集中供熱系統(tǒng)換熱站運(yùn)行節(jié)能研究

邵峰

山東樺辰工程咨詢有限公司 山東 東營(yíng) 257000

引言

供熱設(shè)施的運(yùn)行是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和民生的重要事件。因此，有關(guān)部門(mén)應(yīng)重視供熱系統(tǒng)的管理，在供熱系統(tǒng)管理中貫徹節(jié)能環(huán)保理念，實(shí)現(xiàn)供熱管理節(jié)能運(yùn)行的同步發(fā)展，更好地推進(jìn)供熱系統(tǒng)的建設(shè)。

1 集中供熱換熱站概述

城市集中供熱系統(tǒng)中有大、小的換熱站，因此需要對(duì)換熱器站和二級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化至關(guān)重要。梁海燕等人首先通過(guò)改變管網(wǎng)中的流體速度，控制供熱系統(tǒng)二次管網(wǎng)的進(jìn)水溫度，從而集中控制整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能控制。王國(guó)偉等人以某熱力站及熱力二次網(wǎng)節(jié)能改造工程為背景，旨在解決用戶冷熱不均衡問(wèn)題，降低能耗，主要采取高效循環(huán)水泵更換措施，平衡二次網(wǎng)節(jié)能，這不僅解決了用戶冷熱不均衡的問(wèn)題，而且有效降低了能耗。能源修復(fù)后，能源節(jié)約率為57%，熱節(jié)約率為12%。中央供暖的換熱器站是供熱網(wǎng)與供熱用戶之間的連接方式。其功能是根據(jù)供熱網(wǎng)的工作條件和不同條件調(diào)整和轉(zhuǎn)換供熱網(wǎng)提供的熱量，將熱量分配給供熱用戶系統(tǒng)以滿足用戶的需要，集中測(cè)量和采集熱量介質(zhì)的參數(shù)和數(shù)量。根據(jù)從熱網(wǎng)輸送的不同熱量介質(zhì)，可以分為熱水交換站和蒸汽交換站。中央供暖系統(tǒng)中的換熱器站通常是二次供水管網(wǎng)與主供水管網(wǎng)和一些控制設(shè)備連接并相應(yīng)傳輸?shù)牡胤?。其中，所謂二次供水管網(wǎng)主要指的是，將供熱用戶與集中供熱系統(tǒng)換熱站連接起來(lái)的管網(wǎng)，一次供水管道主要指的是，將換熱站與城市內(nèi)整個(gè)熱水管網(wǎng)連接起來(lái)的管網(wǎng)。為加強(qiáng)兩者之間的聯(lián)系，有關(guān)人員應(yīng)首先將熱水管網(wǎng)的熱源轉(zhuǎn)移到有關(guān)系統(tǒng)的換熱站，然后通過(guò)換熱器站的運(yùn)行將水源轉(zhuǎn)移到二次導(dǎo)熱，以確保盡可能滿足用戶自己的熱量需求，這樣可以確保每個(gè)用戶的正常生活和工作[1]。

2 集中供熱換熱站運(yùn)行存在的問(wèn)題

2.1 二次網(wǎng)水力失調(diào)

液壓不平衡是換熱器站運(yùn)行中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一。運(yùn)行熱水凈化設(shè)備時(shí)，由于各種原因，網(wǎng)絡(luò)的流量分布不符合每個(gè)熱用戶的要求，因此每個(gè)熱用戶的加熱功率都不符合要求。熱水處理系統(tǒng)中每個(gè)熱用戶的實(shí)際流量和需求流量之間的不一致稱為水力失衡。主要表現(xiàn)為：用戶流量在換熱站附近的熱量供應(yīng)過(guò)多，而用戶流量遠(yuǎn)在換熱站外的熱量供應(yīng)不足，導(dǎo)致接近端的熱端不熱的現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，供熱系統(tǒng)只注重主供熱管網(wǎng)的水力補(bǔ)償，經(jīng)常忽視次級(jí)供熱管網(wǎng)因用戶距離和管道直徑不一致而造成的水力失衡[2]。傳統(tǒng)供熱運(yùn)營(yíng)商主要通過(guò)提高二級(jí)電網(wǎng)供水溫度，或增加循環(huán)水泵流量來(lái)提高終端用戶的供熱效果。該調(diào)節(jié)方法不能從根本上解決水力失衡問(wèn)題，反而加劇了水力失衡現(xiàn)象，造成能源和資源的浪費(fèi)。

