高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)和技術(shù)改造①

茆贇

摘 要：通過虹橋國際機(jī)場擴(kuò)建工程西區(qū)能源中心對(duì)熱水供熱系統(tǒng)的案例，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作原理和運(yùn)行情況介紹該供熱方式的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)應(yīng)用該系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出技術(shù)改進(jìn)方案，完善運(yùn)行調(diào)節(jié)，希望以此推動(dòng)熱水供熱系統(tǒng)在上海地區(qū)更好、更廣泛地應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱水供熱系統(tǒng) 能源中心 虹橋機(jī)場 運(yùn)行調(diào)節(jié) 技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0047-02

1 前言

1.1 背景

虹橋國際機(jī)場作為上海機(jī)場集團(tuán)的兩大機(jī)場之一，在上海機(jī)場系統(tǒng)中起輔助作用，并與浦東國際機(jī)場互為備降。同時(shí)也是虹橋交通樞紐的重要組成部分，構(gòu)建了“空鐵聯(lián)運(yùn)”的模式，起著面向全國、服務(wù)長三角的作用。

由于虹橋國際機(jī)場的年航空旅客吞吐量在2004年已經(jīng)達(dá)到1489萬人次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最初的設(shè)計(jì)吞吐量（960萬人次），多年處于超負(fù)荷狀態(tài)。為了滿足航空業(yè)務(wù)增長的需求，緩解運(yùn)行壓力，特別是保障上海世博會(huì)的需要，機(jī)場方面借助上海航空樞紐港和虹橋綜合交通樞紐建設(shè)，自2008年開始實(shí)施西區(qū)擴(kuò)建工程，全面助力推進(jìn)上?！皟蓚€(gè)中心”建設(shè)。

2012年虹橋機(jī)場東區(qū)改造的規(guī)劃逐步開展，并將在2013年下半年正式實(shí)施啟動(dòng)，虹橋國際機(jī)場在上?！皟蓚€(gè)中心”建設(shè)的作用將更加突出地日益彰顯，并將對(duì)虹橋商務(wù)區(qū)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

1.2 供熱需求

虹橋國際機(jī)場擴(kuò)建工程西區(qū)能源中心位于上海虹橋機(jī)場T2航站樓北側(cè)，于2008年6月開工，2010年1月竣工驗(yàn)收，并與候機(jī)樓同步在2010年3月16日投入正式運(yùn)行。其作用在于為虹橋機(jī)場T2航站樓、預(yù)留指廊和南、北兩個(gè)酒店（建筑面積共47.3萬m2）進(jìn)行供冷供熱。目前服務(wù)范圍是T2航站樓和南側(cè)酒店（建筑面積為38.8萬m2），規(guī)劃熱負(fù)荷情況如表1。

由上表1確定能源中心需要配備總?cè)萘?2.3 MW以上的鍋爐作為熱源，且預(yù)留擴(kuò)建場地考慮后期側(cè)預(yù)留指廊和酒店（合計(jì)建筑面積8.5萬m2）的熱負(fù)荷。

2 供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理

2.1 高溫?zé)崴到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

在明確熱負(fù)荷后，設(shè)計(jì)對(duì)供熱系統(tǒng)采用蒸汽還是熱水作為輸送介質(zhì)進(jìn)行比較，從節(jié)能角度、投資效益、水資源利用等角度出發(fā)，選擇在上海地區(qū)應(yīng)用大體量高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)。能源中心設(shè)計(jì)安裝3臺(tái)11.2 MW的熱水鍋爐（兩用一備），并預(yù)留一臺(tái)鍋爐的位置，以滿足后期擴(kuò)建項(xiàng)目需要。

2.2 熱水系統(tǒng)的工作原理

高溫?zé)崴到y(tǒng)工作原理是利用熱水循環(huán)水泵將傳熱的媒介（熱水）在能源中心和候機(jī)樓之間打循環(huán)，在能源中心使用熱水鍋爐加熱獲取熱量，在候機(jī)樓使用板式熱交換器釋放熱量，通過供、回水壓差調(diào)節(jié)流量確定所需熱量的輸送（詳見圖1）。

在候機(jī)樓的8組板式熱交換器設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)需求的變化調(diào)節(jié)閥門開度，從而影響供、回水的壓差。該壓差進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率，從而改變循環(huán)水量使之與供熱的需求相匹配。

3 供熱系統(tǒng)的運(yùn)行

3.1 初步的調(diào)試和運(yùn)行

2009年12月能源中心和候機(jī)樓的基本建成，根據(jù)需要進(jìn)入試運(yùn)行階段，開始供熱。但當(dāng)時(shí)由于熱力監(jiān)控系統(tǒng)尚未完成安裝，原本自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備（包括鍋爐、循環(huán)水泵、板式熱交換器的控制閥）由于缺少控制源信號(hào)，供熱系統(tǒng)的調(diào)試工作只能依靠人工設(shè)置，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和干涉。彼時(shí)的運(yùn)行都依靠運(yùn)行人員的責(zé)任心、技術(shù)能力和歷史經(jīng)驗(yàn)。

