集中供熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)與節(jié)能措施分析

文_馮琪 汪廣慧 孫志勇

1 呼倫貝爾安泰熱電有限責(zé)任公司滿洲里熱電廠 2 華能內(nèi)蒙古東部能源有限公司

1 主要研究方法

1.1 水力失調(diào)程度的度量指標(biāo)分析

在集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，水力失調(diào)程度和供熱系統(tǒng)的最大節(jié)能潛力存在很多聯(lián)系，應(yīng)周密地對其進(jìn)行分析和調(diào)節(jié)。首先，妥善處理水力失衡的衡量和調(diào)節(jié)問題。針對集中供熱系統(tǒng)的單根立管，系統(tǒng)設(shè)計人員要定量衡量水力失調(diào)程度，單根立管水力失調(diào)度的定義可以表現(xiàn)為公式其中，x代表集中供熱用戶的水力失調(diào)度，計量單位為%，Vm/代表集中供熱用戶的實際流量，計量單位為m3/h；/Vg代表集中供熱用戶的規(guī)定流量，計量單位為m3/h。

由于供熱系統(tǒng)內(nèi)部的立管眾多，在這里要引入水力離散度這一術(shù)語，其具體計算公式為式中，λ代表集中供熱系統(tǒng)的水力離散度 ；xi代表熱用戶的水力失調(diào)度；Xmin代表最不利用戶的水力失調(diào)度。

通常情況下，由于水力失調(diào)造成的熱量損失，首先是因為一些不利用戶使用過程中出現(xiàn)不同程度的失調(diào)現(xiàn)象，從很大程度上決定了整個集中供熱系統(tǒng)的最低供水溫度，與其他供熱用戶相比較，相對流量最小的不利用戶所需要的供水溫度就是整個系統(tǒng)最低的供水溫度。如果流量偏差過大，即水力離散度過大，供熱系統(tǒng)的供水溫度就會很高，從而造成其他用戶的過量供熱，造成整個集中供熱系統(tǒng)的熱量損失。因此，應(yīng)重點關(guān)注水力離散度對所有立管整體偏離該基準(zhǔn)程度的影響。

1.2 水力調(diào)節(jié)節(jié)能潛力模擬分析方法

如果出現(xiàn)流量分配失衡的情況，不利用戶的室溫就不能達(dá)到要求，此時就要進(jìn)行集中供熱系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)，逐漸提高供水溫度。為降低系統(tǒng)不平衡帶來的熱量損失，應(yīng)盡量保證系統(tǒng)水力調(diào)節(jié)相對平衡，進(jìn)而達(dá)到科學(xué)消耗熱量的目的，針對枝狀管網(wǎng)的供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)在各級立管流量分配均勻的情況下，一旦用戶符合室溫等相關(guān)要求，就要降低對供水流量的過多消耗。

首先，應(yīng)在保證流量總量相對穩(wěn)定的條件下，采取估算的方法設(shè)立適量的立管流量；其次，在確定每組流量分布的具體情況下，確保各個建筑物的室內(nèi)溫度可以滿足相關(guān)要求，從而得出最低供水溫度；最后，按照提供的最低供水溫度參數(shù)信息，計算出供熱系統(tǒng)的散熱器增加的散熱量和水力失調(diào)度，進(jìn)而分析得出水力平衡調(diào)節(jié)所能帶來的最大節(jié)能潛力。

2 集中供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的主要原因

2.1 供熱管網(wǎng)設(shè)計不合理

集中供熱的管網(wǎng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，最遠(yuǎn)支路長度可達(dá)到十幾千米甚至幾十千米，不同的供熱管網(wǎng)構(gòu)造和阻力部件對水力平衡影響很大，極易產(chǎn)生阻力“近小遠(yuǎn)大”的情況，而集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計人員為了滿足供熱系統(tǒng)末端的供熱需求，往往會設(shè)置較高的水泵壓力，極易出現(xiàn)水力失調(diào)等不良現(xiàn)象。

2.2 供熱設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行不匹配

針對供熱系統(tǒng)的實際運(yùn)行狀況，采購部門可能沒有選購那些和供熱網(wǎng)管結(jié)構(gòu)性能相適應(yīng)的阻力設(shè)備，如止回閥等，由此引發(fā)水力失調(diào)情況，最后導(dǎo)致實際的設(shè)計流量和供熱流量都存在一定的偏差，為后期供熱系統(tǒng)帶來諸多不利影響。

2.3 用戶設(shè)計流量設(shè)計不合理

集中供熱系統(tǒng)的用戶實際需要流量與設(shè)計流量往往不同，如果設(shè)計流量不合理，在實際運(yùn)行過程中，整體系統(tǒng)的運(yùn)行狀況與設(shè)計工況會出現(xiàn)較大的偏差，導(dǎo)致部分管網(wǎng)出現(xiàn)流量不足的情況，最后發(fā)生水力失調(diào)等不良情況。

2.4 供熱用戶需求變化

在實際的供暖過程中，用戶數(shù)量發(fā)生變化、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變、室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)備發(fā)生改變以及建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計出現(xiàn)相關(guān)調(diào)整，這些間接的變化都會導(dǎo)致供熱系統(tǒng)的實際需求發(fā)生改變，進(jìn)而產(chǎn)生諸多熱管網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象。

2.5 供熱系統(tǒng)重要設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重

在實際的供熱系統(tǒng)中，集中供熱系統(tǒng)的生產(chǎn)周期相對較長，各個部門所使用的機(jī)械設(shè)備往往不能及時地得到更新和改造，管理部門沒有對重要機(jī)械零部件進(jìn)行集中維修和養(yǎng)護(hù)，最后導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備供熱效果較差，設(shè)備老化等問題時常發(fā)生，引起水力失調(diào)現(xiàn)象。