2.2 換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)耗能大

換熱站自動(dòng)控制的主要目的是使每個(gè)換熱站根據(jù)需要接收熱量，并以流體流動(dòng)的形式進(jìn)行合理分配。換熱器站的分析具有以下特點(diǎn)：換熱站較多；從車站分散開(kāi)來(lái)，遠(yuǎn)離車站；每個(gè)換熱器站獨(dú)立運(yùn)行，形成自己的系統(tǒng)；該系統(tǒng)惰性，參數(shù)變化緩慢，延遲時(shí)間長(zhǎng)。各個(gè)換熱器站的加熱面積不同，新舊建筑物的負(fù)荷狀態(tài)也不同。這是換熱器站浪費(fèi)能源和資源的主要原因之一。

2.3 集中供熱系統(tǒng)換熱站設(shè)備陳舊

在中央加熱器中使用換熱器站時(shí)，設(shè)備質(zhì)量必須高。由于部分國(guó)內(nèi)供熱企業(yè)過(guò)于注重經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備更新不及時(shí)，供熱設(shè)施無(wú)法滿足相關(guān)用戶的熱量需求，影響了日常生活。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致功耗增加。

2.4 供熱系統(tǒng)管理工作較為粗放

供熱系統(tǒng)的管理是復(fù)雜的。當(dāng)前，傳統(tǒng)的管理模式仍然是最重要的，主要是指勞動(dòng)力對(duì)管理的依賴。如上所述，城市熱量管理系統(tǒng)包含更多內(nèi)容，需要收集更多數(shù)據(jù)，而且在供熱系統(tǒng)運(yùn)行期間，這些數(shù)據(jù)隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)理需要實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，例如供熱系統(tǒng)中燃料的熱效應(yīng)比、管網(wǎng)壓力的變化、系統(tǒng)能耗參數(shù)等，如果采用傳統(tǒng)的管理方法來(lái)處理，會(huì)引起大量問(wèn)題，不采取有效措施加以處理，導(dǎo)致工作效率降低[3]。

3 換熱站節(jié)能運(yùn)行技術(shù)

3.1 換熱站設(shè)計(jì)

在規(guī)劃過(guò)程中，換熱器站應(yīng)符合當(dāng)前加熱條件，并預(yù)留較長(zhǎng)期的自由量。在解釋條件下，換熱器的額定功率必須與其熱負(fù)荷相匹配，以便其出口溫度達(dá)到額定溫度，而不考慮換熱器系統(tǒng)中循環(huán)水的流速。當(dāng)它們之間存在較大差異時(shí)，換熱器二級(jí)側(cè)出口溫度高于或低于設(shè)計(jì)值。在這兩種操作條件下，高于設(shè)計(jì)值的熱量供應(yīng)、降低的系統(tǒng)效率和增加的初始系統(tǒng)投資都會(huì)導(dǎo)致。低于設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)散熱不足。因此，合理設(shè)計(jì)換熱器站是換熱器站節(jié)能運(yùn)行的前提。

3.2 系統(tǒng)平衡優(yōu)化調(diào)節(jié)

在供熱系統(tǒng)中，城市主網(wǎng)傳輸效率較高，而小區(qū)次網(wǎng)通常熱損失較大，水力不平衡現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在傳導(dǎo)過(guò)程中。集中供熱管網(wǎng)節(jié)能優(yōu)化改造的目標(biāo)是保證供熱用戶的熱質(zhì)量。保證設(shè)備安全高效運(yùn)行的同時(shí)，可以調(diào)整管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水力補(bǔ)償，提高管網(wǎng)的傳輸效率。用戶加熱需求和管道內(nèi)壓力也可以通過(guò)改造泵和循環(huán)泵的注水來(lái)調(diào)節(jié)，以提高水力平衡并降低能耗。

