換熱站一體化節能改造方案及實例分析

文 _ 王赟 王妍 尹巖巖 中國運載火箭技術研究院

按照中國航天科技集團有限公司節能環保體系化要求，中國運載火箭技術研究院（以下簡稱“一院”）以系統工程理論為指導，注重整體性、關聯性和拓展性，深入研究動力能源管控的最優化措施和方法，實施動力站房節能和信息化改造，取得了良好節能效果。

換熱站是集中供熱系統的重要組成部分，上面承接供熱鍋爐，下面連接熱能用戶，是熱能轉換的重要樞紐，更是供熱系統節能的關鍵環節。一院在實施完成鍋爐“煤改氣”后，將節能重點放在換熱站和熱力管網方面，逐步實現從鍋爐→換熱站→熱力管網的供熱全系統、全過程的節能管控。

1 換熱站存在的問題

換熱站因設計年代久、運行時間長、熱能負荷變化大等原因，主要存在以下問題。

1.1 原換熱站設計規劃趨于不合理

換熱站因設計年代較早，未區分供熱用戶性質，造成供熱峰谷負荷變化大，進一步造成熱能轉換效率降低。同時因時代限制，原換熱站主要設備選型、變頻技術和自動化控制的設計已不能滿足當前供熱換熱的實際需求。

1.2 換熱站供熱負荷的不匹配性

隨著供熱用戶的不斷增加，原換熱站的容量已不能滿足新增負荷的容量需求，甚至出現超標供熱。加劇供熱與用熱負荷間的不匹配，造成換熱器阻力損耗加大。同時，水泵和管網不匹配、管網保溫不達標，造成熱量損失過大，產生換熱效率低等問題。

1.3 換熱站自動化程度不高

換熱站因設計年代比較久，未考慮自動化和變頻管控等措施。缺少自動化變頻調節裝置和自動化遠程監控系統，僅依靠運行值班人員經驗進行負荷調節，易造成供熱流量不平衡和超標供熱等問題。人工運維成本居高不下。

2 換熱站節能一體化改造方案

針對換熱站存在的主要問題，我們制定了一體化節能改造方案。重點從分區設計、供熱負荷匹配、變頻化改造、自動化控制和管網更新等五個方面組織實施。

根據供熱用戶性質不同，針對科研生產和居民生活供熱負荷的不同情況進行換熱系統分區獨立設計。其中，科研生產白天負荷量高、夜間負荷量低；而生活負荷則恰恰相反。利用熱能峰谷差進行熱量供給互補，實現熱量供需平衡。

根據新增用熱負荷，增加換熱站總換熱能力，采用節能型變頻循環水泵、換熱器等設備設施。采用低壓供電系統替代高壓供電，利用成熟的低壓變頻技術對原高壓電機進行改造，將二次水循環泵供電電壓由高壓（6kV）改造為低壓（380V），在滿足使用的條件下，低壓變頻電機具有啟停靈活、對電路干擾小和節電等優勢。

在換熱站內加入信息化遠程監控和自動控制系統，使其具備對溫度、壓力、流量的實時采集、分析和報警功能，實現供暖溫度的自動調節、負荷的分時自動調節和水泵遠程控制。改造局部熱力管道和管溝，修復室外管線的外保溫層，實現管網的合理布局。

通過制定上述改造方案，統籌換熱站更新改造的全部內容，可以實現換熱站的一體化節能改造升級，實現換熱站節能化、自動化和信息化。

3 實例分析

一院2號換熱站始建于2001年，承擔著部分科研生產和居民生活等兩部分的供暖任務，總供暖負荷40MW。該換熱站有3臺流量1260m3/h、揚程46m的循環水泵，2用1備；有6臺板式換熱器，總換熱能力42MW，已接近滿負荷。

隨著負荷增加和供暖技術的發展，該換熱站供暖區域和供暖面積過大、自動化程度較低等問題日益凸顯，需要對其進行系統化改造升級，并提升自動化水平。

我們以一體化改造方案為指導，綜合考慮分區設計的需求，在2號換熱站原址內新建2個供暖系統，分別承擔科研區和生活區的供暖任務。其中，科研分系統，二次水按16℃溫差計算，選用3臺720m3/h、揚程37m的循環水泵，2用1備，水泵功率90kW。生活分系統，二次水按16℃溫差計算，選用3臺720m3/h、揚程43m的循環水泵，2用1備，水泵功率110kW。2個系統分別采用3組換熱器160m2的水水換熱器，并實施1.0MPa水壓試驗。

新建低壓供電系統，將二次水循環泵供電電壓由6kV降低為380V，采用低壓變頻循環水泵替代原高壓循環泵。分別建設科研區自控系統和生活區自控系統和遠程監控模塊。采用水泵變頻控制柜、系統PLC柜、遠傳式儀表等設備，實現對溫度、壓力、流量的實時采集、分析和報警功能，具備將數據遠傳至燃氣鍋爐房總監控系統的能力。新安裝科研區和生活區總供回水管道至2號換熱站站內的管道，改造局部熱力管道、地溝和井。

通過以上改造，實現了實現科研區與生活區分區供暖，實現二次水供水溫度自動調節，具備了自動化遠程監控能力和無人值守能力，節能效果和經濟性大幅提升。

4 效果評價

以一個采暖季為考核期，2號換熱站實現科研區和生活區分區供暖后，通過優化管網壓力和低負荷時段分區分時調節供水溫度，系統總補水量由25m3/h降低到15m3/h，節約軟化水3萬t/a。采用氣候補償技術后，實現科研區分時段供暖，節省天然氣30萬m3/年。采用低壓供電和變頻技術后，節電率達到30%以上，節電25萬kWh/a。綜合節省能源費用約180萬元/a，節能效益和經濟效益顯著。同時，依靠自動化監控系統，實現了換熱站無人值守，每年可節省人工成本36萬元。

5 結論

以系統工程理論為指導，從供熱系統整體考慮，通過對換熱站分系統來實現節能減排。制定換熱站一體化的改造方案，從而實現對供熱系統供熱的合理優化配置。通過局部的最優化改造實現供暖系統整體的最大化效果，取得良好的節能和經濟效益。

[1]王偉.換熱站循環系統節能增效[J].應用能源技術.2010(08).

[2]新疆奎屯供熱分公司.換熱站節能措施[J].電力設備.2016(05).