熱網系統中換熱站的節能優化
摘 要(yao)(yao)(yao)：城市集中(zhong)供熱(re)(re)是(shi)節能(neng)、環保(bao)的重(zhong)要(yao)(yao)(yao)途(tu)徑(jing)，是(shi)城市現代化建設的主要(yao)(yao)(yao)基(ji)礎建設之一。隨著國家環境保(bao)護(hu)政(zheng)策(ce)的深(shen)入落實和能(neng)源供應日(ri)趨緊張，中(zhong)小(xiao)型區域(yu)鍋爐房(fang)集中(zhong)供熱(re)(re)方式進一步縮減，而以熱(re)(re)電(dian)廠為熱(re)(re)源的換熱(re)(re)站供熱(re)(re)系(xi)統所占比例越(yue)來越(yue)重(zhong)。
關鍵詞：集中供熱(re)(re)，節能，換熱(re)(re)站，循環泵
1.換熱站優化(hua)：
作為集中供(gong)(gong)熱(re)(re)系(xi)統的(de)(de)主要(yao)(yao)組成部分(fen)——換熱(re)(re)站(zhan)，是供(gong)(gong)熱(re)(re)系(xi)統的(de)(de)重要(yao)(yao)樞紐(niu)，是解決水(shui)力(li)平(ping)衡(heng)的(de)(de)關(guan)鍵，是供(gong)(gong)熱(re)(re)節(jie)能的(de)(de)主要(yao)(yao)環節(jie)，是供(gong)(gong)熱(re)(re)企業主要(yao)(yao)節(jie)能利潤的(de)(de)增長點。在(zai)換熱(re)(re)站(zhan)的(de)(de)設計(ji)中，換熱(re)(re)器、循環水(shui)泵(beng)、補水(shui)泵(beng)的(de)(de)選型(xing)是否合理，直接(jie)影響整個供(gong)(gong)熱(re)(re)系(xi)統的(de)(de)運(yun)行效果(guo)。
熱網系統構成
換熱(re)站(zhan)相當(dang)于變(bian)電(dian)所是熱(re)源與直接(jie)用戶之(zhi)間(jian)的(de)調劑站(zhan)，主要由換熱(re)器、水泵、閥門(men)、控制系統以及水處理(li)系統組成。關于換熱(re)站(zhan)的(de)節能優(you)化(hua)，我們(men)可以從組成設備入(ru)手。
1)根據換熱(re)(re)器的(de)(de)(de)額(e)定出力(li)和系統的(de)(de)(de)設(she)計熱(re)(re)負荷(he)初選出換熱(re)(re)器后(hou)，應根據初選的(de)(de)(de)換熱(re)(re)器的(de)(de)(de)面(mian)積指標及(ji)供(gong)熱(re)(re)系統實際的(de)(de)(de)設(she)計及(ji)運(yun)行參數(shu)，對其熱(re)(re)力(li)能力(li)進行校核。一(yi)般換熱(re)(re)器的(de)(de)(de)出力(li)為用戶(hu)最大(da)熱(re)(re)負荷(he)的(de)(de)(de)120%～130%,換熱(re)(re)器的(de)(de)(de)出口壓力(li),不應小于最高供(gong)水溫度加20℃ 的(de)(de)(de)相應飽和壓力(li)。
2)循環泵的(de)選(xuan)型是(shi)否合理，對整個供熱系統的(de)經濟合理運行起著很重要(yao)的(de)作(zuo)用。
循環水(shui)泵(beng)流量的計算公式(shi)：
式中：
G —循環(huan)水(shui)泵流量(liang)(t/h )
T1 —循環水回水溫度(℃)
T2 —循(xun)環水供水溫度(℃)
Qn —設計熱負荷(he)(KW )
Cp —循環水(shui)的平均(jun)比熱(KJ/kg )
循環(huan)水泵揚程的計(ji)算公式
H =(1.05～1.15)×h
H：循環泵(beng)的(de)揚程(cheng) mH2O
h：阻力損失，mH2O，一般取3～5 mH2O
