熱網(wǎng)系統(tǒng)中換熱站的節(jié)能優(yōu)化
摘 要：城市集中供熱是節(jié)能、環(huán)保的重要途徑，是城市現(xiàn)代化建設(shè)的主要基礎(chǔ)建設(shè)之一。隨著國家環(huán)境保護(hù)政策的深入落實(shí)和能源供應(yīng)日趨緊張，中小型區(qū)域鍋爐房集中供熱方式進(jìn)一步縮減，而以熱電廠為熱源的換熱站供熱系統(tǒng)所占比例越來越重。
關(guān)鍵詞：集中供熱，節(jié)能，換熱站，循環(huán)泵
1.換熱站優(yōu)化：
作為集中供熱系統(tǒng)的主要組成部分——換熱站，是供熱系統(tǒng)的重要樞紐，是解決水力平衡的關(guān)鍵，是供熱節(jié)能的主要環(huán)節(jié)，是供熱企業(yè)主要節(jié)能利潤的增長點(diǎn)。在換熱站的設(shè)計(jì)中，換熱器、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵的選型是否合理，直接影響整個(gè)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效果。
熱網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成
換熱站相當(dāng)于變電所是熱源與直接用戶之間的調(diào)劑站，主要由換熱器、水泵、閥門、控制系統(tǒng)以及水處理系統(tǒng)組成。關(guān)于換熱站的節(jié)能優(yōu)化，我們可以從組成設(shè)備入手。
1)根據(jù)換熱器的額定出力和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷初選出換熱器后，應(yīng)根據(jù)初選的換熱器的面積指標(biāo)及供熱系統(tǒng)實(shí)際的設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)，對(duì)其熱力能力進(jìn)行校核。一般換熱器的出力為用戶最大熱負(fù)荷的120%～130%,換熱器的出口壓力,不應(yīng)小于最高供水溫度加20℃ 的相應(yīng)飽和壓力。
2)循環(huán)泵的選型是否合理，對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行起著很重要的作用。
循環(huán)水泵流量的計(jì)算公式：
式中：
G —循環(huán)水泵流量(t/h )
T1 —循環(huán)水回水溫度(℃)
T2 —循環(huán)水供水溫度(℃)
Qn —設(shè)計(jì)熱負(fù)荷(KW )
Cp —循環(huán)水的平均比熱(KJ/kg )
循環(huán)水泵揚(yáng)程的計(jì)算公式
H =(1.05～1.15)×h
H：循環(huán)泵的揚(yáng)程 mH2O
h：阻力損失，mH2O，一般取3～5 mH2O
例如：在大型換熱站供熱系統(tǒng)中，循環(huán)水泵可以選擇三檔，流量分別為設(shè)計(jì)工況的100%，80%和60%，揚(yáng)程分別為設(shè)計(jì)工況的100%，62%和36%。三種水泵分別在高、中、低三種負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，在循環(huán)水泵效率大致相等的情況下，三種水泵的的功率比大致為100：51：21.6，并且這三種循環(huán)水泵中相鄰型號(hào)的水泵可以互為備用，這樣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果非常顯著。
3)熱網(wǎng)水力失調(diào)問題損失的熱量比沿途的散熱損失影響更大。從供熱的輸送效率考慮，當(dāng)然希望管網(wǎng)的熱損失越小越好。
繪制水壓圖可以全面地反映熱網(wǎng)和各熱用戶的壓力狀況，并確定使其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)措施。在運(yùn)行中，通過熱水管路的實(shí)際水壓圖，可以全面了解整個(gè)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中或出現(xiàn)故障時(shí)的壓力狀況，從而發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵性矛盾和采取必要的技術(shù)措施，保證安全運(yùn)行。
管網(wǎng)上任何一點(diǎn)的壓力，1公里衰減10公斤壓力(1兆帕=10公斤壓力)，壓頭就是壓差 ，機(jī)組一次側(cè)按照10米自動(dòng)壓差設(shè)計(jì)，5公里管路比摩阻100帕，主管線、三通點(diǎn)、補(bǔ)水定壓定壓點(diǎn)、管徑設(shè)計(jì)根據(jù)比摩阻設(shè)計(jì)流速高管徑小投資小，管內(nèi)流速不能超過3.5米， 支線不超過300帕，當(dāng)自動(dòng)壓頭超過4公斤需要加自制差壓控制閥。
我們采用兩種熱網(wǎng)水力輸送輸配形式：附加阻力平衡和附加壓頭平衡
供熱系統(tǒng)的節(jié)能比例
附加阻力平衡：當(dāng)一級(jí)網(wǎng)采用質(zhì)量并調(diào)時(shí)，在靠近熱源端的熱力站入口加裝自力式壓差控制器;對(duì)于二級(jí)網(wǎng)在樓熱力入口的平衡調(diào)節(jié)，則應(yīng)結(jié)合戶內(nèi)采暖系統(tǒng)型式選擇。當(dāng)換熱站內(nèi)一級(jí)網(wǎng)的資用壓頭超過40m，或者超過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的最大關(guān)斷能力時(shí)應(yīng)加裝自力式差壓控制閥，以實(shí)現(xiàn)換熱站的有效調(diào)節(jié)。
