集中供熱管網(wǎng)節(jié)能技術(shù)監(jiān)控分析

李政

濟(jì)南熱力集團(tuán)有限公司 山東 濟(jì)南 250011

引言

我國自改革開放以來經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，社會各個行業(yè)都發(fā)生著深刻變革，各項產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了日新月異的全新變化。隨著國家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展進(jìn)步，城市化腳步逐漸加快，社會的各項改革深入推進(jìn)，人們對供熱的需求越來越高，城市供熱系統(tǒng)已經(jīng)成為城市的一項重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國地域廣闊、人口眾多，供暖需求量巨大，需要建設(shè)供暖設(shè)施的土地呈現(xiàn)逐年擴(kuò)張的趨勢，面積將超過70億平方米，如果將這些供暖所需要的能量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤能夠產(chǎn)生的能量時，需要多消耗1.4億噸煤[1]。由此可以看出，為了滿足巨大的供暖需求，我國要承受巨大的能源消耗壓力，這給我國的不可再生資源和良好的生態(tài)環(huán)境帶來了較大影響，只有通過有效手段提高供暖效率才能降低能源消耗。在保證供暖效果這個重要的前提下，我國供暖企業(yè)在全面提高供暖效率、減少能源消耗等方面做了大量工作，例如建立了集中供熱管網(wǎng)節(jié)能控制系統(tǒng)，更加科學(xué)、合理、高效地進(jìn)行供熱管網(wǎng)節(jié)能控制，為集中供暖及上下游行業(yè)的節(jié)能降耗事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，在滿足廣大用戶采暖需求的前提下減少了能源消耗，提升了供暖效率。

1 系統(tǒng)的初調(diào)節(jié)

1.1 初調(diào)節(jié)的辦法

初調(diào)節(jié)是供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的一項重要工作，為了確保集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定運行，一定要做好初調(diào)節(jié)的相關(guān)工作。系統(tǒng)在運行的初始階段是一個不穩(wěn)定的階段，在這個階段中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)容易出現(xiàn)一些冷熱不均勻以及流量不平衡的問題，通過科學(xué)合理的系統(tǒng)初調(diào)節(jié)可以改善這些問題并使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，初調(diào)節(jié)過程需要使用到一些數(shù)據(jù)，最重要的數(shù)據(jù)是室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)采集到的室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)不合理就要發(fā)出流量不平衡的預(yù)警，對流量進(jìn)行后臺計算后找到問題所在部位，為系統(tǒng)流量精準(zhǔn)調(diào)節(jié)提供準(zhǔn)確依據(jù)。可以看出系統(tǒng)初調(diào)節(jié)工作是一項基本工作，做好系統(tǒng)初調(diào)節(jié)工作對日后供熱管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

1.2 設(shè)計流量估算

供熱管網(wǎng)系統(tǒng)在初調(diào)節(jié)時要對設(shè)計流量進(jìn)行估算，首先要計算出熱負(fù)荷量，采用的方法是面積熱指標(biāo)法，熱指標(biāo)法能夠揭示出供熱管網(wǎng)流量大小、熱負(fù)荷情況以及供水溫度和回水溫度之間的內(nèi)在聯(lián)系，計算出熱負(fù)荷量后將其帶入公式進(jìn)行計算，可以計算出設(shè)計流量的最終結(jié)果，設(shè)計流量是一項非常重要的供熱管網(wǎng)設(shè)計參數(shù)，該參數(shù)的大小對供熱管網(wǎng)運行能力設(shè)計至關(guān)重要，計算公式如下所示：

其中，G代表供熱管網(wǎng)的流量大小，Q代表供熱負(fù)荷，бt代表供水溫度與回水溫度之間的差值。規(guī)定要求熱源供熱管網(wǎng)供回水之間的溫度差要大于20℃，進(jìn)行上述修正后供熱負(fù)荷可以重新進(jìn)行估算，如下式所示：

其中，qf表示建筑供暖面積熱指標(biāo), F表示供暖建筑物的建筑面積。由于不同建筑物的建筑供暖面積熱指標(biāo)不同，因此要采取的節(jié)能措施也不同。

1.3 流量平衡調(diào)節(jié)

由于供熱管網(wǎng)的流量可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)不良的情況，因此應(yīng)該對供熱管網(wǎng)的流量進(jìn)行平衡性調(diào)節(jié)，以確保供熱管網(wǎng)的正常運行。對供熱管網(wǎng)進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)時可采用兩種方案進(jìn)行，一種方案是根據(jù)不同部位的不同壓力值進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)，第二種方案是利用上文所述公式對設(shè)計流量進(jìn)行估算，而后利用流量平衡調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，確保供熱管網(wǎng)的流量能夠?qū)崿F(xiàn)平衡[2]。若不進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)就會使不同用戶享受到的服務(wù)不均，經(jīng)過流量平衡調(diào)節(jié)后即可為不同用戶提供均勻的供暖服務(wù)。

2 換熱站節(jié)能監(jiān)控

2.1 檢測參數(shù)

