某集總采暖系統(tǒng)現(xiàn)狀評(píng)估及節(jié)能診斷

喬磊QIAO Lei；白新奎BAI Xin-kui；鄧秦生DENG Qin-sheng；白旭BAI Xu；李恭斌LI Gong-bin；孫玉成SUN Yu-cheng

（①西安熱工研究院有限公司，西安 710054；②華能甘肅能源開發(fā)有限公司，蘭州 730071；③華能蘭州新區(qū)熱電有限公司，蘭州 730299）

0 引言

隨著近幾年伊敏河鎮(zhèn)的城市建設(shè)快速發(fā)展，居民對(duì)于生活品質(zhì)的要求也不斷提高，其中就包括供熱質(zhì)量。伊敏河鎮(zhèn)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)集中供熱面積近150 萬平方米，70%的居民戶實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一集中采暖和24 小時(shí)熱水供應(yīng)。

對(duì)于地處嚴(yán)寒的伊敏河鎮(zhèn)而言，供熱安全與供熱質(zhì)量是保證供暖期居民生活品質(zhì)最重要的因素。為了滿足供熱負(fù)荷逐年增長的需求，并提高熱網(wǎng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，提高熱網(wǎng)的整體供熱能力，同時(shí)改善熱網(wǎng)水力工況，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。本文結(jié)合設(shè)備和系統(tǒng)的模型資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備的能耗進(jìn)行了測算和分析。分析換熱站和管網(wǎng)運(yùn)行狀況及能耗水平，并針對(duì)現(xiàn)有問題提出節(jié)能優(yōu)化措施。

1 工程概況

伊敏河鎮(zhèn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部鄂溫克族自治旗境內(nèi)，北距呼倫貝爾市海拉爾區(qū)85 公里。伊敏河鎮(zhèn)參照海拉爾地區(qū)供熱設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012[1]，采暖期由當(dāng)年的9 月20日至第二年的5 月10 日共232 天，冬季采暖室外計(jì)算溫度為-31.6℃，采暖期平均氣溫為-14.3℃，采暖期內(nèi)室內(nèi)計(jì)算溫度為18℃。

伊敏河鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)承擔(dān)全部民用及部分工業(yè)建筑集中供熱任務(wù)，并承擔(dān)著居民區(qū)及部分生產(chǎn)區(qū)域24 小時(shí)生活熱水供應(yīng)任務(wù)。按區(qū)域可分為新源區(qū)和濱河區(qū)供熱系統(tǒng)，采用熱源—一次熱網(wǎng)—換熱站—二次熱網(wǎng)—熱用戶的間供結(jié)構(gòu)，供熱系統(tǒng)共有20 座換熱站，其中新源區(qū)供熱系統(tǒng)共有8 個(gè)換熱站，而濱河區(qū)供熱系統(tǒng)共有12 個(gè)換熱站，新源區(qū)和濱河區(qū)各換熱站面積如表1-表2 所示，熱源總供熱面積為151.9 萬平方米。

表1 新源區(qū)換熱站及供熱面積

表2 濱河區(qū)換熱站及供熱面積

2 工程現(xiàn)狀分析

2.1 熱負(fù)荷分析

建筑采暖熱負(fù)荷可依據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2010）[2]推薦熱指標(biāo)計(jì)算，如表3 和表4，由于伊敏河全年低于-31.6℃的天數(shù)超過20 天，為充分保證居民供熱質(zhì)量，取表3 中推薦值上限計(jì)算。濱河區(qū)平房等老舊建筑較多，核算后綜合熱指標(biāo)為101.8W/m2（含生活熱水熱指標(biāo)）；新源區(qū)多為近年來新建的多層建筑，核算后綜合采暖熱指標(biāo)為77W/m2（含生活熱水指標(biāo)）。

表3 采暖熱指標(biāo)推薦值（W/m2）

表4 居民住宅區(qū)供暖期生活熱水熱指標(biāo)（W/m2）

該供熱系統(tǒng)年耗熱量可按下式（1）-（2）計(jì)算

式中：Qa，h—采暖全年耗熱量，GJ/a；N—采暖期天數(shù)，天；Qh—采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷kW；twj—采暖室外計(jì)算溫度：℃；tn—采暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃；tp，j—供暖室外平均溫度，℃；q—采暖熱指標(biāo)，W/m2；A—采暖建筑物的建筑面積，m2。