附加壓頭平衡：采用分布式變頻系統(tǒng)來減少資用壓頭，盡量減少熱媒輸送過程中的無效電耗，保證必須的有效電耗，可以有效的節(jié)約一級(jí)網(wǎng)的電耗30~50%。
2.小型熱力站的優(yōu)越性：
熱力站越愈大，一級(jí)網(wǎng)愈短，二級(jí)網(wǎng)愈長，而一級(jí)網(wǎng)的溫差大，相對(duì)流量小，管徑小，鋼材消耗量少。二級(jí)網(wǎng)的溫差小、流量大、管徑大、耗鋼量大。這樣，熱力站愈大二級(jí)網(wǎng)的投資愈大，管網(wǎng)的總投資愈高。當(dāng)熱力站小到一幢樓一個(gè)時(shí)，供熱系統(tǒng)就只有一級(jí)網(wǎng)，所以管網(wǎng)的總投資比大型熱力站還低。
一次網(wǎng)的調(diào)節(jié)，是由安裝在二次網(wǎng)上的供水溫度傳感器及安裝在室外的室外溫度傳感器通過檢測(cè)二次網(wǎng)供水(或其它介質(zhì))的溫度信號(hào)和實(shí)時(shí)室外溫度信號(hào)，作為反饋信號(hào)轉(zhuǎn)給中央控制器，由中央控制器輸出信號(hào)控制安裝在一次網(wǎng)上調(diào)節(jié)閥的開度，來調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的流量。
二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)，采用溫度調(diào)節(jié)和變流量調(diào)節(jié)兩種控制方式，二次網(wǎng)質(zhì)的調(diào)節(jié);二次網(wǎng)量的調(diào)節(jié)(該控制方式特別適合采暖用戶是分戶計(jì)量的工況);二次網(wǎng)質(zhì)調(diào)節(jié)并量調(diào)節(jié)(這樣用戶的管網(wǎng)處于大溫差小流量運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到最優(yōu)節(jié)能的效果)。
綜合技術(shù)比較小型熱力站有以下優(yōu)勢(shì)
1)它的熱負(fù)荷計(jì)算可以很精確，不是簡單地套用熱指標(biāo)，有利于節(jié)能。
2)二次側(cè)循環(huán)水泵針對(duì)每座樓房精確地選定二次循環(huán)泵的流量和水力 。
3)小型機(jī)組的壓降只有20~25Kpa，從而降低了運(yùn)行成本。由于泵的功率降低，它可以用低噪音，內(nèi)置式變頻器一體化水泵。
4)另外，因管網(wǎng)失水少，它可以用一次網(wǎng)回水補(bǔ)二次網(wǎng)，省去補(bǔ)水裝置，減少O2的腐蝕，延長管網(wǎng)壽命。
3.采用熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)：
3.1監(jiān)控系統(tǒng)的組成
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種虛擬寬帶技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，在熱網(wǎng)系統(tǒng)中使用熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以及時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)、了解系統(tǒng)工況，均勻調(diào)節(jié)流量、消除冷熱不均，合理匹配工況、保證按需供熱及時(shí)診斷故障、確保安全運(yùn)行，健全運(yùn)行檔案、實(shí)現(xiàn)量化管理。
1)在供熱供暖生產(chǎn)過程中，存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)，通過PLC對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。
2)換熱站的自動(dòng)控制，即實(shí)現(xiàn)整個(gè)進(jìn)汽和供水過程的全自動(dòng)控制，進(jìn)行故障診斷，并在監(jiān)控畫面上顯示各工況參數(shù)并控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
3)根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對(duì)象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對(duì)應(yīng)曲線？刂破骺梢酝ㄟ^這條曲線根據(jù)室外溫度傳感器測(cè)量的室外溫度對(duì)一次供汽流量進(jìn)行控制，已達(dá)到對(duì)二次供水溫度的控制。此設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于能夠通過室外溫度對(duì)二次供水的溫度進(jìn)行控制，以達(dá)到節(jié)省能源，提高供熱質(zhì)量的目的。另外在控制器中增加晚間節(jié)能的設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)置晚間供熱溫度。
4)自控系統(tǒng)通過加入時(shí)間日程表的控制，實(shí)現(xiàn)一天當(dāng)中不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)不同的溫度。