例如：在大(da)型(xing)換(huan)熱站供熱系(xi)統中(zhong)，循(xun)(xun)環水泵(beng)(beng)可以選擇三(san)檔，流量分(fen)別為(wei)設計工(gong)況(kuang)的(de)(de)(de)100%，80%和(he)60%，揚程分(fen)別為(wei)設計工(gong)況(kuang)的(de)(de)(de)100%，62%和(he)36%。三(san)種(zhong)(zhong)水泵(beng)(beng)分(fen)別在高(gao)、中(zhong)、低三(san)種(zhong)(zhong)負(fu)荷狀態(tai)下(xia)運(yun)行(xing)，在循(xun)(xun)環水泵(beng)(beng)效率(lv)大(da)致相等的(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，三(san)種(zhong)(zhong)水泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)功率(lv)比(bi)大(da)致為(wei)100：51：21.6，并且這三(san)種(zhong)(zhong)循(xun)(xun)環水泵(beng)(beng)中(zhong)相鄰型(xing)號的(de)(de)(de)水泵(beng)(beng)可以互為(wei)備用，這樣系(xi)統運(yun)行(xing)時節能效果(guo)非常(chang)顯著。
3)熱網(wang)(wang)水力(li)失調問(wen)題損(sun)失的(de)熱量比沿途(tu)的(de)散熱損(sun)失影響更大。從(cong)供(gong)熱的(de)輸送效率考慮，當然(ran)希望管網(wang)(wang)的(de)熱損(sun)失越小(xiao)越好。
繪制水壓圖(tu)可(ke)以全(quan)面(mian)地反映熱網和各(ge)熱用戶(hu)的壓力狀況，并(bing)確定使(shi)其實(shi)現的技(ji)術(shu)措施。在(zai)運行中，通過熱水管路的實(shi)際(ji)水壓圖(tu)，可(ke)以全(quan)面(mian)了解整(zheng)個系統(tong)在(zai)調節(jie)過程中或出現故(gu)障(zhang)時的壓力狀況，從而發(fa)現關鍵性矛盾和采取必要的技(ji)術(shu)措施，保證(zheng)安全(quan)運行。
管(guan)網上任何一點的壓(ya)(ya)力(li)，1公(gong)里衰(shuai)減10公(gong)斤壓(ya)(ya)力(li)(1兆帕=10公(gong)斤壓(ya)(ya)力(li))，壓(ya)(ya)頭(tou)就是壓(ya)(ya)差 ，機組一次側按照(zhao)10米(mi)自動(dong)壓(ya)(ya)差設計(ji)(ji)，5公(gong)里管(guan)路比(bi)摩阻100帕，主管(guan)線(xian)、三通點、補水(shui)定(ding)壓(ya)(ya)定(ding)壓(ya)(ya)點、管(guan)徑設計(ji)(ji)根據比(bi)摩阻設計(ji)(ji)流(liu)速高管(guan)徑小投資小，管(guan)內流(liu)速不(bu)(bu)能超(chao)過3.5米(mi)， 支線(xian)不(bu)(bu)超(chao)過300帕，當(dang)自動(dong)壓(ya)(ya)頭(tou)超(chao)過4公(gong)斤需要加(jia)自制(zhi)差壓(ya)(ya)控(kong)制(zhi)閥。
我們采用兩種熱網(wang)水力輸送(song)輸配(pei)形式：附加阻力平(ping)衡和(he)附加壓頭平(ping)衡
供(gong)熱系統(tong)的節(jie)能比例
附加阻力(li)(li)(li)(li)平衡：當一級網采用質量并調時，在靠近熱(re)源端(duan)的(de)(de)熱(re)力(li)(li)(li)(li)站入口加裝(zhuang)自力(li)(li)(li)(li)式(shi)壓(ya)差(cha)控制器;對于二(er)級網在樓熱(re)力(li)(li)(li)(li)入口的(de)(de)平衡調節，則應結合戶內采暖系統型(xing)式(shi)選擇。當換熱(re)站內一級網的(de)(de)資用壓(ya)頭超過40m，或(huo)者超過電動調節閥的(de)(de)最(zui)大關斷能力(li)(li)(li)(li)時應加裝(zhuang)自力(li)(li)(li)(li)式(shi)差(cha)壓(ya)控制閥，以實現(xian)換熱(re)站的(de)(de)有效調節。
附加壓頭(tou)平衡：采用分布式變頻系統來減少資(zi)用壓頭(tou)，盡(jin)量減少熱(re)媒輸送過程中的無(wu)效電(dian)耗，保證必須的有效電(dian)耗，可以(yi)有效的節約一級網的電(dian)耗30~50%。