經(jīng)計(jì)算，采暖熱負(fù)荷及年耗量如表5 所示。

表5 采暖熱負(fù)荷及年耗量

2.2 熱源分析

伊敏地區(qū)集中供熱熱源為伊敏電廠供熱機(jī)組，是典型的與煤礦煤水灰緊密聯(lián)系的坑口電廠，現(xiàn)有裝機(jī)容量3400MW。一期工程安裝兩臺(tái)500MW 超臨界燃煤火力發(fā)電機(jī)組，分別于1998 年11 月和1999 年9 月投產(chǎn)發(fā)電；二期工程安裝兩臺(tái)600MW 國產(chǎn)亞臨界燃煤火力發(fā)電機(jī)組，于2007 年實(shí)現(xiàn)雙機(jī)環(huán)保項(xiàng)目與主體工程同步投產(chǎn)發(fā)電；三期工程安裝兩臺(tái)600MW 國產(chǎn)超臨界燃煤火力發(fā)電機(jī)組，分別于2010 年和2011 年投產(chǎn)發(fā)電。

伊敏電廠目前4 臺(tái)機(jī)組均為不可調(diào)整抽汽式機(jī)組，其中二期2 臺(tái)機(jī)組為不能抽汽機(jī)組。一期和三期機(jī)組擔(dān)負(fù)著伊敏地區(qū)居民及生產(chǎn)單位的采暖供熱任務(wù)。一期和三期機(jī)組汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表6。

表6 一期和三期汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 熱網(wǎng)分析

伊敏河鎮(zhèn)集中供暖系統(tǒng)由熱源、換熱站及管網(wǎng)組成，熱源側(cè)由汽輪機(jī)組抽汽至首站完成一次網(wǎng)換熱，經(jīng)由電廠首站熱網(wǎng)循環(huán)泵送至各換熱站。濱河區(qū)由一期機(jī)組供熱，新源區(qū)由三期機(jī)組抽汽供熱。一次網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度110/70℃，二次網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度70/50℃，管道設(shè)計(jì)壓力1.2MPa，采用有償直埋敷設(shè)，供熱管網(wǎng)圖如圖1-圖2 所示。

圖1 濱河區(qū)供熱管網(wǎng)圖

圖2 新源區(qū)供熱管網(wǎng)圖

在采暖系統(tǒng)中，一般情況下，主干線設(shè)計(jì)比摩阻小于70Pa/m，支線比摩阻不應(yīng)大于300Pa/m。通過建模計(jì)算濱河區(qū)和新源區(qū)兩個(gè)熱力管網(wǎng)比摩阻絕大部分在70Pa/m以下。

熱水供熱管網(wǎng)介質(zhì)流速不應(yīng)大于3.5m/s。通過建模計(jì)算，濱河和新源區(qū)管網(wǎng)介質(zhì)流速均在2m/s 左右，介質(zhì)流速在合理范圍內(nèi)。

為避免供熱管網(wǎng)超壓，需對(duì)最不利環(huán)路進(jìn)行計(jì)算，最不利環(huán)路是指在熱水網(wǎng)路的各相互并聯(lián)環(huán)路中，平均比壓降最小的一個(gè)環(huán)路。一般是指距熱源最遠(yuǎn)的環(huán)路。通過計(jì)算最不利環(huán)路壓降均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 換熱站分析

伊敏河鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)共有20 個(gè)換熱站，一次網(wǎng)熱源來水進(jìn)入換熱站熱網(wǎng)、熱水一次側(cè)通過換熱機(jī)組換熱，二次側(cè)進(jìn)用戶小區(qū)或生活熱水管。換熱站內(nèi)設(shè)有換熱器、循環(huán)泵、調(diào)節(jié)閥們等。各站實(shí)際情況大同小異，采暖循環(huán)泵配置大多為2 用1 備，補(bǔ)水泵和熱水循環(huán)泵1 用1 備。各換熱站換熱面積如表7 所示。

