供熱系統(tǒng)中供熱不平衡調(diào)節(jié)控制問題分析與探討

江萍

摘 要：分布式供熱系統(tǒng)應(yīng)用越來越普遍，由于變頻技術(shù)和混水技術(shù)同時(shí)應(yīng)用，供熱系統(tǒng)中冷熱不均的不平衡現(xiàn)象會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)控制策略不統(tǒng)一而更加嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng)；熱用戶；冷熱不均；控制策略

1 概述

很多供熱公司的供熱系統(tǒng)都采用了分布式供熱系統(tǒng)。在分布式供熱系統(tǒng)中，將供熱系統(tǒng)中熱媒熱水的驅(qū)動(dòng)力由不同層次的循環(huán)泵承擔(dān)，共同完成輸送熱媒傳輸熱量的任務(wù)。分布式二級混水泵系統(tǒng)在熱源處設(shè)置熱源循環(huán)泵，提供熱源內(nèi)部驅(qū)動(dòng)熱媒的循環(huán)動(dòng)力。在熱用戶處設(shè)置混水泵，提供熱用戶內(nèi)的資用壓力，驅(qū)動(dòng)熱媒的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)混水功能。

通過混水技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)，每個(gè)熱用戶可以按需要從熱網(wǎng)中取用熱能，而熱網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)大溫差、小流量的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行供熱模式。這樣一來，不但能提高熱網(wǎng)資源利用效果，降低輸送能耗，還能滿足不同用戶的舒適性要求。但是分布式混水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制比較復(fù)雜，熱網(wǎng)越大，熱負(fù)荷調(diào)節(jié)的滯后性影響越明顯。如果不解決好供熱系統(tǒng)的熱源、首站、分站之間的運(yùn)行調(diào)節(jié)策略，各分站之間或熱用戶之間將會(huì)出現(xiàn)供熱不平衡問題，冷熱不均問題嚴(yán)重。本文就某熱網(wǎng)在實(shí)際供熱中，分析建立熱用戶冷熱不均問題的理論模型，探討現(xiàn)有問題產(chǎn)生的一些原因，為進(jìn)一步研究分布式混水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制工作奠定基礎(chǔ)。

2 供熱系統(tǒng)基本供熱能力分析

某熱力公司分布式熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)示意如圖1所示。熱網(wǎng)主要由鍋爐房、首站、熱用戶混水供熱分站等部分組成。采用枝狀管網(wǎng)分布式二級混水泵系統(tǒng)供熱，熱用戶大多數(shù)為廠房和辦公樓散熱器采暖用熱，熱用戶與鍋爐方之間的地勢比較平坦。首站為水-水換熱站變頻泵循環(huán)供熱，分站采用混水供熱機(jī)組供熱。

鍋爐房設(shè)計(jì)安裝了一臺70MW的高溫?zé)崴仩t，額定出水溫度為130℃，額定進(jìn)水溫度為70℃。鍋爐在額定工況運(yùn)行時(shí)，使用2臺的循環(huán)熱水泵變頻運(yùn)行，為熱源部分的熱水熱媒提供循環(huán)動(dòng)力。 一般工業(yè)廠房建筑熱用戶的建筑面積熱指標(biāo)取140W/m2，如果這臺鍋爐在額定工況下運(yùn)行時(shí)，可以為50萬m2的工業(yè)廠房建筑熱用戶提供熱量。現(xiàn)有供熱面積約為24萬m2，鍋爐在供暖期間內(nèi)采用間歇式供熱，間歇供熱時(shí)段為05：00～7：30，10：00～11：30，13：00～16：00，20：30～23：30。

首站是熱網(wǎng)的第一個(gè)換熱站，采用一臺固定管板換熱器，設(shè)計(jì)溫度管程為100℃。二次網(wǎng)采用兩臺（一用一備）變頻熱水循環(huán)泵為供熱管網(wǎng)提供循環(huán)動(dòng)力。循環(huán)泵的功率為250kW，流量為1500m3/h，轉(zhuǎn)速為1485r/min。在圖1中，首站與熱用戶之間共設(shè)有3條供熱外網(wǎng)干線，按經(jīng)濟(jì)流速2.7 m/s考慮，其輸送熱量能力約為160MW和供熱外網(wǎng)干線與熱源。

首站與熱用戶之間的二次熱網(wǎng)絡(luò)若按110/70℃的供熱曲線運(yùn)行供熱，三條主干線傳輸熱量的額定能力完全可以滿足系統(tǒng)供熱能力的需求。

