集中供熱換熱站變流量運(yùn)行控制策略研究

趙志華

天津能源集團(tuán)天津市津燃熱電有限公司 天津 300070

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(chǎng)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(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)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(jìn)行集中計(jì)量、檢測(cè)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 換熱站工作原理以及工作設(shè)備

換熱站是連接熱源與熱用戶的重要環(huán)節(jié)，在供熱系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程中具有關(guān)鍵作用。一般情況下，熱水管網(wǎng)分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，二者的具體功能有較大差異，一次網(wǎng)主要是連接換熱站與熱用戶之間的管網(wǎng)，而換熱站主要是用于連接一次網(wǎng)與二次網(wǎng)，由換熱器、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及控制設(shè)備等部分組成。換熱器是核心設(shè)備，需要對(duì)其進(jìn)行合理選擇，以確保供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。在設(shè)計(jì)過程中，要最大限度提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。此外，為確保供熱系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，通常情況下，會(huì)配備2 臺(tái)換熱器，且2 臺(tái)換熱器同時(shí)運(yùn)行，保證供熱量超過總量的70% 以上[1]。而循環(huán)水泵的選擇需要經(jīng)過精確的計(jì)算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)水泵。

2 集中供熱系統(tǒng)換熱站節(jié)能技術(shù)的具體內(nèi)容

（1）水質(zhì)控制技術(shù)，當(dāng)前時(shí)期，在集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其中最為重要的環(huán)節(jié)就是水質(zhì)的問題，如果供熱管道中的水質(zhì)存在問題，將會(huì)在很大程度上增加管道被堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而影響換熱站的正常運(yùn)行。為此，相關(guān)人員可以加強(qiáng)水質(zhì)控制技術(shù)的應(yīng)用，以此來減少管道中的沉淀物，降低管道內(nèi)部水流的阻力，保障管道水流的熱量，并以此來保障相關(guān)用戶的供熱需求。同時(shí)，相關(guān)人員在進(jìn)行水質(zhì)控制技術(shù)的使用時(shí)，還需要確保水的酸堿度保持在10-13，同時(shí)嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以此提高水質(zhì)控制技術(shù)的應(yīng)用水平，進(jìn)而保障集中供熱系統(tǒng)換熱站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與發(fā)展。

（2）氣溫補(bǔ)償技術(shù)，所謂氣溫補(bǔ)償技術(shù)主要是指相關(guān)人員根據(jù)冬季室外的溫度，對(duì)換熱站的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此提高相關(guān)建筑空間內(nèi)部的溫度，滿足相關(guān)用戶的供熱需求，促進(jìn)集中供熱系統(tǒng)及換熱站的進(jìn)一步發(fā)展。

（3）平衡調(diào)節(jié)技術(shù)，在現(xiàn)代集中供熱系統(tǒng)換熱站的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為了保障運(yùn)轉(zhuǎn)的水平與質(zhì)量，相關(guān)人員還可以采用平衡調(diào)節(jié)技術(shù)，也就是通過補(bǔ)水泵與循環(huán)泵所輸出的水量調(diào)整用戶的供熱需求量及管道內(nèi)部的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)平衡度的提高，并在另一方面強(qiáng)化提高換熱站自身的使用效率。同時(shí)，當(dāng)相關(guān)用戶的供熱需求降低時(shí)，換熱站內(nèi)的工作人員需要加強(qiáng)對(duì)熱水輸出量的控制，以此降低能源的消耗量，同時(shí)減小管道內(nèi)部的壓力，進(jìn)而對(duì)管道自身的安全性進(jìn)行保障。

3 相關(guān)措施

隨著管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模化、復(fù)雜化的不斷加大，供熱單位均已根據(jù)各自情況建立了熱網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，試圖通過智能化手段了解管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，開展節(jié)能降耗分析、優(yōu)化管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)。

3.1 換熱站設(shè)計(jì)

換熱站在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)與現(xiàn)狀供熱條件相匹配，同時(shí)預(yù)留部分遠(yuǎn)期余量。在設(shè)計(jì)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(dá)到額定值，換熱器的額定功率必須與其熱負(fù)荷相匹配。如果二者相差較大，換熱器的二次側(cè)出口溫度就會(huì)高于或者低于設(shè)計(jì)值。這2 種運(yùn)行工況中，高于設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)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(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供熱量不足。因此，合理的換熱站設(shè)計(jì)是換熱站節(jié)能運(yùn)行的前提條件[2]。

3.2 做好監(jiān)督管理工作

這里所提到的監(jiān)督管理工作主要是指做好換熱站為主的二級(jí)熱網(wǎng)建設(shè)監(jiān)督管理，在供熱系統(tǒng)前期規(guī)劃管理過程中需要制定相關(guān)制度，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理，減少不必要的資源消耗，監(jiān)督好二級(jí)網(wǎng)施工，在借鑒其他項(xiàng)目的基礎(chǔ)上汲取經(jīng)驗(yàn)，為二級(jí)熱網(wǎng)建設(shè)的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，有效避免建設(shè)不足導(dǎo)致能源消耗問題的發(fā)生。

3.3 二次網(wǎng)運(yùn)行水力平衡調(diào)節(jié)

二次網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)是換熱站節(jié)能運(yùn)行調(diào)節(jié)的首要的問題。解決水力失調(diào)首先需要找出供暖水力失調(diào)的支路，通過調(diào)整支路的管徑或者使用平衡閥，對(duì)水力失調(diào)的支路進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，從而緩解水力失調(diào)的問題。

根據(jù)以上研究結(jié)果應(yīng)用于具體實(shí)際換熱站場(chǎng)景的運(yùn)行調(diào)控。換熱站設(shè)計(jì)和實(shí)際供熱面積分別為13.4 萬m2及11.4 萬m2，非節(jié)能建筑，散熱器采暖。2019 年-2020 年度對(duì)換熱站設(shè)備及控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，將二次網(wǎng)由原來的一臺(tái)45kW 循環(huán)泵（往年實(shí)際運(yùn)行電功率為48kW，長(zhǎng)期處于過載狀態(tài)）替換為2 臺(tái)30kW 的整體智能循環(huán)泵組[3]。為降低熱用戶室內(nèi)溫度采集的復(fù)雜性，循環(huán)泵組采取二次網(wǎng)供回水溫差予以控制。二次溫差與室外溫度關(guān)系根據(jù)式（6）、式（7）的原理獲取。二次網(wǎng)供水溫度控制指標(biāo)與上一采暖年度一致，由熱力公司調(diào)度控制中心給定。獲取2019 年-2020 年度11 月16 日-12 月6 日的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與上一采暖年度同期進(jìn)行對(duì)比：循環(huán)水泵用電量為上年同期的80%，補(bǔ)水量為上年同期的67%。因上一年度同期熱量數(shù)據(jù)不完整，故未做熱量對(duì)比。記錄本年度室外溫度為-5℃時(shí)的瞬時(shí)熱量數(shù)據(jù)（2 850kW）與上一年度相同室外溫度工況對(duì)比（3 389kW），換熱站供熱量降低15%。

4 結(jié)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(shí)也造成了極大的能源和資源的浪費(fèi)。通過對(duì)換熱站節(jié)能運(yùn)行的分析，制定出相應(yīng)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(yùn)行。