2.小(xiao)型熱(re)力站(zhan)的優越性：
熱力站(zhan)越愈(yu)大，一(yi)級(ji)(ji)網(wang)愈(yu)短(duan)，二級(ji)(ji)網(wang)愈(yu)長，而一(yi)級(ji)(ji)網(wang)的溫(wen)差大，相(xiang)對流量小(xiao)，管(guan)(guan)徑小(xiao)，鋼(gang)材消耗量少。二級(ji)(ji)網(wang)的溫(wen)差小(xiao)、流量大、管(guan)(guan)徑大、耗鋼(gang)量大。這樣，熱力站(zhan)愈(yu)大二級(ji)(ji)網(wang)的投(tou)資愈(yu)大，管(guan)(guan)網(wang)的總投(tou)資愈(yu)高(gao)。當熱力站(zhan)小(xiao)到一(yi)幢樓一(yi)個時，供熱系統就只有一(yi)級(ji)(ji)網(wang)，所以管(guan)(guan)網(wang)的總投(tou)資比(bi)大型熱力站(zhan)還(huan)低。
一(yi)次網的(de)調(diao)節，是由安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)二次網上的(de)供水溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)室(shi)外的(de)室(shi)外溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)通過檢測(ce)二次網供水(或其它介質)的(de)溫(wen)度(du)信號和實時室(shi)外溫(wen)度(du)信號，作為反饋信號轉給中央控(kong)(kong)制器(qi)，由中央控(kong)(kong)制器(qi)輸出信號控(kong)(kong)制安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)一(yi)次網上調(diao)節閥的(de)開度(du)，來(lai)調(diao)節一(yi)次網的(de)流量。
二(er)次(ci)(ci)(ci)網的(de)調(diao)節(jie)(jie)，采(cai)用溫度(du)調(diao)節(jie)(jie)和變流量調(diao)節(jie)(jie)兩種控制方(fang)式(shi)，二(er)次(ci)(ci)(ci)網質(zhi)的(de)調(diao)節(jie)(jie);二(er)次(ci)(ci)(ci)網量的(de)調(diao)節(jie)(jie)(該(gai)控制方(fang)式(shi)特別適合采(cai)暖用戶(hu)(hu)是分戶(hu)(hu)計量的(de)工況);二(er)次(ci)(ci)(ci)網質(zhi)調(diao)節(jie)(jie)并量調(diao)節(jie)(jie)(這樣用戶(hu)(hu)的(de)管網處(chu)于(yu)大(da)溫差小流量運行(xing)狀態(tai)，達(da)到最(zui)優節(jie)(jie)能的(de)效果)。
綜合技術比較小型熱(re)力站有以下優勢
1)它的熱負荷計算(suan)可以很精(jing)確，不是簡(jian)單地套用熱指標，有利(li)于節能。
2)二(er)(er)次側(ce)循環水泵針對每(mei)座樓房精確地選(xuan)定二(er)(er)次循環泵的(de)流量和水力 。
3)小型(xing)機組(zu)的壓降只有20~25Kpa，從而(er)降低(di)了運行(xing)成本。由于泵的功率(lv)降低(di)，它可(ke)以用低(di)噪(zao)音，內置式變頻器一體化水泵。
4)另外，因管網失水少，它可以用一次網回水補二次網，省去補水裝置，減(jian)少O2的腐蝕，延長管網壽命。
3.采用熱網監控系統：
3.1監(jian)控系(xi)統(tong)的組成
隨著(zhu)網絡技(ji)術(shu)的飛速發展，各(ge)種虛(xu)擬寬(kuan)帶(dai)技(ji)術(shu)已(yi)經越(yue)來(lai)越(yue)成熟，在熱(re)(re)網系(xi)統中使用(yong)熱(re)(re)網監控系(xi)統，可以(yi)及時監測(ce)參數(shu)、了(le)解系(xi)統工況，均勻(yun)調節流量、消除冷熱(re)(re)不均，合理匹配工況、保證按需供熱(re)(re)及時診(zhen)斷故障、確保安全(quan)運(yun)行(xing)，健全(quan)運(yun)行(xing)檔案(an)、實(shi)現量化管理。
