集中供熱換熱站節能運行研究

鄭 海

大連供暖集團有限責任公司

集中供熱換熱站節能運行研究

鄭 海

大連供暖集團有限責任公司

經濟的飛速發展致使我國能源消費總量持續増長，且能源需求呈剛性增長，能源短缺已成為制約我國經濟、社會可持續發展的重要因素。在能源供應緊張和氣候變化日趨嚴峻的情況下，建筑節能工作所擔負的責任越發重要，在建筑節能中，供熱采暖節能是非常重要的部分，基于熱電聯產系統，對換熱站節能運行進行分析，在將來的集中供熱系統中此技術將會起到較大的作用，對換熱站的節能運行有著重要意義，因此進一步加強對其研究非常有必要?；诖耍疚姆治隽思泄釗Q熱站節能運行。

集中供熱；換熱站；節能運行

1 、換熱站工作原理

換熱站是集中供熱系統的中樞環節，其運行的好壞，直接影響換熱品質。換熱站將熱源通過一次網輸送的熱媒加以調節和轉換，再通過二次網輸送給熱用戶。換熱站主要設備有換熱器、循環水泵、控制柜、補水箱、補水泵、電動調節閥、水箱和各種檢測儀表等。

換熱站在供熱系統中扮演承上啟下的角色，完成熱能從熱源經熱網輸配到熱用戶的功能。換熱站的任務是通過改變一次供水溫度，使之隨著室外溫度的變化而變化，從而保證室溫在允許的范圍內。

換熱站的工作原理為：熱源通過一次供熱管網將高溫熱水輸送到換熱站，高溫熱水在換熱站內通過換熱器進行熱交換，將熱能傳遞給二次供熱管網內的循環水，再由二次網循環泵把二次網內的熱水輸送到用戶。

2 、集中供熱系統能耗過大的因素

2.1 循環泵缺少必要的調節控制手段

供熱系統設計時，換熱站內的循環泵選型依據管網的最大流量進行選擇。因此在供暖初期，需要熱量較小時，需要水量也較少。此時，循環泵仍按設計最大工況運行，造成很大能源浪費。變頻技術和自動控制技術在供熱行業得到廣泛的運用。從熱源廠到各個熱力站內的循環泵都進行了變頻器節能改造，可以通過調節循環泵的赫茲數降低電能消耗。在初末寒期，通過調低循環泵運行的赫茲數，即可滿足生產運行，特別是對于設計較大而所供負荷較小的場所效果特別明顯。

2.2 末端換熱站的水力工況達不到設計標準

(1)在冬季最冷季節的時候，由于管網流量大，導致鍋爐出水溫度過低，管網處于大流量小溫差狀態運行，末端換熱站溫度過低。(2)各換熱站及熱用戶入口沒有流量調節設備，造成管網近遠端由于壓差不同，導致流量分配不均。為了保證末端用戶的需求，只能采用大流量、小溫差的運行方式。(3)管網和熱用戶缺乏統一的規劃，在管網的布置和用戶的連接上存在很多不合理的地方，如管徑選擇不合理，管網中私自增加的加壓泵過多，在管網設計時，沒有考慮未來用戶的預留問題，增加新用戶以后，使水力工況更加紊亂。

2.3 氣候補償裝置的應用

氣候補償器是一種內部設有供熱調節曲線的自動控制儀表。當室外氣候變化時，布置在建筑室外的溫度傳感器將室外溫度信息傳給氣候補償器，氣候補償器根據室外空氣溫度的變化和其內部設有的不同條件下的調節曲線求出二級網恰當的供水溫度，通過輸出調節信號控制一級網電動調節閥開度，從而調節熱源出力，使二級網輸出供水溫度符合調節曲線水溫，以滿足因室外溫度變化而引起的末端負荷的需求。氣候補償器由氣候補償節能控制器、溫度傳感器、室外溫度補償傳感器、電動溫控閥等幾部分組成。其一般用于供熱系統的換熱站中，根據室外溫度引起末端負荷的變化調節二級網的溫度。或者采用鍋爐直接供暖的供暖系統中，通過檢測室外溫度的變化引起采暖負荷的變化，調節熱媒的溫度。

3 、集中供熱調節方式

換熱站調節的方式，換熱站運行調節的方式有三種：質調節；量調節；分階段改變流量的質調節。

3.1 質調節

在供熱初期一般是通過質調節改變供暖系統的供水溫度，而循環水量保持不變，這樣的調節方式稱為質調節。在供熱初期這樣的運行方式雖然消耗電能，但是能節約很多的熱消耗，從而達到經濟運行的目的。

3.2 量調節

在供熱平穩期，通過改變循環泵的頻率，提高供熱壓力，調節二次網平衡，做到在換熱站敷設范圍內的所有樓的供水溫度一致，這樣的調節方式稱為量調節。這樣能減少阻力損失減少熱能的浪費。

3.3 分階段改變流量的質調節

在平穩期以后，按照每天的室外溫度的高低來改變流量和調節供水溫度來節約熱消耗，這樣能大大減少了熱能的消耗，而且不同時期不同溫度，可以通過調節循環泵的流量進行調節。這樣的調節方法既能盡量的避免了水力平衡的失調，又明顯的節約了電能和熱能的消耗。

4 、節能運行

4.1 統一操作規程、制定嚴格的設備操作及換熱站管理制度

換熱站內循環水泵、補水泵等用電設備是主要的耗電設施，對其加裝變頻器以調節控制熱交換站電耗。根據所在地區的氣候特征并結合實際情況，制定一套切實可行的運行計劃。這樣，通過合理的調配，在確保安個生產的前提下可節電約百分之十。

4.2 變頻技術用于換熱站

變頻調速就必須同時改變電源的電壓和頻率。現有的交流供電電源都是恒壓恒頻的，所以，必須通過變頻器獲得變壓變頻的電源，如圖1所示。

圖1 變頻裝置原理圖

變頻器在換熱站中起著改變負載電機轉速、調節系統水量來響應換熱站負荷變化的作用，和傳統的非線性閥門等執行裝置比較更加準確便捷。變頻器的控制方式大致可以分為面板控制、端子控制和現場總線控制三種方式，總線控制方式因為具有穩定可靠、操作簡單、維護方便、提高系統自動化等優點，這種控制方式已經成為換熱站變頻技術的主流趨勢。換熱站從一次網取熱多少由調節閥的開度決定，造成熱網近端壓頭損失嚴重、水力失衡、可擴展性差和換熱站能效低等缺點。采用變頻器后，可以給換熱站帶來以下優點：降低設備啟動時對電網的沖擊；減少機械磨損造成的定期維護費用、實現無級變速；大幅節約電能；可進行總線控制電機轉速，更加穩定可靠。

總之，隨著節約能源、保護環境發展理念的提出，換熱站管理工作深受業界的重視，進一步加強對其的研究非常有必要。

[1]任江偉.集中供熱管網調節的水力動態平衡分析[D].長安大學，2015.

[2]解英杰.集中供熱管網運行調節方法優化研究[D].長春工業大學，2015.

[3]楊先亮.集中供熱系統運行方式及管網泄漏檢測研究[D].華北電力大學，2015.