5)通過采用壓力傳感器、控制器以及變頻器來實(shí)現(xiàn)對(duì)二次供水壓力的控制，由于控制器可編程的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)變頻器的低頻限制，以避免變頻器、水泵長時(shí)間在低頻運(yùn)行，從而保護(hù)電機(jī)及變頻器。當(dāng)一臺(tái)補(bǔ)水泵無法通過
變頻補(bǔ)水達(dá)到所要求的壓力時(shí)，控制器可使另一臺(tái)備用泵以工頻的方式進(jìn)行補(bǔ)水。最終實(shí)現(xiàn)更加智能化的恒壓補(bǔ)水控制。
6)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可采用手操器控制，確保進(jìn)汽(水)和供水的溫度、壓力準(zhǔn)確穩(wěn)定，使換熱溫度達(dá)到用戶的要求，并對(duì)其故障實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警和連鎖啟停切換控制。
7)該換熱站監(jiān)控系統(tǒng)共需處理12個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、6個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)、15個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和3個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。(單板單換)
8)可使運(yùn)行操作人員通過上位機(jī)中的視頻窗口實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況。
熱源從冷熱源廠出來經(jīng)過濾器過濾、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制流量、到達(dá)板式換熱器與二次網(wǎng)介質(zhì)進(jìn)行換熱后回到熱源廠;二次側(cè)介質(zhì)在循環(huán)泵的帶動(dòng)下經(jīng)板式換熱器換熱后，送到用戶，再從用戶處回到機(jī)組換熱。
按照上述設(shè)計(jì)要求，整個(gè)換熱站自控系統(tǒng)可具有良好的自適應(yīng)能力，完全可以實(shí)現(xiàn)無人值守、高效節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
3.3熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的意義
熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)集成
隨時(shí)監(jiān)控各用戶的的流量數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控總管流量和分戶流量，防止管路中的偷、漏水現(xiàn)象。
隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場儀表的運(yùn)行情況。
通過數(shù)據(jù)，計(jì)量管網(wǎng)的管損。
通過部分節(jié)點(diǎn)的壓力監(jiān)測(cè)，監(jiān)控管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，對(duì)突發(fā)的“跑水”做出快速反應(yīng)。
數(shù)據(jù)多部門共享。提高水費(fèi)收取的合理性。有利于用戶的信任。
通過互聯(lián)網(wǎng)和短信，單位領(lǐng)導(dǎo)可以隨時(shí)掌控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)增加熱負(fù)荷時(shí)，迅速判斷出管網(wǎng)輸送能力是否足夠。如何調(diào)整設(shè)備。
歷史數(shù)據(jù)的分析為蒸汽網(wǎng)、水網(wǎng)、換熱站的開發(fā)、設(shè)計(jì)、技術(shù)改造提供量化依據(jù)。
供熱系統(tǒng)屬于公共產(chǎn)品，通訊系統(tǒng)的建成，可對(duì)突發(fā)事件做出快速反應(yīng)。提高公共應(yīng)急能力。
4.結(jié)論：眾多項(xiàng)目表明采用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能達(dá)到以下節(jié)能目標(biāo)：
1)熱源系統(tǒng)的控制可實(shí)現(xiàn)節(jié)能15～20%的效果;
2)管網(wǎng)系統(tǒng)采用變速泵調(diào)節(jié)等控制可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%;
3)二次網(wǎng)用戶設(shè)備的控制和熱量計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20～30%;
4)室外溫度補(bǔ)償及夜間供暖設(shè)定調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能15～20%;
參考文獻(xiàn)：
[1] 《板式換熱機(jī)組》CJ/T 191-2004
[2] 馮永華：《供熱系統(tǒng)換熱站主要設(shè)備選型應(yīng)注意的幾個(gè)問題》城市公用事業(yè)2007年第6期
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