供熱管網(wǎng)節(jié)能改造與智能化運(yùn)行研究

張永強(qiáng)

(太原熱力集團(tuán)責(zé)任有限公司，山西 太原 030000)

1 供熱管網(wǎng)節(jié)能改造的必要性

現(xiàn)階段，能源緊張已經(jīng)成為全國甚至全世界通病，能源消耗量大已經(jīng)成為抑制我國經(jīng)濟(jì)規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵性因素。在我國發(fā)展中，能源消耗結(jié)構(gòu)中建筑能源消耗已占據(jù)14以上，其中空調(diào)工程以及供熱工程中能源消耗占據(jù)建筑工程能源消耗的1/3。當(dāng)前人們對(duì)生活品質(zhì)要求不斷提升，逐漸關(guān)注冬天采暖問題，供暖中將會(huì)消耗大量能源，使得供暖工程面臨巨大的發(fā)展難題，供熱管網(wǎng)工程開展節(jié)能改造成為當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前集中供熱系統(tǒng)憑借能源消耗相對(duì)較低、提供穩(wěn)定的熱源、供暖污染較小等優(yōu)勢，逐漸取代分散供暖形式，以集中供暖系統(tǒng)為主。集中供暖系統(tǒng)是由熱網(wǎng)、用戶、換熱站三部分構(gòu)成，其中能夠控制能源消耗分別為鍋爐熱效率以及熱網(wǎng)效率，基于實(shí)際情況制定改造方案，降低集中供熱系統(tǒng)能源消耗，推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 供熱管網(wǎng)改造措施

2.1 運(yùn)行方式改造

季節(jié)不同用戶對(duì)于熱能需求量不同，因此，在供熱管網(wǎng)改造發(fā)展中，倡導(dǎo)開展冬季連續(xù)供熱以及分式供熱結(jié)合進(jìn)行熱網(wǎng)運(yùn)行方式。與24h持續(xù)供熱區(qū)域相比，間歇供熱的室內(nèi)溫度變化分為3～4個(gè)階段，在相同能耗基礎(chǔ)上，連續(xù)供熱鍋爐效率為73.6%，間歇供熱鍋爐效率為55.6%，相比之下連續(xù)供熱運(yùn)行方式下室內(nèi)的溫度明顯高于間歇供熱運(yùn)行方式，室內(nèi)溫度高出0.7℃～2℃，連續(xù)供熱運(yùn)行模式下的室內(nèi)溫度較為穩(wěn)定，室溫變化不大，而間歇供熱運(yùn)行方式下的室內(nèi)溫度變化在3℃～3.5℃之間，用戶在室內(nèi)能夠明顯感受到溫度變化。分時(shí)供熱特指冬季室內(nèi)人多，對(duì)于熱能需求量較大，適當(dāng)增加運(yùn)行鍋爐數(shù)量。當(dāng)室內(nèi)無人時(shí)，自動(dòng)降低供熱，達(dá)到節(jié)省熱能的作用，降低能源消耗。

2.2 汽暖改水暖

水暖供熱具有供熱效率高和供熱安全性高等特點(diǎn)，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸取代汽暖方式，水暖已經(jīng)成為我國供熱首選方式，因此，在未來發(fā)展中將持續(xù)加大汽暖改水暖工作力度。在實(shí)際改造施工中，由于水暖與汽暖的供熱方式不同，管道存在一定的差異，在施工中一定要控制好管道坡度。傳統(tǒng)汽暖方式不能放氣漏氣，而水暖供熱方式設(shè)置放氣閥，通過控制放氣閥能夠輕松的排除暖氣片中的空氣，進(jìn)而提升熱水循環(huán)供熱效果。

3 供熱管網(wǎng)智能化節(jié)能降耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行

3.1 換熱站實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

在智能化技術(shù)飛速發(fā)展背景下，將其與供熱管網(wǎng)節(jié)能改造技術(shù)相融合，打造供熱管網(wǎng)智能化節(jié)能降耗監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱管網(wǎng)中換熱站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提升供熱管網(wǎng)節(jié)能改造質(zhì)量以及效果。在本次供熱管網(wǎng)系統(tǒng)智能化改造中，換熱站已經(jīng)采用無人值守運(yùn)行方式，為了保證該模式運(yùn)行穩(wěn)定性，積極開展檢測。換熱站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)共分為四個(gè)板塊，系統(tǒng)服務(wù)。編碼維護(hù)、換熱站控制、數(shù)據(jù)采集。