3 分站冷熱不均現(xiàn)象分析

在本文的供熱系統(tǒng)中，所有的分站均采用混水泵變頻系統(tǒng)調(diào)節(jié)供熱。但在實(shí)際運(yùn)行中，有的分站采用變頻運(yùn)行，有的分站采用定頻運(yùn)行。根據(jù)熱用戶反映，廠房冷熱不均問題嚴(yán)重。

根據(jù)供熱理論，供熱量Q1和用熱量Q2計(jì)算式為

Q1=G×cp×△t/3600（1）

Q2= q·A（2）

式中，Q1——供熱量（kW）；

G——熱水的循環(huán)流量（kg/h）；

cp——水的比熱容（kJ/ kg·℃）；

△t——供回水溫差（℃）；

Q2——采暖用熱量（kW）；

q——采暖用熱指標(biāo)（W/m2）。

本文中的采暖用熱指標(biāo)是根據(jù)首站的供熱量和供熱面積，考慮線路損耗實(shí)時(shí)換算得出，取46.6 W/m2。

根據(jù)供熱與用熱平衡理論，首站供出的總熱量由各分站取用后分配給1～7號熱用戶，并由此確定出各個(gè)熱用戶的用熱量。根據(jù)現(xiàn)場多次采集數(shù)據(jù)，通過建立理論模型分析各分站供熱情況如表1所示。

由現(xiàn)場采集分站運(yùn)行時(shí)的流量、供回水溫度等參數(shù)，經(jīng)測算出供熱量，并與用熱量比較，熱用戶冷熱不均現(xiàn)象嚴(yán)重，與實(shí)際情況基本吻合。

4 探討供熱系統(tǒng)現(xiàn)有問題產(chǎn)生的原因

首站的供熱量是根據(jù)室外氣溫變化，按110/70℃供熱曲線運(yùn)行間歇供熱。針對7個(gè)熱用戶冷熱不均問題，通過實(shí)際走訪調(diào)研，探討分析供熱系統(tǒng)現(xiàn)有問題產(chǎn)生的原因，可能存在以下幾個(gè)方面。

①各個(gè)供熱分站的控制策略不明確。通過采集供回水溫差參數(shù)顯示，各分站供回水溫差過小，在1. 4～6.6℃之間，各分站取用熱能的效果并不理想?，F(xiàn)有分站與熱用戶之間的二次熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制中，出現(xiàn)的調(diào)節(jié)流量和調(diào)節(jié)溫度同時(shí)存在的現(xiàn)象，這無疑增加了調(diào)節(jié)控制難度，造成個(gè)分站的質(zhì)調(diào)目標(biāo)無法有效實(shí)現(xiàn)。

②若首站和分站之間的熱網(wǎng)溫差過小，并得不到有效控制，管網(wǎng)的供熱能力將會(huì)受到嚴(yán)重限制，系統(tǒng)投資及資源將會(huì)浪費(fèi)嚴(yán)重。

③供熱分站混水機(jī)組為典型的一次側(cè)量調(diào)轉(zhuǎn)換為二次側(cè)質(zhì)調(diào)的供熱系統(tǒng)。但目前分站混水機(jī)組前加裝流量平衡閥并參與調(diào)控，與一次側(cè)需要量調(diào)控的原理相抵觸，將會(huì)嚴(yán)重干擾混水供熱調(diào)空機(jī)組的運(yùn)行及控制。

在供熱系統(tǒng)中，熱源、首站、分站和用戶之間的調(diào)控策略不協(xié)調(diào)，系統(tǒng)資源的能力將無法有效發(fā)揮，會(huì)造成資源利用不合理，供熱不協(xié)調(diào)，系統(tǒng)資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題，對目前供熱和未來的發(fā)展及擴(kuò)容等方面都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。供熱分站缺少完整的協(xié)調(diào)的供熱優(yōu)化控制平臺和模型，導(dǎo)致供熱資源浪費(fèi)，供熱目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

由于供熱系統(tǒng)中的控制策略不統(tǒng)一，致使供熱系統(tǒng)出現(xiàn)大量難以解決的調(diào)節(jié)控制問題，造成系統(tǒng)資源大量浪費(fèi)，分布式混水泵系統(tǒng)變頻調(diào)速運(yùn)行的功能得不到有效發(fā)揮，供熱不均和供熱指標(biāo)難以達(dá)到等現(xiàn)象的出現(xiàn)將難以避免。

現(xiàn)有供熱系統(tǒng)的控制模型、測控手段和調(diào)控控制平臺不夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是造成供熱外網(wǎng)資源利用不佳、調(diào)控不協(xié)調(diào)、供熱均衡性差、供熱目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)等問題的主要原因。

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