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圖1  變頻調速補水系統(tǒng)原理圖

2.2  循環(huán)泵的變頻調速控制

    循環(huán)泵的控制相對于補水泵的控制要復雜一些。供熱系統(tǒng)的最終目標是保持熱用戶的室內溫度的穩(wěn)定，但由于熱用戶沒有室溫調節(jié)器，且對眾多的熱用戶的室溫不可能形成閉環(huán)控制。為做到經濟運行又保證供熱質量，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：

(1)
式中：t_2g為二次供水溫度(℃)；
t_2h為二次回水溫度(℃)；
t_n為室內溫度(℃)；
tw為室外溫度(℃)；
t’2g為二次供水設計溫度(℃)；
t’2h為二次回水設計溫度(℃)；
t’n為室內設計溫度(℃)；
t’w為室外設計溫度(℃)；
為二次管網的實際流量G設計流量G’之比；
β為散熱器散熱。

    對式(1)進行修正并考慮到室內溫度tn、二次管網實際流量與設計流量之比和回水溫度t2h近似為常數(shù)，則
(2)

    式中:  a、b、c為管網所處地區(qū)氣象的有關參數(shù)。

    式(2)為二次供水溫度給定值的計算方法。由式(2)確定的 能跟蹤室外溫度t2g的變化，使熱用戶室內溫度不受tw變化的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定供熱。

    由于熱用戶室內采暖系統(tǒng)采用的都是上供下回式單管供熱方式，從供熱理論可知，單管供熱最佳調節(jié)方式應為溫度和流量的綜合調節(jié)。由式(1)可見，隨著室外溫度tw的變化，不但要及時地調整二次供水溫度t2g，還應相應地調整循環(huán)水的流量G，避免產生上部室溫嚴重偏高，下部室溫嚴重偏低的“垂直失調”現(xiàn)象。二次供水的水溫與一次供水的溫度和流量有關，與二次回水流量有關，還與環(huán)境溫度有關。一般來說，在這些因素中，一次供水的溫度和流量在換熱站不作調節(jié)，能夠調節(jié)就是循環(huán)水的流量G。二次供水溫度自動化系統(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，要使室內的溫度基本恒定，一種控制策略是用二次進水與回水的溫差來控制循環(huán)泵變頻器的轉速，設定二次進水與回水的溫差為12℃。當二次進水與回水的溫差大于12℃時，循環(huán)泵變頻器加速，循環(huán)水的流量G增加；當二次進水與回水的溫差小于12℃時，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，循環(huán)泵的轉速較低，循環(huán)水不能供應最高層的用戶。因此，在溫差控制的基礎上，溫差的目標值可以在一定范圍內根據熱用戶所處的高度要求的最低揚程來進行適當?shù)恼{節(jié)。變頻器調速的控制信號由自動化系統(tǒng)給出。循環(huán)泵變頻調速系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2　循環(huán)泵變頻調速系統(tǒng)圖

 

    圖2中，BP1為森蘭BT12S37kW變頻器，BU為軟起動器（自耦減壓起動器），系統(tǒng)采用循環(huán)投切方式，溫差信號送入PLC，經過PLC處理后，到變頻器作為調速控制信號。系統(tǒng)啟動時，電機M1變頻調速，頻率升到50Hz時，循環(huán)水流量達不到給定要求，則電機M1投工頻，M2變頻運行；如果循環(huán)水流量仍達不到給定要求，則電機M2投工頻，M3變頻運行……；由于某種原因，循環(huán)水流量超過給定要求，那就停止電機M1，M2……，任何時候只有一臺循環(huán)泵電機在變頻運行。若只有一臺電機M3在變頻運行，循環(huán)水流量達不到給定要求時，則電機M3投工頻，M4變頻運行；M4投工頻，M1變頻運行，又到了初始狀態(tài)。電機M1~M4總是在工頻―變頻之間循環(huán)投切。BU1用于備用，整個系統(tǒng)的運行信息由PLC送到計算機上。

3  循環(huán)泵的節(jié)能

    換熱站設計過程中過多考慮建設前、后長期供熱容量，并考慮長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，使裕量過大。實際上大多數(shù)換熱站的供熱并非一開始就達到設計的最大容量，而是隨著城市建設的發(fā)展，供熱的面積逐步達到設計容量；另一方面，設計過程中很難準確地計算出供熱容量，通常總把系統(tǒng)的最大供熱容量作為循環(huán)泵選型的依據，但循環(huán)泵的系列是有限的，往往選不到合適的循環(huán)泵型號就往上靠，使裕量更進一步的增大。供熱實際操作時，常用閥門進行流量調節(jié)，增加了系統(tǒng)的阻力，耗能較大。
 
    循環(huán)泵變頻調速后，所有的閥門開度最大，系統(tǒng)的阻力最小。根據用二次進水與回水的溫差和熱用戶所處的高度要求的最低揚程來控制循環(huán)泵變頻器的轉速，可大大地減少循環(huán)泵的流量，當平均流量是設計流量的80%時，節(jié)電率可按GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監(jiān)督指南中的計算公式計算，如下式所示。

即


節(jié)電率36%，可見節(jié)約電能的效益十分可觀。

4  結語

    我國的能源并不富裕，節(jié)能降耗是我們的國策。在全國各城市中集中取暖的換熱站成千上萬，如果都進行節(jié)能改造，節(jié)約的電量不可小視。而且，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了無人值守，經濟效益和社會效益明顯。