1)在供(gong)熱供(gong)暖(nuan)生產過(guo)程中，存在大量的物理量，如(ru)壓力、溫度(du)、流量等模擬量參(can)數，通過(guo)PLC對這些參(can)數進行實(shi)時(shi)采集和(he)處理。
2)換熱站的自(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)，即實現(xian)整個進汽和供水過程的全自(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)，進行(xing)故障診斷，并在監控(kong)畫面上顯(xian)示各工(gong)況參數并控(kong)制(zhi)設備(bei)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)。
3)根(gen)據本(ben)地的(de)(de)氣候條(tiao)(tiao)(tiao)件以(yi)及供(gong)(gong)熱(re)對(dui)象的(de)(de)特(te)(te)性，給(gei)出(chu)一條(tiao)(tiao)(tiao)室(shi)(shi)(shi)外(wai)溫度與二(er)(er)次供(gong)(gong)水溫度之間(jian)的(de)(de)對(dui)應曲(qu)(qu)線。控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)可以(yi)通(tong)(tong)過(guo)這(zhe)條(tiao)(tiao)(tiao)曲(qu)(qu)線根(gen)據室(shi)(shi)(shi)外(wai)溫度傳感器(qi)測量的(de)(de)室(shi)(shi)(shi)外(wai)溫度對(dui)一次供(gong)(gong)汽流量進行(xing)控(kong)制(zhi)(zhi)，已(yi)達(da)到對(dui)二(er)(er)次供(gong)(gong)水溫度的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)。此設(she)計的(de)(de)特(te)(te)點(dian)在(zai)于能夠通(tong)(tong)過(guo)室(shi)(shi)(shi)外(wai)溫度對(dui)二(er)(er)次供(gong)(gong)水的(de)(de)溫度進行(xing)控(kong)制(zhi)(zhi)，以(yi)達(da)到節省能源，提(ti)高供(gong)(gong)熱(re)質量的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。另外(wai)在(zai)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)中增(zeng)加晚(wan)間(jian)節能的(de)(de)設(she)置，根(gen)據需(xu)要設(she)置晚(wan)間(jian)供(gong)(gong)熱(re)溫度。
4)自控系統通過加入時(shi)間(jian)日程表(biao)的(de)控制，實現一天當中不(bu)同(tong)時(shi)刻(ke)對應(ying)不(bu)同(tong)的(de)溫(wen)度。
5)通過(guo)采用(yong)壓(ya)力傳感(gan)器(qi)、控(kong)制器(qi)以(yi)(yi)及變頻(pin)(pin)器(qi)來實(shi)(shi)現對(dui)二次供水壓(ya)力的控(kong)制，由于(yu)控(kong)制器(qi)可編程(cheng)的靈活性，可以(yi)(yi)實(shi)(shi)現變頻(pin)(pin)器(qi)的低頻(pin)(pin)限制，以(yi)(yi)避免變頻(pin)(pin)器(qi)、水泵(beng)(beng)長時間在(zai)低頻(pin)(pin)運(yun)行(xing)，從而(er)保護電機及變頻(pin)(pin)器(qi)。當(dang)一(yi)臺補水泵(beng)(beng)無法通過(guo)