通常供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的檢測目標(biāo)都是鍋爐熱源，鍋爐熱源是整套供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中非常重要的一個組成部分，但鍋爐熱源在整個供熱管網(wǎng)中仍然屬于一個相對獨立的系統(tǒng)，就其自身而言鍋爐熱源的結(jié)構(gòu)原理又比較復(fù)雜，與二次網(wǎng)的一系列運行過程沒有緊密聯(lián)系，因此本文在監(jiān)測熱源的相關(guān)參數(shù)時在不影響鍋爐熱源監(jiān)測結(jié)果的前提下主要選擇了一些重要的運行參數(shù)進(jìn)行運算。為了對系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)控，本研究選取換熱站的若干參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測研究。參數(shù)包含一次網(wǎng)供水及回水溫度、一次網(wǎng)供水及回水壓力、一次網(wǎng)流量及供熱量、二次網(wǎng)供水及回水溫度、二次網(wǎng)供水及回水壓力、二次網(wǎng)流量及供熱量、水箱液位、循環(huán)泵的頻率及電流、補(bǔ)水泵的頻率及電流、室外溫度、補(bǔ)水泵流量以及調(diào)節(jié)閥開度。

2.2 節(jié)能控制措施

換熱站是供熱系統(tǒng)中的重要組成部分，實現(xiàn)一次網(wǎng)、二次網(wǎng)之間的熱傳遞功能，換熱站作為重要的能量交換中間站有獨到的節(jié)能降耗優(yōu)勢。為了在換熱站處采取一定的節(jié)能降耗措施以達(dá)到降低能耗的目的，可在一次網(wǎng)進(jìn)行量調(diào)節(jié)，經(jīng)過一次網(wǎng)量調(diào)節(jié)后二次網(wǎng)的供水溫度就會出現(xiàn)變化，這樣就可以實現(xiàn)質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)目的[3]。量調(diào)節(jié)是利用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水管流量的方法，如今供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中最常用的調(diào)節(jié)閥是電動調(diào)節(jié)閥，當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥通電打開時會有部分流體從供水管路中流出，在實際應(yīng)用過程中電動調(diào)節(jié)閥通電開啟時可以使一次網(wǎng)部分流體從供水管輸入到回水管中，這個過程部分流體不會經(jīng)過換熱器換熱，也可以理解為這部分流體繞過換熱器直接流回供水管路，這樣就可以將一次網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)作定流量系統(tǒng)。除此之外，在換熱站處加裝室外環(huán)境溫度檢測儀器，使換熱站能夠?qū)崟r監(jiān)測室外環(huán)境溫度，室外環(huán)境溫度變化會出現(xiàn)一定的趨勢，從監(jiān)測到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行未來溫度預(yù)測，可以減少系統(tǒng)滯后帶來的影響從而節(jié)約能源，這樣就能夠?qū)峁芫W(wǎng)系統(tǒng)的流量和能耗進(jìn)行較為科學(xué)的控制。

3 氣候補(bǔ)償器的節(jié)能控制

氣候補(bǔ)償器是一種重要的節(jié)能控制設(shè)備，近年來氣候補(bǔ)償器逐漸應(yīng)用于供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，該設(shè)備的工作原理是采集氣候參數(shù)并用于供水流量調(diào)節(jié)中，氣候補(bǔ)償器是一項自動化程度較高的供熱管網(wǎng)控制設(shè)備，主要用于室外溫度采集并同步進(jìn)行供水量及供水溫度調(diào)節(jié)，加裝氣候補(bǔ)償器的供暖管網(wǎng)系統(tǒng)可隨室外溫度變化調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水流量，還可以按照預(yù)設(shè)控制曲線調(diào)節(jié)二次網(wǎng)的供水溫度，這就可以實現(xiàn)供暖管網(wǎng)流量及溫度的自動調(diào)節(jié)。以室外溫度出現(xiàn)變化時的情況為例，當(dāng)室外溫度出現(xiàn)大幅度下降時，氣候補(bǔ)償器會及時按照既定規(guī)律調(diào)節(jié)閥的開度，此時供暖管網(wǎng)系統(tǒng)中的水流量就會出現(xiàn)變化，水溫上升而保持室內(nèi)溫度在適宜的范圍內(nèi)。反之，如果室外溫度升高，氣候補(bǔ)償器會使電動調(diào)節(jié)閥開度減小，使流經(jīng)換熱站的水流量發(fā)生變化，使水溫降低從而維持室內(nèi)溫度在合理的區(qū)間范圍之內(nèi)。氣候補(bǔ)償器的成功應(yīng)用降低了供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的運營成本，更好地對室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)約了大量能源，并且可以提升用戶的滿意程度。