表7 各換熱站換熱面積

為對(duì)換熱站的耗熱量和耗電量進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用式（3）和式（4）分別計(jì)算單位面積耗熱量和單位面積耗電量。

式中，Qy0—換熱站一次側(cè)輸入熱量，GJ；Ay—換熱站面積，m2。

式中，E—供暖期耗電量，kWh；A—換熱站面積，m2。

在《GB/T-50893-2013 供熱系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》[3]中規(guī)定嚴(yán)寒地區(qū)供暖建筑單位面積耗熱量應(yīng)小于0.50 GJ/m2，耗電量應(yīng)小于1.5kWh/m2，而計(jì)算結(jié)果顯示僅有6個(gè)換熱站符合兩項(xiàng)要求。這主要由兩個(gè)方面造成，一個(gè)方面生活熱水負(fù)荷指標(biāo)偏高和供熱室內(nèi)溫度普遍偏高導(dǎo)致耗熱量偏高，另一方面，為大流量小溫差運(yùn)行導(dǎo)致循環(huán)泵功耗變高。

2.5 智能化運(yùn)行現(xiàn)狀

伊敏河地區(qū)換熱站運(yùn)行調(diào)節(jié)方式仍以人工手段為主，憑借運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)?zāi)：{(diào)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)按需供熱，也不利于熱網(wǎng)節(jié)能降耗。換熱站一次網(wǎng)、二次網(wǎng)的供回水管道分別布置有溫度、壓力測點(diǎn)、流量測點(diǎn)，水箱配有軟化水裝置，安裝有壓力變送器（計(jì)算液位）、軟化水補(bǔ)水流量計(jì)。循環(huán)泵大部分為就地軟啟動(dòng)，部分采用一拖二變頻控制，補(bǔ)水泵大部分為一拖二變頻模式，采用恒壓力補(bǔ)水，但大多數(shù)站現(xiàn)場監(jiān)控操作設(shè)備落后，仍采用按鈕式操作和數(shù)顯表監(jiān)視。

2.6 診斷分析

伊敏地區(qū)換熱站總體維護(hù)情況較好，這與伊敏地區(qū)熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)理念是分不開的，但換熱站的控制系統(tǒng)仍存在一些問題，具體如下：

①大部分換熱站配有先進(jìn)的自控系統(tǒng)，配置規(guī)模也符合現(xiàn)代化智慧供熱的要求，但系統(tǒng)未充分發(fā)揮出其效果，利用率不高，僅僅起到采集傳輸運(yùn)行基本數(shù)據(jù)的功能。

②一次網(wǎng)尚缺少自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，采用人工手調(diào)無法做到按需供熱、實(shí)時(shí)調(diào)整，且對(duì)調(diào)控效果無法得出合理判斷，易造成用戶側(cè)過熱、欠熱或冷熱不均的現(xiàn)象。

③監(jiān)控中心缺乏天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不能為整個(gè)熱網(wǎng)的科學(xué)運(yùn)行提供有效的氣象指導(dǎo)。

④監(jiān)控軟件功能單一，系統(tǒng)仍處于半自動(dòng)運(yùn)行模式，僅僅做到了數(shù)據(jù)的可監(jiān)測，運(yùn)行過程中需要人工參與的調(diào)節(jié)控制點(diǎn)較多，缺乏先進(jìn)的控制算法以及全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)模塊。

⑤水、電表計(jì)未接入控制系統(tǒng)，不能形成系統(tǒng)化的可追溯數(shù)據(jù)源，無法對(duì)節(jié)能量進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估。

⑥換熱站仍采用模擬型攝像機(jī)，畫面像素質(zhì)量較差，目前工業(yè)現(xiàn)場大多采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字型攝像機(jī)作為監(jiān)控設(shè)備。

3 結(jié)論

本文對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)伊敏河鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，存在換熱站單位面積耗熱量和耗電量都偏高的現(xiàn)象，且換熱站二次網(wǎng)采暖循環(huán)水流量偏高，供回水溫差偏小。未來需對(duì)換熱站的能耗和電耗進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，同時(shí)以軟件系統(tǒng)為主，同時(shí)更換或增設(shè)性能更優(yōu)的硬件設(shè)備設(shè)施。