供熱系統中供熱不平衡調節控制問題分析與探討

江萍

摘 要：分布式供熱系統應用越來越普遍，由于變頻技術和混水技術同時應用，供熱系統中冷熱不均的不平衡現象會因為調節控制策略不統一而更加嚴重。

關鍵詞：供熱系統；熱用戶；冷熱不均；控制策略

1 概述

很多供熱公司的供熱系統都采用了分布式供熱系統。在分布式供熱系統中，將供熱系統中熱媒熱水的驅動力由不同層次的循環泵承擔，共同完成輸送熱媒傳輸熱量的任務。分布式二級混水泵系統在熱源處設置熱源循環泵，提供熱源內部驅動熱媒的循環動力。在熱用戶處設置混水泵，提供熱用戶內的資用壓力，驅動熱媒的循環，實現混水功能。

通過混水技術和變頻調速技術，每個熱用戶可以按需要從熱網中取用熱能，而熱網可以實現大溫差、小流量的經濟運行供熱模式。這樣一來，不但能提高熱網資源利用效果，降低輸送能耗，還能滿足不同用戶的舒適性要求。但是分布式混水系統的調節控制比較復雜，熱網越大，熱負荷調節的滯后性影響越明顯。如果不解決好供熱系統的熱源、首站、分站之間的運行調節策略，各分站之間或熱用戶之間將會出現供熱不平衡問題，冷熱不均問題嚴重。本文就某熱網在實際供熱中，分析建立熱用戶冷熱不均問題的理論模型，探討現有問題產生的一些原因，為進一步研究分布式混水系統的調節控制工作奠定基礎。

2 供熱系統基本供熱能力分析

某熱力公司分布式熱網供熱系統示意如圖1所示。熱網主要由鍋爐房、首站、熱用戶混水供熱分站等部分組成。采用枝狀管網分布式二級混水泵系統供熱，熱用戶大多數為廠房和辦公樓散熱器采暖用熱，熱用戶與鍋爐方之間的地勢比較平坦。首站為水-水換熱站變頻泵循環供熱，分站采用混水供熱機組供熱。

鍋爐房設計安裝了一臺70MW的高溫熱水鍋爐，額定出水溫度為130℃，額定進水溫度為70℃。鍋爐在額定工況運行時，使用2臺的循環熱水泵變頻運行，為熱源部分的熱水熱媒提供循環動力。 一般工業廠房建筑熱用戶的建筑面積熱指標取140W/m2，如果這臺鍋爐在額定工況下運行時，可以為50萬m2的工業廠房建筑熱用戶提供熱量?，F有供熱面積約為24萬m2，鍋爐在供暖期間內采用間歇式供熱，間歇供熱時段為05：00～7：30，10：00～11：30，13：00～16：00，20：30～23：30。

首站是熱網的第一個換熱站，采用一臺固定管板換熱器，設計溫度管程為100℃。二次網采用兩臺（一用一備）變頻熱水循環泵為供熱管網提供循環動力。循環泵的功率為250kW，流量為1500m3/h，轉速為1485r/min。在圖1中，首站與熱用戶之間共設有3條供熱外網干線，按經濟流速2.7 m/s考慮，其輸送熱量能力約為160MW和供熱外網干線與熱源。

首站與熱用戶之間的二次熱網絡若按110/70℃的供熱曲線運行供熱，三條主干線傳輸熱量的額定能力完全可以滿足系統供熱能力的需求。

3 分站冷熱不均現象分析

在本文的供熱系統中，所有的分站均采用混水泵變頻系統調節供熱。但在實際運行中，有的分站采用變頻運行，有的分站采用定頻運行。根據熱用戶反映，廠房冷熱不均問題嚴重。

根據供熱理論，供熱量Q1和用熱量Q2計算式為

Q1=G×cp×△t/3600（1）

Q2= q·A（2）

式中，Q1——供熱量（kW）；

G——熱水的循環流量（kg/h）；

cp——水的比熱容（kJ/ kg·℃）；

△t——供回水溫差（℃）；

Q2——采暖用熱量（kW）；

q——采暖用熱指標（W/m2）。

本文中的采暖用熱指標是根據首站的供熱量和供熱面積，考慮線路損耗實時換算得出，取46.6 W/m2。

根據供熱與用熱平衡理論，首站供出的總熱量由各分站取用后分配給1～7號熱用戶，并由此確定出各個熱用戶的用熱量。根據現場多次采集數據，通過建立理論模型分析各分站供熱情況如表1所示。

由現場采集分站運行時的流量、供回水溫度等參數，經測算出供熱量，并與用熱量比較，熱用戶冷熱不均現象嚴重，與實際情況基本吻合。

4 探討供熱系統現有問題產生的原因

首站的供熱量是根據室外氣溫變化，按110/70℃供熱曲線運行間歇供熱。針對7個熱用戶冷熱不均問題，通過實際走訪調研，探討分析供熱系統現有問題產生的原因，可能存在以下幾個方面。

①各個供熱分站的控制策略不明確。通過采集供回水溫差參數顯示，各分站供回水溫差過小，在1. 4～6.6℃之間，各分站取用熱能的效果并不理想。現有分站與熱用戶之間的二次熱網的調節控制中，出現的調節流量和調節溫度同時存在的現象，這無疑增加了調節控制難度，造成個分站的質調目標無法有效實現。

②若首站和分站之間的熱網溫差過小，并得不到有效控制，管網的供熱能力將會受到嚴重限制，系統投資及資源將會浪費嚴重。

③供熱分站混水機組為典型的一次側量調轉換為二次側質調的供熱系統。但目前分站混水機組前加裝流量平衡閥并參與調控，與一次側需要量調控的原理相抵觸，將會嚴重干擾混水供熱調空機組的運行及控制。

在供熱系統中，熱源、首站、分站和用戶之間的調控策略不協調，系統資源的能力將無法有效發揮，會造成資源利用不合理，供熱不協調，系統資源浪費嚴重等問題，對目前供熱和未來的發展及擴容等方面都會產生不利的影響。供熱分站缺少完整的協調的供熱優化控制平臺和模型，導致供熱資源浪費，供熱目標無法實現。

5 結論

由于供熱系統中的控制策略不統一，致使供熱系統出現大量難以解決的調節控制問題，造成系統資源大量浪費，分布式混水泵系統變頻調速運行的功能得不到有效發揮，供熱不均和供熱指標難以達到等現象的出現將難以避免。

現有供熱系統的控制模型、測控手段和調控控制平臺不夠協調統一，是造成供熱外網資源利用不佳、調控不協調、供熱均衡性差、供熱目標無法實現等問題的主要原因。

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