雖然最終手動(dòng)調(diào)試成功，確保了候機(jī)樓的運(yùn)行，但這花費(fèi)了大量的人力和物力，且僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本運(yùn)轉(zhuǎn)，與設(shè)計(jì)理念相比較有一定差距。

3.2 全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行

2010年10月底熱力監(jiān)控系統(tǒng)安裝完畢，并逐一成功進(jìn)行了控制測試，于是整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)具備了全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行的條件。經(jīng)過精心準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)，業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、設(shè)備方和運(yùn)行管理方共同努力，供熱系統(tǒng)于12月中旬進(jìn)入系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，完成全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制和自動(dòng)運(yùn)行。

在整個(gè)調(diào)試過程中，通過在技術(shù)上的創(chuàng)新和改造，對(duì)設(shè)備性能參數(shù)和控制模式的調(diào)整，先后克服回水溫度過低、循環(huán)流量不足、管網(wǎng)壓力波動(dòng)致使鍋爐跳機(jī)的問題，還克服板式熱交換器的控制閥調(diào)節(jié)過于靈敏致使管網(wǎng)控制震蕩等多個(gè)問題。在技術(shù)上和運(yùn)行管理上改善了原有系統(tǒng)，使得實(shí)際運(yùn)行控制既與設(shè)計(jì)原理相符，又緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全保障的需要，確保了高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)在機(jī)場的成功應(yīng)用。

3.3 實(shí)際運(yùn)行中存在的問題和改進(jìn)措施

通過對(duì)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行熱效率分析，整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果較好，能源利用率較高。但在實(shí)際運(yùn)行中也存在著調(diào)節(jié)控制的穩(wěn)定性、連續(xù)性和及時(shí)性不夠理想的問題。

3.3.1 熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性

由于系統(tǒng)采用大溫差、變流量的控制原理，根據(jù)用戶的用熱需求（溫差），板式熱交換器的調(diào)節(jié)閥實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量，變化較快。調(diào)節(jié)閥引起的管網(wǎng)壓差變化也相應(yīng)較快，熱水循環(huán)變頻泵的運(yùn)行頻率也隨時(shí)變化。因此，整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)是一個(gè)不斷變化的。但作為熱源的熱水鍋爐需要具備穩(wěn)定的運(yùn)行條件和技術(shù)參數(shù)才能安全、可靠地運(yùn)行。將兩者直接連成一個(gè)整體，必然產(chǎn)生一定的矛盾，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的影響。

3.3.2 運(yùn)行中存在的問題和改進(jìn)

從運(yùn)行效率看系統(tǒng)總體的節(jié)能效果還是較好的，但熱水供熱系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和及時(shí)性上存在一定的問題。

（1）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

由于設(shè)計(jì)采用大溫差變流量的技術(shù)，板式熱交換器的調(diào)節(jié)閥是根據(jù)用熱需求（溫差）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量的，變化較快。熱水循環(huán)變頻泵是根據(jù)板式熱交換器的調(diào)節(jié)閥引起的管網(wǎng)壓差調(diào)節(jié)的，也是隨時(shí)變化的。而整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)將需要具備一定運(yùn)行條件和穩(wěn)定參數(shù)運(yùn)行的熱水鍋爐與變化的管網(wǎng)和熱交換器連成一個(gè)整體，由此產(chǎn)生一定的矛盾，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的影響。

（2）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性。

由于熱水鍋爐選型、控制模式和設(shè)置的原因，只能按出水溫度110 ℃和95 ℃供熱運(yùn)行。因此，整個(gè)供熱系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)（水泵流量）是連續(xù)的，但質(zhì)調(diào)節(jié)（供水溫度）只有兩檔。這樣運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性不足，而設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)也未作針對(duì)性的修補(bǔ)，造成供熱系統(tǒng)對(duì)于低負(fù)荷的適應(yīng)能力較低。而上海地區(qū)的氣候在過渡季節(jié)對(duì)此的要求特別高，這使得系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的困難。

（3）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的的及時(shí)性。

由于熱水供熱系統(tǒng)采用高溫水作為傳熱介質(zhì)，以循環(huán)水泵作為輸送動(dòng)力，在鍋爐內(nèi)受熱，在板式換熱器中放熱，兩者之間的輸送距離較大，熱量傳遞的時(shí)效性必然受到一定影響。以目前供熱系統(tǒng)為例，鍋爐與板式換熱器之間的水量約為200 t，理論上1臺(tái)循環(huán)水泵需要滿負(fù)荷運(yùn)行1個(gè)多小時(shí)才能將鍋爐加熱后的熱水輸送到用戶的板式熱交換器，而實(shí)際上由于受用戶調(diào)節(jié)閥開度和負(fù)荷需求的影響，可能需要更長的時(shí)間。

4 供熱系統(tǒng)的技術(shù)改造

4.1 改善目標(biāo)