3.2 換熱站節(jié)能運(yùn)行控制模式

3.2.1 分組分段實(shí)施策略

換熱站分組控制內(nèi)容主要是加熱具體時(shí)間，基于該地區(qū)的氣象變化情況以及用戶熱量需求，優(yōu)化換熱站供熱系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)，完善加熱操作設(shè)置，保證特殊時(shí)段恒溫以及常規(guī)時(shí)間操作規(guī)范達(dá)標(biāo)，避免能源浪費(fèi)。曲線回路功能是改善傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)能源浪費(fèi)的主要形式，分組主要是劃分公共區(qū)域與住宅區(qū)域的換熱站，基于兩種建筑用途科學(xué)劃分熱量，例如，公共區(qū)域人類活動(dòng)集中在白天，尤其是辦公區(qū)域活動(dòng)時(shí)間較為固定，在工作人員下班后不需要熱能，降低熱量供應(yīng)。而針對(duì)住宅區(qū)域，國家有明確規(guī)定，室內(nèi)溫度不得低于18℃，經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)研究，室內(nèi)宜居溫度為22℃。其中用熱時(shí)間段集中在完善。但是，由于晚間室外溫度較低，建筑物要想保證室內(nèi)溫度需要提供更多熱源，能源消耗將會(huì)提升。換熱站分段控制受室外溫度變化影響，一天會(huì)被分割為不同時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段對(duì)于熱量需求不同，需要結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置換熱站運(yùn)行參數(shù)。

3.2.2 控制曲線動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)

集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行主要是滿足用戶對(duì)于室內(nèi)溫度需求，保證室內(nèi)處于適宜的溫度下，提升用戶居住感受。因此，為了保證室內(nèi)溫度處于適宜的指標(biāo)下，需要在室內(nèi)安裝溫度檢測設(shè)備，通過換熱站PLC將感知并上傳室內(nèi)溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度智能化監(jiān)控，控制中心基于室內(nèi)溫度開展智能化節(jié)能調(diào)節(jié)，并將數(shù)據(jù)上傳至換熱站中，例如表二所示。

從串聯(lián)無功補(bǔ)償技術(shù)原理入手，闡述串補(bǔ)技術(shù)在配電線路中改善電壓的基本原理，分析影響串補(bǔ)技術(shù)電壓調(diào)節(jié)的影響因素，結(jié)合實(shí)際案例仿真分析各因素對(duì)配電線路串補(bǔ)調(diào)壓的影響，提出工程實(shí)施合理化建議，最后以工程實(shí)施案例證明串補(bǔ)技術(shù)在配電網(wǎng)調(diào)壓中的有效性。

室外溫度是換熱站運(yùn)行控制曲線的關(guān)鍵條件，在運(yùn)行中選取典型的室內(nèi)溫度作為標(biāo)準(zhǔn)，確定控制曲線加權(quán)，如果控制曲線動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中室內(nèi)溫度持續(xù)保持在穩(wěn)定數(shù)值范圍內(nèi)，完成曲率訓(xùn)練[2]。

3.3 智能化節(jié)能改造前后對(duì)比

在集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行中，受管網(wǎng)問題的影響，供熱效果以及能源消耗不均衡，導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重以及室內(nèi)溫度較低，不能滿足當(dāng)代發(fā)展需求。在供熱循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展中，以冬季為例，在室內(nèi)溫度變化在1℃時(shí)，熱能變化在5%左右。因此，為了提升能源利用率，提升室內(nèi)溫度，開展供熱管網(wǎng)平衡節(jié)能改造是關(guān)鍵。集中供熱系統(tǒng)在經(jīng)過供熱管網(wǎng)平衡節(jié)能改造后，經(jīng)過一個(gè)采暖期運(yùn)行，整體運(yùn)行穩(wěn)定性較高，前后端管網(wǎng)水利失調(diào)問題明顯得到優(yōu)化，整體室內(nèi)溫度控制效果較好，平均溫度在21℃左右，其能源消耗量得到控制，用戶的滿意度逐漸上升[3]。

