集中供熱運行調節

陳 鵬

對集中供熱而言,由于一次網供熱管線距離較長,熱負荷及循環流量大,造成在線路上沿程及局部阻力損失較大,當實際運行負荷達到設計負荷時,使管線末端熱力站的一次管網水流速度緩慢,熱力站的資用壓頭不足,甚至局部靜止,造成管網的整體水力失衡。因此在運行初期和運行過程中需要對管網進行整體的調節,達到安全合理和高效的運行。

熱力管網運行調節分初調節和運行調節。初調節是指在供熱前或供熱初期進行的將各熱力站的流量調配至實際負荷所需要的流量的過程,解決運行初期水平失調,即初調節是對流量的調節。根據水力計算結果和往年運行經驗,通過自動控制系統和手動操作達到供熱初期調節的平衡。對一次管網來說,近端熱力站由于距離熱源較近,總的沿程和局部阻力小,供、回水資用壓頭較大,需要關小閥門,減小壓差,降低流量,使實際一次管網水循環流量等于計算流量。對一次管網的調整采用由近端到遠端,由主線到支線的方法。在運行初期由于負荷的變化及新熱力站的投運,初調節需要反復進行,直至系統負荷穩定。在初調節完成后,當室外溫度發生變化時,需要通過運行調節來實現。運行調節是指在熱源處進行的隨室外溫度的變化進行的溫度和流量的調節,即運行調節是對熱量的調節。運行調節按調節方式又可以分為質調節、量調節、分階段改變流量的質調節和間歇調節。隨著室外溫度的變化,根據總的熱負荷及流量的情況計算的結果,相應的調整供水溫度、變化循環流量或是當室外最低溫度低于某一值或者根據當地實際的經驗氣象數據到達嚴寒狀況時,需要增大供水流量然后再通過調節供水溫度進行調節(即分階段改變流量的質調節)及改變每天的供熱小時數來實現調節目標。對于大型集中供熱而言,由于一次管網距離遠,從熱源到熱用戶循環時間長,調節時效差,以及頻繁改變流量造成的水力工況變化,因此一般不采用間歇調節和量調節方式運行。當運行流量沒有變化時,水力工況不會發生變化。流量增加后,會使沿程和局部阻力增大,原先在小流量大溫差方式下運行正常的末端熱力站出現資用壓頭不足,二次側供、回水溫度逐漸降低,此時可采取以下幾種方式進行調節:1)啟動中繼泵;2)啟動末端資用壓頭不足熱力站的一次側回水加壓泵;3)配合啟動中繼泵同時啟動末端熱力站的回水加壓泵;以上幾種方法都是從增加負阻力方面進行調節。對于這幾種運行方式,第一種方法在啟動中繼泵站后,全網各站的資用壓頭均得到提升,管網的壓力有所下降,但弊端是對于前段和資用壓頭可以滿足的熱力站來說需要通過站內截流來實現全網平衡運行,增加了不必要的損失,同時由于中繼泵站和電廠主循環泵串聯運行,也增加了運行費用,加大了安全運行的風險;第二種方法的問題在于最末端資用壓頭不足的熱力站在啟動一次側回水加壓泵后,使次末端熱力站的一次側流量減少,資用壓頭降低,造成次末端的熱力站也需要通過啟動回水加壓泵來實現正常運行,進而使需要安裝一次側回水加壓泵的熱力站逐年增多。

