集中供熱系統熱力站運行策略分析

郎輝 李祥義

摘要：隨著社會的發展，熱用戶對采暖需求不斷提升，供熱系統也在不斷更新完善，通過硬件、軟件的配套改進實施，運行人員在掌握各項供熱參數的情況下綜合分析，運用大數據平臺、源頭設計、工藝改造等手段踐行科學供熱行業理念。熱力站作為集中供熱系統供熱網路與熱用戶的連接場所及輸配中心，科學高效地把控站內運行參數是貫徹科學供熱的關鍵。本文結合實踐，從集中供熱系統熱力站設計、運行、改造等方面進行論述，提出改進措施，提前謀劃，旨在確保熱力站于各工況下高效運行，以供參考。

關鍵詞：熱力站；運行參數；節能降耗；工藝

DOI：10.12433/zgkjtz.20240134

一、概述

熱力站供熱系統作為城市生活中的重要設施，在改善人們生活條件及生活質量等方面有著重要作用，尤其是天氣較為寒冷的北方地區，重要性更是不言而喻。西方國家在十九世紀初期就開始探索集中供熱模式，逐步形成了熱源、熱網、熱力站、熱用戶四方面運行理論及實踐基礎，我國集中供熱市場自發展以來，熱力站運行模式日益呈現多樣化，在每種模式下人們歸納出一系列運行理念，對于下一步科學精準供熱具有寶貴的參考價值。本文就熱力站質調節模式下的某些案例進行分析和討論。

二、水水熱力站運行策略分析

（一）能源監測平臺運用

1.一次側流量偏高

滄州市交通小區熱力站轄區負荷5層老舊小區及部分平房，實際供熱面積2.58萬m2，暖氣片采暖，保溫較差，前身為地熱井直供模式，2019年進行庭院管網及樓內系統改造，并接入集中供熱系統。根據能源監測平臺實時監測數據，如表1所示，一次側供溫88.46℃，回溫43.99℃，瞬時流量20.44T/H，瞬時熱量3.58GJ/H，供壓0.61MPa，回壓0.37MPa；二次側定溫48℃，供溫47.67℃，回溫43.1℃，供壓0.38MPa，回壓0.33MPa，瞬時流量162.37T/H，瞬時熱量3.32GJ/H，單位瞬時流量63T/H/萬m2，調節閥開度29.25%。經能源監測平臺站與站橫向對比，該熱力站一次側流量明顯高于同類型其他熱力站，一次側流量預設6T/H/萬m2，且一次側回溫較其他熱力站偏高，判定為一次側流量過大導致一次回水溫度偏高。根據定溫情況可知，調節閥正常定溫，調節閥開度符合定溫要求，無異常。一次側流量為20.44T/H時，二次供水達到定溫要求，進而判斷板換換熱能力不足或結垢，提高換熱系數，增大效率，且一次側供回水壓差過大。經拆卸高壓清洗后，熱力站運行數據如表2所示。

2.基礎數據導致運行偏差

泰和小區熱力站共計三個環路，熱量完成率以一次側計量，監測數據畫面如表3所示，發現兩處運行參數不合理：第一，雙環的高環二次側流量偏小，但用戶室溫普遍在20～21℃，且入戶熱表顯示入戶流量在0.5T/H左右；第二，單環路站內二次側流量顯示異常大，遂進行調網降頻措施，降頻后當日出現單環熱用戶大面積反映不熱現象。基于此，現場檢查站內熱量計測量、安裝位置及上傳數據均無異常，繼而由經營部門重新核實分環面積，發現面積分環錯誤，更正后運行數據回歸正常，如表4所示。此類數據異常現象得以迅速解決，避免人、機、物力量大規模投入，可見大數據匯總對比分析解決問題的便捷性。

（二）質調節電耗問題

在電耗指標控制方面，行業多按照取暖期單位面積使用量作為核定標準，例如，年度生產大綱電耗指標0.56kWh/m2，按采暖季120日，折合運行期每日指標46.7kWh/萬m2。現場一般更直觀地以站內循環泵變頻器上口電流3.5A/萬m2進行觀測，判定該站電耗是否在合格線以內。參照熱力站內工藝，一次網流量由熱源循環泵驅動，未設置分布式變頻泵，二次側循環泵通常定頻運行，補水泵變頻調速定壓，考慮到站內耗電量95%來自二次側循環泵，降低循環泵運行頻率是節電的關鍵。