能源中心熱水供熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中最大的問題在于不能滿足低負(fù)荷下的運(yùn)行。由于設(shè)計(jì)理論符合偏大，建筑節(jié)能和管理節(jié)能的措施到位以及暖冬效應(yīng)影響，經(jīng)常發(fā)生因氣溫偏高、日照條件較好情況下候機(jī)樓的熱負(fù)荷急劇降低，甚至低于1臺(tái)熱水鍋爐的最低工作負(fù)荷，最終致使鍋爐無法正常運(yùn)行。

同時(shí)由于設(shè)計(jì)負(fù)荷與實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷不一致，造成末端用戶的回水溫度較低（50 ℃左右），與鍋爐運(yùn)行要求（70 ℃左右）偏差較大且供水溫度（100 ℃左右）低于鍋爐額定溫度（110 ℃左右），對(duì)鍋爐穩(wěn)定、安全運(yùn)行帶來較嚴(yán)重的隱患，其額定供熱能力也受到限制。

4.2 技術(shù)改造

對(duì)于上述問題，我們提出了技術(shù)改造方案，其原則是在保持原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上用最簡單、最經(jīng)濟(jì)的、對(duì)運(yùn)行模式影響最小的方式進(jìn)行。我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)中增加了2根連通管，將鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水；將鍋爐進(jìn)水引至供熱系統(tǒng)的供水。此外，在管路上安裝了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于控制啟閉、調(diào)節(jié)流通水量（詳見圖2）。

將部分鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水，能夠加熱溫度較低的回水，確保其由50 ℃左右提高到70 ℃左右滿足鍋爐正常運(yùn)行的需要。同時(shí)這一技改措施也緩解了需要穩(wěn)定運(yùn)行條件和技術(shù)參數(shù)的熱水鍋爐與變流量循環(huán)系統(tǒng)之間運(yùn)行調(diào)節(jié)的矛盾。該項(xiàng)改造于2011年運(yùn)行采暖季前完成，起到了預(yù)計(jì)效果，確保了鍋爐的穩(wěn)定、正常運(yùn)行和供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，解決了運(yùn)行調(diào)節(jié)的實(shí)際問題。

將部分鍋爐進(jìn)水引至供熱系統(tǒng)的供水，能夠降低溫度較高的供水，提高供熱管網(wǎng)的安全性。同時(shí)保證低負(fù)荷時(shí)循環(huán)系統(tǒng)有足夠保證運(yùn)行的水流量，確保整個(gè)供熱循環(huán)得以進(jìn)行，不至于因低負(fù)荷發(fā)生停止供熱的事件。此外，真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性和供熱的質(zhì)調(diào)節(jié)，豐富了供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段。而且通過技改還保證了鍋爐的額定工況，即能夠以110 ℃的出水溫度運(yùn)行，改變了以往受系統(tǒng)牽制只能部分負(fù)荷運(yùn)行的情況。該項(xiàng)改造于2012年運(yùn)行采暖季前完成，起到了一舉多得的效果，解決了供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)連續(xù)性和鍋爐額定工況工作的問題。

5 經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)提高

5.1 經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

通過上文的分析，我們既看到熱水供熱系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，也看到了存在的問題。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員綜合比較了多個(gè)設(shè)想，并參考相關(guān)資料提出了解決問題的技術(shù)方案。通過技改，我們最終從最便捷、最經(jīng)濟(jì)的角度實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化，提高了熱水供熱系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，滿足系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

虹橋機(jī)場采用高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)這一供熱方式，且其應(yīng)用達(dá)到如此規(guī)模體量，是上海地區(qū)等江南地區(qū)的首次，必然存在一些考慮欠周的地方。這是任何一項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用中必然的，出現(xiàn)的各類問題可以通過相關(guān)各方的努力，依靠技術(shù)和管理手段進(jìn)行完善的，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累也有助于該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

5.2 完善和提高

就虹橋機(jī)場能源中心的高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)，通過技術(shù)改造增設(shè)加熱管、降溫管及控制調(diào)節(jié)閥，初步完善了系統(tǒng)，消減了不斷變化的管網(wǎng)系統(tǒng)和需要穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)之間的矛盾，確保了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)所有設(shè)備的自動(dòng)控制運(yùn)行，并在熱水供熱系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)調(diào)節(jié)。

此外，從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能角度考慮，進(jìn)一步計(jì)劃在能源中心鍋爐房預(yù)留位置上安裝1臺(tái)額定功率較小的鍋爐（5 MW左右），滿足系統(tǒng)低負(fù)荷下的運(yùn)行，進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)實(shí)際運(yùn)行需求的適應(yīng)能力，消除部分安全隱患。

當(dāng)然我們的技術(shù)改造不能就此止步，還需要進(jìn)一步分析、研究實(shí)際運(yùn)行，增加量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)對(duì)負(fù)荷變化的覆蓋范圍以及調(diào)節(jié)的便利性，使得高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)能夠適應(yīng)上海地區(qū)負(fù)荷變化較大，且部分時(shí)段負(fù)荷較小的運(yùn)行條件，使其在充分發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上滿足運(yùn)行調(diào)節(jié)的要求。

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