變頻(pin)補水(shui)達到所要求(qiu)的(de)壓力時(shi)，控制(zhi)器可使另(ling)一臺備用泵(beng)以工頻(pin)的(de)方式進行補水(shui)。最終(zhong)實現更加智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)恒壓補水(shui)控制(zhi)。
6)對(dui)調節系統可(ke)采(cai)用(yong)(yong)手操器控制，確保進汽(水)和(he)供水的(de)溫度、壓(ya)力準確穩(wen)定，使換熱(re)溫度達到用(yong)(yong)戶的(de)要求，并(bing)對(dui)其(qi)故障實現(xian)實時報(bao)警(jing)和(he)連(lian)鎖啟停切換控制。
7)該換熱站監(jian)控(kong)系統共需處理12個(ge)數字量輸(shu)(shu)入(ru)點(dian)(dian)、6個(ge)數字量輸(shu)(shu)出點(dian)(dian)、15個(ge)模擬量輸(shu)(shu)入(ru)點(dian)(dian)和(he)3個(ge)模擬量輸(shu)(shu)出點(dian)(dian)。(單板單換)
8)可使(shi)運行操作人(ren)員通過(guo)上位機中的視頻窗口實時監控現場設(she)備運行狀況。
熱(re)(re)源從冷(leng)熱(re)(re)源廠(chang)出來經(jing)(jing)過(guo)濾(lv)器過(guo)濾(lv)、電動(dong)(dong)調節閥控(kong)制流量(liang)、到達(da)板式換熱(re)(re)器與二(er)次網介(jie)(jie)質進行換熱(re)(re)后回(hui)到熱(re)(re)源廠(chang);二(er)次側(ce)介(jie)(jie)質在循(xun)環泵的帶動(dong)(dong)下(xia)經(jing)(jing)板式換熱(re)(re)器換熱(re)(re)后，送到用戶(hu)，再(zai)從用戶(hu)處回(hui)到機組換熱(re)(re)。
按(an)照上(shang)述(shu)設(she)計要求(qiu)，整個換(huan)熱站自控系統(tong)可(ke)具有良好的自適應能力(li)，完(wan)全可(ke)以實現無人值(zhi)守、高效節(jie)能的設(she)計目標(biao)。
3.3熱網監控系(xi)統的意義
熱網監控(kong)系統(tong)集(ji)成
隨時監控各用戶的的流量數據(ju)，通過(guo)監控總管流量和(he)分戶流量，防止管路(lu)中的偷、漏水現象。
隨時(shi)監控(kong)現場(chang)儀表(biao)的運行情況。
通過數據，計(ji)量管網的管損。
通過部分節(jie)點的壓(ya)力監測，監控管網的運行(xing)狀(zhuang)況，對突發的“跑水”做出快速(su)反(fan)應。
數據多部門共享。提高(gao)水費收取的(de)合理性。有利于用戶的(de)信任。
通(tong)過互聯(lian)網和短信，單位領導可以隨時(shi)掌控系(xi)統的運行(xing)狀態。
當增加熱負(fu)荷時(shi)，迅速(su)判斷出管網(wang)輸送能力是否足(zu)夠。如何調(diao)整設備。
歷史數據的分(fen)析(xi)為蒸汽網、水網、換熱站的開發(fa)、設(she)計(ji)、技(ji)術改造提供量化依據。
供熱系(xi)統(tong)(tong)屬于(yu)公共產品(pin)，通訊(xun)系(xi)統(tong)(tong)的(de)建(jian)成，可對突發事(shi)件做出快速(su)反應(ying)。提高公共應(ying)急能力。
4.結論：眾多項目表明采用自動(dong)控制系統(tong)設計(ji)能(neng)達到以下節能(neng)目標(biao)：
1)熱源(yuan)系統的控制可實現節(jie)能15～20%的效果;
2)管網系統采(cai)用(yong)變速泵調節等控制可實現節能20%;
3)二次網用戶設(she)備的控制和熱量計量，可實現節(jie)能20～30%;
4)室外溫度補償及夜間供暖(nuan)設定調整，可(ke)實現節(jie)能15～20%;
參考文獻：
[1] 《板式(shi)換(huan)熱機(ji)組(zu)》CJ/T 191-2004
[2] 馮永華(hua)：《供熱系統換熱站主要設(she)備(bei)選型應注(zhu)意的幾個(ge)問題》城市公用事業2007年第6期
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