集中供熱系統(tǒng)換熱站運行節(jié)能研究

劉亞鵬

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院工程設計中心，太原030000）

1 集中供熱換熱站概述

集中供熱系統(tǒng)的換熱站是供熱網(wǎng)路與熱用戶的連接場所。它的作用是根據(jù)熱網(wǎng)工況和不同條件，采用不同的連接方式，將熱網(wǎng)輸送的熱媒加以調節(jié)、轉換，向熱用戶系統(tǒng)分配熱力以滿足用戶需求，并根據(jù)需要，進行集中計量、檢測供熱熱媒的參數(shù)和數(shù)量。根據(jù)熱網(wǎng)輸送的熱媒不同，可以分為熱水換熱站和蒸汽換熱站[1]。

2 集中供熱換熱站運行存在的問題

2.1 換熱站設備選型不合理

集中供熱換熱站設備包括傳換熱器、循環(huán)水泵、定壓補水泵、軟化水箱、軟水器以及換熱站電氣和自控設備。實際換熱站運行過程中，換熱站的設備選型存在不合理的現(xiàn)象。設計院和熱力公司習慣選擇超出設計負荷能力的換熱器，以及大流量和大揚程的循環(huán)水泵和補水泵。實際運行過程中，往往存在大馬拉小車的現(xiàn)象，極大地造成了能源和資源的浪費。同時，換熱站設備選型不合理會使各個換熱設備不能協(xié)調運行，使得設備的系統(tǒng)性存在問題，不僅會減少設備的使用年限，同時還造成了能源消耗和運行成本的增加。

2.2 二次網(wǎng)水力失調

換熱站在運行過程中水力失衡是最普遍的問題之一。在熱水供熱系統(tǒng)運行過程中，由于多種原因，網(wǎng)路的流量分配不符合各熱用戶的要求，因此，各熱用戶的供熱量不符合要求。熱水供熱系統(tǒng)中各熱用戶的實際流量與需求流量之間的不一致性，稱為水力失調。主要表現(xiàn)為距離換熱站近的用戶流量供熱過多，距離換熱站距離遠的用戶流量供熱不足，從而造成近端熱末端不熱的現(xiàn)象。實際運行過程中，供熱系統(tǒng)只注重一次供熱管網(wǎng)的水力平衡，往往忽視了二次供熱管網(wǎng)由于用戶距離和管徑的不一致造成的水力失調的問題[2]。傳統(tǒng)的供熱運行人員主要是通過提高二次網(wǎng)供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量，來改善末端用戶的供熱效果。這種調節(jié)方法未從根源上解決水力失調的問題，反而加重了水力失調現(xiàn)象，造成了能源和資源的浪費。

2.3 循環(huán)水泵的節(jié)能問題

換熱站在運行過程中循環(huán)水泵主要控制的是二次網(wǎng)的循環(huán)水量，同時循環(huán)水泵的電耗占據(jù)換熱站電耗的很大部分。在實際運行中，換熱站循環(huán)水泵往往是工頻運行，部分水泵甚至不具備變頻控制功能。在水泵工頻運行狀態(tài)下，當一次網(wǎng)供水溫度和流量恒定的條件下，二次網(wǎng)受室外溫度變化的影響，供水溫度波動幅度較大且無規(guī)律性。實際運行過程中水泵的揚程往往與設計值有差別，水泵的工作效率點處在高效工作區(qū)，從而造成了二次網(wǎng)運行調節(jié)困難和能源資源的浪費[3]。

2.4 換熱站自動控制系統(tǒng)耗能大

換熱站自控的首要目的就是使各個換熱站按所需得到熱量，并將其合理地以流體流量的形式分配出去。以換熱站作為分析研究對象時具有如下特點：換熱站數(shù)目較多；站與站之間分散，距離較遠；每個換熱站獨立運行自成系統(tǒng)；系統(tǒng)惰性大，參數(shù)變化緩慢，滯后時間長；各換熱站供熱面積大小不一，新舊建筑的負荷狀況不一。這些都是造成換熱站能源和資源浪費的主要原因之一。

3 換熱站節(jié)能運行技術升級改造

3.1 換熱站設計

換熱站在設計過程中應與現(xiàn)狀供熱條件相匹配，同時預留部分遠期余量。在設計工況下，無論換熱系統(tǒng)循環(huán)水的流量大小，要使其出口溫度達到額定值，換熱器的額定功率必須與其熱負荷相匹配。如果二者相差較大，換熱器的二次側出口溫度就會高于或者低于設計值。這2種運行工況中，高于設計值會導致供熱量過多，系統(tǒng)效率降低以及系統(tǒng)初投資增加；低于設計值會導致系統(tǒng)供熱量不足。因此，合理的換熱站設計是換熱站節(jié)能運行的前提條件。

3.2 二次網(wǎng)運行水力平衡調節(jié)

換熱站水力失調是普遍存在的問題之一，且目前無根本性的解決方案。為了解決“遠冷近熱”的情況，供熱部門只能不斷地增大二次側供水溫度和循環(huán)流量。這種方法不能從根源上解決水力失調的問題，反而會導致水力失調加重[4～8]。因此，二次網(wǎng)水力平衡調節(jié)是換熱站節(jié)能運行調節(jié)的首要的問題。解決水力失調首先需要找出供暖水力失調的支路，通過調整支路的管徑或者使用平衡閥，對水力失調的支路進行調節(jié)優(yōu)化，從而緩解水力失調的問題。

3.3 水泵的變頻控制

換熱站在運行過程中，水泵如果采用工頻運行，會造成水泵工作效率低，循環(huán)水量與供熱需求不匹配等問題。因此，對現(xiàn)有換熱站水泵應進行變頻節(jié)能改造[9]。方案一，更換系統(tǒng)中無變頻的水泵，采用全新的變頻水泵替代原有水泵，此方法缺點是設備投資增加；方案二，采用變頻器對原循環(huán)水泵進行變頻節(jié)能改造，這種方案改造簡單，投資少。

3.4 換熱站自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)狀集中供熱調節(jié)僅僅依靠人工調節(jié)的方式已經(jīng)不能滿足供熱系統(tǒng)的節(jié)能要求。應采用PLC技術對換熱站進行自動控制，其中，包括PLC、變頻器、智能溫控儀、各種傳感器組成[6]。在控制過程中，同時實時監(jiān)控采用熱用戶、換熱站和供熱沿線節(jié)點的運行參數(shù)，以室外溫度為依據(jù)，與事先設置的控制方式相結合。對換熱站的循環(huán)水泵轉速、電動調節(jié)閥開度以及系統(tǒng)的補水定壓進行調節(jié)運行，極大地節(jié)省了人力和物力成本[10,11]。

4 結語

城鎮(zhèn)集中供熱迅速發(fā)展，集中供熱在提高居民生活水平的同時也造成了極大的能源和資源的浪費。通過對換熱站節(jié)能運行的分析，制定出相應的節(jié)能改造措施，從而大大節(jié)約人力和物力成本，降低能源和資源的消耗，提高能源綜合利用率，確保換熱站節(jié)能、高效地運行。