4 水泵變頻節(jié)能控制

4.1 循環(huán)水泵控制

在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的不同位置處，循環(huán)水泵產(chǎn)生的壓力差也不盡相同，因此在某些特定的位置就會形成運行管網(wǎng)中的循環(huán)水壓力差，壓力差會影響供熱管網(wǎng)的運行過程，一般供熱管網(wǎng)系統(tǒng)要進(jìn)行預(yù)設(shè)值設(shè)定，預(yù)設(shè)值應(yīng)該根據(jù)環(huán)路中最不利的壓力差進(jìn)行設(shè)定。循環(huán)水泵在進(jìn)行壓力差控制時可采用近端定壓與遠(yuǎn)端定壓兩種方式，前者的壓力監(jiān)測設(shè)備安裝位置應(yīng)在循環(huán)水泵出口附近，此時測壓位置與熱源位置相距較短，能夠得到最準(zhǔn)確的壓力數(shù)值，而遠(yuǎn)端定壓則將監(jiān)測設(shè)備安裝在用戶熱力入口附近，獲取到的數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)端定壓值，測壓設(shè)備與熱源相距很遠(yuǎn)。選擇何種定壓方式要由不同的供熱管網(wǎng)形式來最終確定，不同定壓方式的選擇也要綜合多種因素進(jìn)行，要考慮到供熱管網(wǎng)的實際特點，也要考慮到設(shè)備的安裝過程是否有難度等，上述兩種定壓方法都有優(yōu)勢與弊端，具體采用何種定壓方法還要綜合考慮多種因素再做出選擇。例如在一些供熱管網(wǎng)中采用遠(yuǎn)端定壓方式不便于設(shè)備安裝，此時采用遠(yuǎn)端定壓方式就不符合現(xiàn)實條件，可在水泵旁安裝定壓設(shè)備以實現(xiàn)近端定壓。

4.2 補(bǔ)水泵的控制方法

供暖的原理是利用供熱管網(wǎng)中的水循環(huán)來傳遞熱量、提供供暖服務(wù)，熱水在循環(huán)過程中可以釋放出一定熱量，同時也會產(chǎn)生一定損耗，因此要及時向供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)水，這樣才能使系統(tǒng)中水流量符合規(guī)定要求，確保供熱管網(wǎng)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，如果不及時進(jìn)行管網(wǎng)補(bǔ)水就會使供熱管網(wǎng)水壓不足，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)的供熱效率顯著下降。當(dāng)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中水量減少時，系統(tǒng)中的循環(huán)水壓力就會出現(xiàn)一定程度的降低，因此系統(tǒng)壓力變化是水量減少的一個判斷依據(jù)，因此利用監(jiān)測到的壓力變化情況就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)水流量，保持供暖管網(wǎng)中的水壓在規(guī)定范圍內(nèi)并保持恒定，這對于供熱管網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供暖服務(wù)至關(guān)重要。如果系統(tǒng)監(jiān)測到定壓點壓力超過規(guī)定壓力范圍上限，就要開啟泄壓閥使部分流體外流，減少管網(wǎng)流量從而降低系統(tǒng)壓力，防止壓力過大破壞供暖管網(wǎng)結(jié)構(gòu)組件。如果系統(tǒng)監(jiān)測到定壓點壓力低于規(guī)定壓力范圍下限，就要開啟補(bǔ)水閥使部分流體補(bǔ)充至管網(wǎng)中，增加管網(wǎng)流量從而提高系統(tǒng)壓力，以滿足供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中的水量要求。補(bǔ)水泵上裝配變頻控制系統(tǒng)，可以對補(bǔ)水泵的電機(jī)進(jìn)行變頻控制，可根據(jù)不同水流量和水壓力進(jìn)行針對性的補(bǔ)水操作，同時減小管道內(nèi)部的流體流動阻力。

5 結(jié)束語

集中供熱管網(wǎng)是城市中一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施，集中供熱尤其對于北方城市來說是最重要的一項生活服務(wù)，與人們的生活和生產(chǎn)活動息息相關(guān)。近年來，北方逐漸對集中供熱提出了更高的使用需求，供暖成本增加也使供暖企業(yè)壓力提高，這導(dǎo)致集中供熱管網(wǎng)的能耗問題逐漸受到人們的關(guān)注。集中供熱管網(wǎng)要實現(xiàn)節(jié)能降耗就要從系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)著手，深挖細(xì)究能耗的源頭，對氣候補(bǔ)償器、循環(huán)水泵以及補(bǔ)水泵等設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，對管線路加裝性能更加優(yōu)異的保溫層，對換熱站進(jìn)行節(jié)能監(jiān)控和實時調(diào)節(jié)，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。經(jīng)過多年的嘗試，我國集中供熱管網(wǎng)節(jié)能降耗技術(shù)已經(jīng)有了一定突破，在應(yīng)用過程中節(jié)能降耗效果逐漸顯現(xiàn)。但是，各種節(jié)能降耗設(shè)備仍然存在控制精度不夠的問題，與之相配套的各種設(shè)施也需要進(jìn)行技術(shù)升級。還存在一定的地區(qū)技術(shù)差異問題，我國東北各項供暖設(shè)施已經(jīng)比較老舊，供暖管網(wǎng)系統(tǒng)也沒有得到技術(shù)升級，例如大部分地區(qū)氣候補(bǔ)償技術(shù)就沒有成功應(yīng)用于供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，加之一些樓房已經(jīng)使用多年，密封性較差，使供暖管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的難度加大，希望科研工作者與技術(shù)人員不懈努力，為我國集中供熱事業(yè)做出貢獻(xiàn)。