3.3 提高換熱站管理人員素質(zhì)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技取得了明顯的進(jìn)步，換熱設(shè)備得到了更新，設(shè)備的操作是管理者的基本工作。但是，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，管理者對(duì)設(shè)備的使用不熟悉，數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的大部分線路都不相連，因此換熱站設(shè)備無(wú)法發(fā)揮有效作用，換熱站的存在是免費(fèi)的。在這種情況下，有必要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)能力的培訓(xùn)，通過(guò)培訓(xùn)提高其可操作性，一方面有效地保證設(shè)備的正常運(yùn)行，另一方面提高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，確保換熱站的節(jié)能運(yùn)行[4]。

3.4 水質(zhì)控制技術(shù)

當(dāng)前，中央供暖運(yùn)行過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)是水質(zhì)。供熱管道的水質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)大大增加管道堵塞的發(fā)生，進(jìn)而影響換熱站的正常運(yùn)行。因此，有關(guān)人員可以加強(qiáng)水質(zhì)控制技術(shù)的應(yīng)用，減少管線中的泥沙，降低管線中水流的阻力，保證管線中水流的熱量，保證有關(guān)用戶的熱量需求。同時(shí)，有關(guān)人員在使用水質(zhì)控制技術(shù)時(shí)，必須確保水質(zhì)pH值保持在10 ~ 13，嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提高水質(zhì)控制技術(shù)的應(yīng)用水平，保證中央供暖機(jī)組熱交換站的正常運(yùn)行和發(fā)展。

3.5 強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)，完善節(jié)能措施

關(guān)于實(shí)際情況，換熱器站將在應(yīng)用過(guò)程中造成一定程度的能量損失，這個(gè)問(wèn)題也將直接影響供熱行業(yè)的發(fā)展。但是，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，換熱器站是不可缺少的組成部分。為了解決能源過(guò)度消耗的問(wèn)題，有關(guān)人員必須充分了解換熱器站的應(yīng)用知識(shí)，以節(jié)能環(huán)保為主要目標(biāo)開(kāi)展相關(guān)工作，制定有效的節(jié)能措施，確保換熱器站能夠在穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。此外，有關(guān)人員應(yīng)及時(shí)掌握節(jié)能措施的應(yīng)用方法，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確保換熱器站的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，有關(guān)人員在應(yīng)用換熱器站時(shí)應(yīng)認(rèn)真貫徹節(jié)能理念，不斷優(yōu)化自身節(jié)能措施，提高應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的，確保供熱企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展[5]。

3.6 引用科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化換熱站設(shè)備

供熱企業(yè)的許多內(nèi)部員工缺乏節(jié)能意識(shí)，節(jié)能降耗不是實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的主要目標(biāo)，導(dǎo)致?lián)Q熱器臺(tái)站實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能耗過(guò)度的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，有關(guān)人員應(yīng)不斷優(yōu)化應(yīng)用價(jià)格，適當(dāng)調(diào)整供熱設(shè)備的供熱壓力，定期更新供熱設(shè)備，等待設(shè)備，避免供熱設(shè)備出現(xiàn)一系列質(zhì)量問(wèn)題，影響供熱效果。此外，供熱企業(yè)應(yīng)及時(shí)學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，將技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，同時(shí)培訓(xùn)相關(guān)人員掌握應(yīng)用知識(shí)，確保每位員工都具備較強(qiáng)的應(yīng)用能力，以提高換熱站的節(jié)能效果。同時(shí)，有關(guān)企業(yè)應(yīng)在換熱站建成并滿足使用要求后，充分了解客戶需求和換熱站的實(shí)際規(guī)模，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況調(diào)整循環(huán)水量，避免因水量過(guò)大而浪費(fèi)資源。換熱站運(yùn)行時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)合理選擇水源熱量指標(biāo)，根據(jù)用戶的熱能需求和用戶總數(shù)有效分配，并通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)控制水量，避免使用數(shù)據(jù)參數(shù)分析方法，影響水量調(diào)整的準(zhǔn)確性。

