán)泵的系列是有限的，往往選不到合適的循環(huán)泵型號(hào)就往上靠，使裕量更進(jìn)一步的增大。供熱實(shí)際操作時(shí)，常用閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，增加了系統(tǒng)的阻力，耗能較大。 循環(huán)泵變頻調(diào)速后，所有的閥門開度最大，系統(tǒng)的阻力最小。根據(jù)用二次進(jìn)水與回水的溫差和熱用戶所處的高度要求的最低揚(yáng)程來(lái)控制循環(huán)泵變頻器的轉(zhuǎn)速，可大大地減少循環(huán)泵的流量，當(dāng)平均流量是設(shè)計(jì)流量的80%時(shí)，節(jié)電率可按GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式計(jì)算 即： 節(jié)電率36%，可見(jiàn)節(jié)約電能的效益十分可觀。 四. 結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)是能源貧乏的國(guó)家之一，節(jié)能降耗是我們的國(guó)策。在全國(guó)各城市中集中取暖的換熱站成千上萬(wàn)，如果都進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)約的電量不可小視。而且，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。