3 集中供熱系統(tǒng)化水力平衡調(diào)節(jié)和節(jié)能措施分析

3.1 進(jìn)行供熱站重點區(qū)域的適當(dāng)調(diào)節(jié)

集中供熱系統(tǒng)用戶都會存在相應(yīng)適量的換熱站等基礎(chǔ)設(shè)施，其主要的作用是通過一定的技術(shù)處理，將集中進(jìn)行供熱的熱量進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)和分配。由于集中供熱系統(tǒng)經(jīng)常會受到各種外界客觀環(huán)境因素影響，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)設(shè)定相應(yīng)的模式進(jìn)行實時、智能調(diào)節(jié)，如可以通過控制閥等設(shè)備對供熱管網(wǎng)的熱量進(jìn)行統(tǒng)一分配調(diào)節(jié)，從而滿足各級供熱管網(wǎng)的用熱需求。由于供熱系統(tǒng)負(fù)荷需求的變化以及相關(guān)人為因素影響，供熱管網(wǎng)的流量需要不斷地進(jìn)行調(diào)節(jié)，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實際的供熱系統(tǒng)運(yùn)行情況，嚴(yán)格按照供熱系統(tǒng)的操作標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行規(guī)范地控制相關(guān)閥門處理，從而防止水力失調(diào)等問題的出現(xiàn)。

3.2 建立自動化控制的處理模式

在科學(xué)技術(shù)水平以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)不斷發(fā)展的大時代背景下，為排除各種外界風(fēng)險因素對集中供熱系統(tǒng)的諸多不利影響，集中供熱系統(tǒng)管理部門應(yīng)投入適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)資金，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)管理系統(tǒng)來調(diào)節(jié)供熱管網(wǎng)熱量平衡。例如，可以引進(jìn)先進(jìn)的自動化處理技術(shù)，實現(xiàn)電動調(diào)節(jié)閥和自動反饋系統(tǒng)有機(jī)協(xié)調(diào)，從而達(dá)到供熱系統(tǒng)全程安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的。其基本的工作原理，首先，管理人員將每個級別的用戶端作為主要的信號采集點，并利用溫感器、壓感器等相關(guān)處理設(shè)備，將傳輸?shù)南嚓P(guān)信號準(zhǔn)確進(jìn)行收集、匯總和整理；其次，系統(tǒng)設(shè)計人員重點關(guān)注相關(guān)重要模塊，并經(jīng)過規(guī)范的控制運(yùn)算來算出各級管網(wǎng)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)參數(shù)，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對供熱系統(tǒng)的供熱流量和供水溫度進(jìn)行二次平衡和調(diào)節(jié)，進(jìn)而確保每個供熱站傳輸?shù)臒崃慷枷鄬鶆?，防止供熱管網(wǎng)熱力失調(diào)現(xiàn)象的頻繁發(fā)生；最后，還要對供熱系統(tǒng)的自動化控制平臺進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和處理。

3.3 進(jìn)行供熱系統(tǒng)的各個單元調(diào)控

對供熱系統(tǒng)的各級供熱管網(wǎng)以及主、支、末級進(jìn)行調(diào)節(jié)是確保集中供熱系統(tǒng)水力平衡的基礎(chǔ)。一般情況下，越接近住戶端的調(diào)節(jié)頻率越大，越接近熱源調(diào)節(jié)的力度和頻率就會相對較小。在實際的用戶管網(wǎng)連接過程中，暴露了很多管網(wǎng)連接問題，例如有些管網(wǎng)連接需要直接和主干管路進(jìn)行串聯(lián)，這就從一定程度上加大了施工難度，一旦供熱系統(tǒng)的操作人員出現(xiàn)失誤，即調(diào)節(jié)力度不當(dāng)就會直接導(dǎo)致水力平衡失調(diào)或者能量等相關(guān)資源嚴(yán)重浪費。因此，應(yīng)對集中供熱系統(tǒng)的控制能力引起高度的重視，相關(guān)部門應(yīng)制定完善的設(shè)計管理方案，加大對熱源與近端用戶的控制調(diào)節(jié)，并合理減少對用戶末端控制級數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)中供熱半徑的增加而加大供熱管徑處理，引進(jìn)先進(jìn)的平衡閥等重要零部件、與之相匹配的精密儀表以及自力式流量控制閥，并結(jié)合專業(yè)系統(tǒng)處理人員的實際工作經(jīng)驗，建立健全完善的系統(tǒng)控制管理體系，在全員參與的基礎(chǔ)上規(guī)范系統(tǒng)供熱管網(wǎng)的整體效果。

4 結(jié)語

綜上所述，集中供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的外界影響因素有很多，如果不及時對水力失調(diào)問題進(jìn)行妥善處理，就會直接導(dǎo)致熱量能源大量浪費。為了解決以上問題，供熱企業(yè)的管理部門應(yīng)積極學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的供熱系統(tǒng)處理技術(shù)，并樹立自主創(chuàng)新的工作意識，對供熱網(wǎng)管進(jìn)行綜合設(shè)計，提高施工技術(shù)水平，實現(xiàn)整個供熱系統(tǒng)的達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行模式。堅持綠色可持續(xù)發(fā)展原則，注重建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量效果的同時，利用獨特的技術(shù)手段對供熱網(wǎng)管水力進(jìn)行調(diào)控，并應(yīng)用各類節(jié)能措施，確保集中供熱系統(tǒng)節(jié)能效果最佳。