以太原市熱力公司第二供暖分公司運行為例,熱源為大唐太原第二熱電廠,采用間接方式供熱,一次網調節方式為分階段改變流量的質調節。通過兩條主干線提供熱源,兩條主干線在市區北大街和旱西關街連通,四、五期主干線全長12.8 km,六期主干線全長10.6 km,根據往年的運行經驗,最不利環路是澗河路末端的2265熱力站。在投運六期管網之前,運行熱負荷達到設計負荷,運行初期采用設計流量6 100 t/h運行。先進行初調節,前端的熱力站通過關小站內一次網供水側閘閥、蝶閥以及一次網回水上的電動調節閥,使資用壓頭達到設計的10 m,實際調節時供、回水進站球閥不可參加調節。隨著運行距離的增加,各熱力站調節閥門開度不斷增大,至2265熱力站,一次網站內所有閥門均保持大開,這時可以滿足10 m的資用壓頭的要求。判斷平衡最直觀的方法是各熱力站二次網回水溫度是否一致,根據自控系統計算結果,各站回水溫度盡量控制在平均回水溫度±1℃之內。在初寒期,采用質調節方式運行,即根據事先計算好的數值,隨著室外溫度的變化,及時聯系電廠進行相應調整,進入嚴寒期后,必須啟動中繼泵,這時一次網運行流量從運行初期的6 100 t/h提高至6 880 t/h,一次網的運行壓力略有降低,隨著流量的增加末端的2265熱力站資用壓頭不足,水力計算的結果最高達到-50 m,需啟動站內的一次網回水加壓泵,才能滿足運行條件,中繼泵運行后,末端澗河路、建設路熱力站啟動回水加壓泵后,造成次末端的北大街2240,2241熱力站流量降低,形成搶水現象。六期主干線投運后,與四、五期主干線并聯運行,在市區的北大街支干線和旱西關街支干線連通,初寒期的循環流量為8 000 t/h,嚴寒期增加9 500 t/h～10 000 t/h,熱源的增加和運行流量的提高,環狀管網的形成,管網運行壓力下降,在嚴寒期不需要啟動中繼泵便可實現穩定運行,末端熱力站在嚴寒期雖然還需要啟動回水加壓泵,但實際運行的水力工況有了明顯好轉。

在運行調節過程中需注意以下幾個問題:1)自控系統在初調節和平均溫度的計算方面起到非常重要的作用,由于初期熱力站較少、擴網后通訊不能及時完成和通訊線路等原因,現在可實現集中控制的熱力站數量只有一半左右,大大降低了集中調控的效果,需要盡量完善,才能發揮出效果。2)末端熱力站一次網回水上的加壓泵設計為工頻運行,在實際運行過程中,當啟動回水加壓泵時,存在搶水現象,需要臨近次末端的原先資用壓頭滿足的熱力站也啟動回水加壓泵,如果回水加壓泵采用變頻控制,末端部分的運行工況將有明顯改善。3)設計熱負荷為64 W/m2,太原市是按照-12℃的室外平均溫度進行設計的,隨著設備和技術的革新以及現代建筑對節能投入的增加,在運行過程中實際的熱負荷要遠小于設計熱負荷,在實際運行中依據50 W/m2進行計算調整,實際的單位面積熱負荷更低。功率比等于流量比的三次方,當流量適當減小時,功率就會有較大的變化,當室外平均溫度較高時適當降低一次網循環流量,可改善水力工況,也可降低電耗。4)質調節的過程就是熱源溫度調整,熱源受煤質及設備故障等原因在正常運行過程中可能出現供水溫度的大幅度波動,在嚴寒期一次網供水溫度波動最高可達20℃左右,前端熱力站為維持正常溫度而調大一次網閥門開度,造成水力不平衡,給全網的運行調節造成很大的困難,在運行中需要加強管理,嚴格控制自行調節。5)北大街支干線和旱西關支干線通過三墻路支線連接后通過水力計算發現旱西關可向北大街提供流量,同時末端的水力工況有所改善,證明環狀網絡比支狀網絡可以改善水力工況。6)北大街支干線總的熱負荷過大,高于其他線路,負荷分配不合理,也是造成水力失調的原因,在六期管網投運后,末端熱力站的運行工況有了很大提高。

造成水力失調的原因是多方面的,與設計和實際運行及后續熱負荷的增加都有直接關系。在設計過程中要充分考慮各條線路負荷的基本一致,實際運行中要充分注意各種問題。不同管網可能出現的情況不同,運行中需要根據實際情況采取不同的方式進行調節。

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