3.7 回水溫度調(diào)節(jié)法

假設(shè)加熱系統(tǒng)處于理想的穩(wěn)定狀態(tài)，不考慮熱量損失。根據(jù)能量計(jì)算公式，供熱等于流量的乘積，回水與比熱容量的溫差。流量與回水溫差之間存在負(fù)關(guān)系。隨著流量的增加，進(jìn)水和退水之間的溫差降低，回水溫度升高。因此，在同一個(gè)換熱器站的加熱區(qū)，供水溫度相等，因此只需調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥，使每個(gè)熱用戶的回水溫度保持恒定，以確保每個(gè)熱用戶的循環(huán)流量達(dá)到額定值。該方法簡(jiǎn)單，要求設(shè)備精度低，但其缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。具有明顯的熱滯后現(xiàn)象，溫度不能及時(shí)反映閥門(mén)開(kāi)口的變化，即流量變化后，需要一段時(shí)間才能反映回水溫度。因此，這種方法的應(yīng)用受到限制：供暖人員必須具有具體的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)；準(zhǔn)確度低，需要多次調(diào)整，周期長(zhǎng)，耗費(fèi)大量人力和材料資源。供熱系統(tǒng)沿線熱損失難以控制，進(jìn)出水的溫度不能準(zhǔn)確反映管網(wǎng)的信息[6]。

3.8 調(diào)度中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控

并按照調(diào)度控制指令遠(yuǎn)程服務(wù)和控制溫度。①主網(wǎng)上電控閥的控制。實(shí)現(xiàn)了平衡氣候和恒溫供水的功能，即可以結(jié)合具體的氣候變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱。采用PLC技術(shù)，以室外溫度變化為重要參考，確定二級(jí)電網(wǎng)側(cè)的熱量供應(yīng)。對(duì)實(shí)際測(cè)量值與目標(biāo)值進(jìn)行比較分析，完成PID閉環(huán)設(shè)置，用調(diào)節(jié)器向電控閥發(fā)送信號(hào)并調(diào)節(jié)其開(kāi)口，從而有效地變換了主電網(wǎng)側(cè)的流速，實(shí)現(xiàn)了二次電網(wǎng)側(cè)的供熱調(diào)節(jié)目的。②二級(jí)電網(wǎng)循環(huán)水泵變頻控制。PID控制可以在二次網(wǎng)的進(jìn)水和退水壓力差上進(jìn)行，即使最差的點(diǎn)也可以處于正常加熱狀態(tài)，壓力差設(shè)定點(diǎn)可以結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定。③化妝泵變頻控制。一般情況下，應(yīng)根據(jù)二次網(wǎng)的背壓，將自動(dòng)水位信號(hào)與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)實(shí)際值小于設(shè)定值時(shí)，表示系統(tǒng)處于電壓狀態(tài)，啟動(dòng)水泵給系統(tǒng)充水。在對(duì)PID進(jìn)行合理控制的背景下，調(diào)整超行程泵的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)上自動(dòng)跟蹤的目標(biāo)。④保護(hù)。第一，壓力損耗保護(hù)的功能。如果回水壓力低于第一個(gè)限值（水軸突設(shè)定值）且高于第二個(gè)限值（最小限值），循環(huán)水泵將自動(dòng)鎖定。此時(shí)，自動(dòng)供水軸泵投入運(yùn)行，充水。當(dāng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中反饋壓力持續(xù)下降時(shí)，阿庫(kù)斯托光學(xué)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)并報(bào)警布置機(jī)構(gòu)。第二，疊印保護(hù)的功能。主要是為了達(dá)到二次網(wǎng)的供水壓力，超過(guò)上限時(shí)自動(dòng)鎖定循環(huán)水泵。第三，關(guān)機(jī)保護(hù)的功能。停電后，電動(dòng)控制閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，熱源也會(huì)關(guān)閉。在這種情況下，控制器和變頻器會(huì)自動(dòng)復(fù)位，使設(shè)置的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)始終處于斷電前的狀態(tài)[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

概括地說(shuō)，中國(guó)城市化和科技進(jìn)步導(dǎo)致中央供暖系統(tǒng)的應(yīng)用水平不斷提高。但是，傳統(tǒng)加熱過(guò)程中的過(guò)度能源消耗影響了我國(guó)自然生態(tài)環(huán)境的健康。因此，相關(guān)人員必須加強(qiáng)現(xiàn)代先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和設(shè)備在日常工作中的應(yīng)用，提高相關(guān)能源和資源的利用率，同時(shí)提高相關(guān)企業(yè)和單位的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。