供熱均衡的本質為熱量分配，具體到熱用戶是流量分配，需要站內循環泵有足夠的流量供應，然后在盡可能低頻下滿足用熱工況要求，實現用戶滿意、節能降耗雙目標。在變頻器作用下，水泵運轉時流量與頻率的一次方成正比，揚程與頻率的二次方成正比，軸功率與頻率的三次方成正比。設計工況下，在水泵匹配某一管網時，流量揚程變化曲線如圖1所示，當前工作點B點，降頻后工作點至D點，揚程、流量、功率均降低，由于前期管網水力未調平，局部阻力過大或過小，流量分配不均，可能存在水力失調，原來流量可到達的熱用戶，降頻后流量不足，進而出現管路遠端室溫不達標、局部過熱問題。在某一頻率下，降低管路阻力可增大流量，經過調網減阻，工作點由D點變為C點。例如，首先，將站內二次側阻力控制在合理范圍，一般板換0.05MPa以內，除污器0.03MPa左右；其次，調整外部管網阻力，主要檢查各關斷閥開閉程度以及管網老化情況等。整體流量增加后，對于下一步流量分配、降頻節能有著推動作用，有利于大溫差小流量理念的執行。2020年1～2月，某熱網管理所轄區39座熱力站61環路實供面積264.36萬m2，經調網、減小站內設備阻力、降頻手段，網電單耗由60kWh/萬m2/日降至40kWh/萬m2/日以內。

（三）集氣處理

在熱力運行管網輸送介質過程中，加熱水循環系統不可避免地會有一些空氣，來自系統補水和管網泄漏。水中的空氣會對熱力水循環系統會產生諸多不利影響，積累的氣體會形成空氣阻力，造成戶端循環不暢，降低熱力系統傳熱效率、腐蝕系統設備，導致系統噪聲和空氣腐蝕，系統循環不良，降低設備和管網的使用壽命，直接影響整個供熱系統的安全運行。傳統的解決辦法是：第一，在暖氣片末端和立管末端安裝放氣閥；第二，在施工過程中使水平管道有一定坡度，但無法從根本解決集氣問題。基于以上考慮，可以在熱力站建設時期設置真空脫氣機。

真空脫氣機的脫氣原理是基于亨利定律的工作原理，利用在水中的溶解度與水溫和壓力有關。在一定溫度下，氣體在水中的溶解度與壓力成正比；在一定壓力下，水溫降低，氣體溶解度增加，水溫升高，氣體溶解度降低。在熱力循環水系統中，將軟水器、定壓補水裝置、螺旋除污器和真空脫氣機配合使用，同時與熱力站壓力、溫度、流量等參數形成連鎖控制，控制電機啟停，根據需求調整脫氣機的工作時間和周期。原則上，真空脫氣機可安裝在熱力管網系統的任何位置，但必須注意安裝點的壓力應在工作壓力、溫度范圍內。同時，安裝基礎面要求水平，使設備振幅控制在20μm范圍內，設置集水坑并匯入排水溝。在采暖系統中，考慮到水溫影響溶解度，設備一般安裝在回水管上。啟動前，檢查參數設置并清洗連接管道，同時設置可靠的接地保護，匯入熱力站接地網。尤其在一次網末端熱力站、老舊小區，應盡可能設置全自動真空脫氣機。

三、結語

綜上所述，本文的案例是熱力站生產運行中較常見的問題，借助現代科技輔助手段，更易直觀地發現站內參數異常情況，就地操盤檢查，逐步被計算機大數據整合分析取代，綜合發現各類隱患，并給出處理建議，這也是現代供熱控制系統的發展趨勢。節能降耗亦是現代供熱企業重視的一方面，大型區域供熱集團公司有著嚴謹的年度大綱要求，熱力站電耗以負荷單位面積考核，相較于局域供熱公司電耗成本可降低50%，這也和前期投資、設計密切相關。真空脫氣機可以科學地脫除水系統中的大氣泡、微氣泡和溶解氣體，解決氣阻、泵的氣蝕以及系統的氧化腐蝕問題，降低設備維修和更換的成本，提高系統中的傳熱效率，可降低約5%的能耗。

參考文獻：

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作者簡介：郎輝（1972），高級經濟師，從事供熱管理工作；李祥義（1990），助理工程師，從事供熱生產技術管理工作。