4 供熱管網(wǎng)節(jié)能改造案例分析

4.1 工程概況

A供熱公司集中供熱面積高達(dá)800萬m2，企業(yè)內(nèi)擁有5臺(tái)65MW熱水鍋爐熱源，58個(gè)換熱站，采用熱電聯(lián)產(chǎn)高溫余熱供暖。現(xiàn)階段，電廠余熱供暖管網(wǎng)主管線為DN400，供熱量達(dá)到60MW，冬季有3臺(tái)熱水鍋爐完成供熱。但是，當(dāng)前A供熱公司供熱管網(wǎng)存在嚴(yán)重的問題，能源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，同時(shí)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本較高。隨著我國節(jié)能環(huán)保綠色發(fā)展理念的不斷發(fā)展，將集中供熱系統(tǒng)發(fā)展中注入節(jié)能理念，優(yōu)化供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)降低集中供熱系統(tǒng)能源消耗，促進(jìn)我國可持續(xù)發(fā)展。因此，A供熱企業(yè)開展供熱管網(wǎng)節(jié)能改造勢在必行。

4.2 存在的問題

4.2.1 供熱管網(wǎng)運(yùn)行效率低，污染嚴(yán)重

由于A供熱公司的發(fā)展起步較早，城市供熱管網(wǎng)以及供熱設(shè)備的運(yùn)行年限較差，部分管道以及設(shè)備處于老化狀態(tài)，容易發(fā)生運(yùn)行安全事故，同時(shí)其維修的難度較大。A供熱公司采用鍋爐燃煤供熱，我國規(guī)定鍋爐運(yùn)行熱效率需要在68%，但是，在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐熱效率實(shí)際數(shù)值只有63%，存在熱能浪費(fèi)的情況。同時(shí)煤炭燃燒過程中產(chǎn)生大量的污染氣體以及污染顆粒物，影響我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)。經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，A供熱公司下的供熱管網(wǎng)運(yùn)行中的供水溫度平均在70℃左右，與系統(tǒng)要求的溫度存在一定的差距。并且鍋爐房內(nèi)部沒有安裝節(jié)能降耗設(shè)備，采用粗放型管理模式，供熱管網(wǎng)整體管理效果較差。A供熱公司雖然與電廠簽訂余熱供暖合同，但電廠余熱供暖主管規(guī)格較細(xì)，熱量輸送受到限制，濁度的熱量運(yùn)輸不出去，同時(shí)，受熱源鍋爐設(shè)備的影響，設(shè)備老化故障出現(xiàn)的頻次較多，嚴(yán)重影響供熱系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，嚴(yán)重較低集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，室內(nèi)溫度得不到保證，不能滿足用戶的需求，A供熱公司被用戶投訴的問題嚴(yán)重[4]。

4.2.2 供熱管網(wǎng)水力失衡，能源消耗大

首先，小區(qū)的供熱管網(wǎng)已經(jīng)超出正常的使用周期，設(shè)備腐蝕老化嚴(yán)重，企業(yè)地溝內(nèi)管道采用傳統(tǒng)保溫材料膨脹珍珠巖，由于該種材料的防水性、抗氧化性較差，長時(shí)間浸泡在積水中，膨脹珍珠巖的保溫效果大幅度下降。其次，我國對(duì)集中供暖管網(wǎng)工程改造的認(rèn)知不斷提升，改造工程體量不斷加大，主要是由于以往管理機(jī)制以及運(yùn)行機(jī)制的影響，集中供暖管網(wǎng)工程后期維修不到位，導(dǎo)致其存在大量的破損以及故障問題，存在管道“跑、冒、滴、漏”的現(xiàn)象，降低城市集中供暖的運(yùn)行效率，增加資源浪費(fèi)。另外，隨著我國城市化不斷發(fā)展，小區(qū)擴(kuò)建的情況逐漸增加，導(dǎo)致行政的建筑物接近原有供熱管網(wǎng)，施工導(dǎo)致供熱管網(wǎng)原有的水力平衡遭到破壞，管網(wǎng)運(yùn)行中缺乏智能化控制系統(tǒng)，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的熱量不能滿足用戶的實(shí)際需求，存在熱源浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 缺少自動(dòng)化控制與參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)前A供熱公司供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的問題，智能化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用效果較差，缺乏自動(dòng)化數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，導(dǎo)致企業(yè)不能實(shí)時(shí)掌握用戶的熱量需求數(shù)據(jù)，與供熱設(shè)備連接不夠緊密，存在盲目供熱的情況，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。在沒有自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息檢測系統(tǒng)的支撐下，集中供熱系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行故障檢查效率較低，技術(shù)人員對(duì)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)掌握不夠，系統(tǒng)不能及時(shí)得到設(shè)備故障信息反饋，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)造成一定的不良影響。

4.4 節(jié)能改造技術(shù)分析

4.4.1 熱源改造

熱源節(jié)能改造分為兩部分，安裝煙氣熱回收裝置以及變頻調(diào)速泵。首先，在一、二次網(wǎng)主出入口位置安裝溫度以及壓力傳感器設(shè)備，同時(shí)在供水管以及水管部位設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，在第二次管網(wǎng)部位安裝自動(dòng)泄壓電磁閥以及溫度、壓力傳感器設(shè)備，基于換熱站的溫度觸發(fā)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基于室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)供暖。其次，以變頻器為載體，掌握用戶對(duì)于室內(nèi)溫度的需求，制定變頻器調(diào)節(jié)方案，加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)流量管理控制。經(jīng)過變頻器調(diào)節(jié)管理，發(fā)現(xiàn)二次網(wǎng)管的凈化水量高出設(shè)計(jì)數(shù)值，如果針對(duì)二次網(wǎng)供水溫度進(jìn)行控制，將會(huì)影響工程項(xiàng)目整體控制水平，因此，積極結(jié)合實(shí)際情況，以二級(jí)泵回水溫度為基礎(chǔ)，保證變頻器調(diào)節(jié)控制數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，合理應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，在滿足用戶日常需求量的同時(shí)降低能源浪費(fèi)，體現(xiàn)出個(gè)性化需求。

4.4.2 換熱站節(jié)能改造

換熱站在長時(shí)間使用下，膠條以及內(nèi)部零件均出現(xiàn)不同程度的老化，熱量儲(chǔ)存安全性降低，換熱站熱量流失的情況較為嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，換熱站設(shè)備故障將會(huì)誘發(fā)漏水問題，水溫度較高，極易發(fā)生燙傷等情況。因此，為了提升換熱站節(jié)能改造質(zhì)量，定期對(duì)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢查，以15年為期限，對(duì)使用年齡在15年以上的換熱站進(jìn)行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換處理，結(jié)合情況更換零件設(shè)備，盡量壓縮生產(chǎn)運(yùn)行成本。

4.4.3 供熱管網(wǎng)節(jié)能改造

A供熱公司以自有鍋爐房熱源為主，電廠余熱的熱電聯(lián)產(chǎn)為輔，基于經(jīng)濟(jì)適用性角度考量，逐漸將其改造為電廠余熱的熱電聯(lián)產(chǎn)為主，降低自有鍋爐房的供熱地位。在城市供熱期間，不論鍋爐房還是電廠余熱的熱電聯(lián)產(chǎn)熱源發(fā)生故障，能夠?yàn)橛脩籼峁┳畹蜆?biāo)準(zhǔn)熱能，保證城市集中供熱系統(tǒng)的安全性。另外，結(jié)合實(shí)際情況，優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)布局，調(diào)整原有A供熱公司供暖管網(wǎng)布局方式，強(qiáng)化資源利用率，以達(dá)到提升供熱管網(wǎng)節(jié)能改造工程的社會(huì)價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值為目標(biāo)，積極應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段，在滿足城市居民用戶供暖需求量的同時(shí)降低能源損耗，滿足綠色節(jié)能發(fā)展要求。因此，在供熱管網(wǎng)節(jié)能改造施工中，結(jié)合城市集中供暖管網(wǎng)建設(shè)實(shí)際情況，積極采用針對(duì)性的節(jié)能改造方案，盡量將管網(wǎng)主線鋪設(shè)在熱負(fù)荷集中位置，盡量縮小管線之間的距離，降低管道成本消耗，節(jié)省供暖管網(wǎng)節(jié)能改造工程成本消耗。

5 結(jié)語

綜上所述，在全球能源緊張的背景下，為了改善傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)能源消耗的問題，積極開展節(jié)能改造工作，融入智能化手段，打造供熱管網(wǎng)智能化節(jié)能降耗監(jiān)測系統(tǒng)，提升能源控制的效果。加強(qiáng)供熱管網(wǎng)節(jié)能改造工作質(zhì)量，以分式供熱與連續(xù)供熱結(jié)合的方式，優(yōu)化傳統(tǒng)的供熱模式，精確熱網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)控制，以案例分析的形式重點(diǎn)闡述供熱管網(wǎng)熱源、換熱站、管網(wǎng)節(jié)能改造的措施，為我國集中供熱系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展奠定基礎(chǔ)。