集中供熱系統(tǒng)熱力站運(yùn)行策略分析

郎輝 李祥義

摘要：隨著社會的發(fā)展，熱用戶對采暖需求不斷提升，供熱系統(tǒng)也在不斷更新完善，通過硬件、軟件的配套改進(jìn)實(shí)施，運(yùn)行人員在掌握各項(xiàng)供熱參數(shù)的情況下綜合分析，運(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺、源頭設(shè)計、工藝改造等手段踐行科學(xué)供熱行業(yè)理念。熱力站作為集中供熱系統(tǒng)供熱網(wǎng)路與熱用戶的連接場所及輸配中心，科學(xué)高效地把控站內(nèi)運(yùn)行參數(shù)是貫徹科學(xué)供熱的關(guān)鍵。本文結(jié)合實(shí)踐，從集中供熱系統(tǒng)熱力站設(shè)計、運(yùn)行、改造等方面進(jìn)行論述，提出改進(jìn)措施，提前謀劃，旨在確保熱力站于各工況下高效運(yùn)行，以供參考。

關(guān)鍵詞：熱力站；運(yùn)行參數(shù)；節(jié)能降耗；工藝

DOI：10.12433/zgkjtz.20240134

一、概述

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

二、水水熱力站運(yùn)行策略分析

（一）能源監(jiān)測平臺運(yùn)用

1.一次側(cè)流量偏高

滄州市交通小區(qū)熱力站轄區(qū)負(fù)荷5層老舊小區(qū)及部分平房，實(shí)際供熱面積2.58萬m2，暖氣片采暖，保溫較差，前身為地?zé)峋惫┠Ｊ剑?019年進(jìn)行庭院管網(wǎng)及樓內(nèi)系統(tǒng)改造，并接入集中供熱系統(tǒng)。根據(jù)能源監(jiān)測平臺實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，如表1所示，一次側(cè)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(cè)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(diào)節(jié)閥開度29.25%。經(jīng)能源監(jiān)測平臺站與站橫向?qū)Ρ龋摕崃φ疽淮蝹?cè)流量明顯高于同類型其他熱力站，一次側(cè)流量預(yù)設(shè)6T/H/萬m2，且一次側(cè)回溫較其他熱力站偏高，判定為一次側(cè)流量過大導(dǎo)致一次回水溫度偏高。根據(jù)定溫情況可知，調(diào)節(jié)閥正常定溫，調(diào)節(jié)閥開度符合定溫要求，無異常。一次側(cè)流量為20.44T/H時，二次供水達(dá)到定溫要求，進(jìn)而判斷板換換熱能力不足或結(jié)垢，提高換熱系數(shù)，增大效率，且一次側(cè)供回水壓差過大。經(jīng)拆卸高壓清洗后，熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)致運(yùn)行偏差

泰和小區(qū)熱力站共計三個環(huán)路，熱量完成率以一次側(cè)計量，監(jiān)測數(shù)據(jù)畫面如表3所示，發(fā)現(xiàn)兩處運(yùn)行參數(shù)不合理：第一，雙環(huán)的高環(huán)二次側(cè)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(huán)路站內(nèi)二次側(cè)流量顯示異常大，遂進(jìn)行調(diào)網(wǎng)降頻措施，降頻后當(dāng)日出現(xiàn)單環(huán)熱用戶大面積反映不熱現(xiàn)象。基于此，現(xiàn)場檢查站內(nèi)熱量計測量、安裝位置及上傳數(shù)據(jù)均無異常，繼而由經(jīng)營部門重新核實(shí)分環(huán)面積，發(fā)現(xiàn)面積分環(huán)錯誤，更正后運(yùn)行數(shù)據(jù)回歸正常，如表4所示。此類數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象得以迅速解決，避免人、機(jī)、物力量大規(guī)模投入，可見大數(shù)據(jù)匯總對比分析解決問題的便捷性。

（二）質(zhì)調(diào)節(jié)電耗問題

在電耗指標(biāo)控制方面，行業(yè)多按照取暖期單位面積使用量作為核定標(biāo)準(zhǔn)，例如，年度生產(chǎn)大綱電耗指標(biāo)0.56kWh/m2，按采暖季120日，折合運(yùn)行期每日指標(biāo)46.7kWh/萬m2。現(xiàn)場一般更直觀地以站內(nèi)循環(huán)泵變頻器上口電流3.5A/萬m2進(jìn)行觀測，判定該站電耗是否在合格線以內(nèi)。參照熱力站內(nèi)工藝，一次網(wǎng)流量由熱源循環(huán)泵驅(qū)動，未設(shè)置分布式變頻泵，二次側(cè)循環(huán)泵通常定頻運(yùn)行，補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓，考慮到站內(nèi)耗電量95%來自二次側(cè)循環(huán)泵，降低循環(huán)泵運(yùn)行頻率是節(jié)電的關(guān)鍵。

供熱均衡的本質(zhì)為熱量分配，具體到熱用戶是流量分配，需要站內(nèi)循環(huán)泵有足夠的流量供應(yīng)，然后在盡可能低頻下滿足用熱工況要求，實(shí)現(xiàn)用戶滿意、節(jié)能降耗雙目標(biāo)。在變頻器作用下，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時流量與頻率的一次方成正比，揚(yáng)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(shè)計工況下，在水泵匹配某一管網(wǎng)時，流量揚(yáng)程變化曲線如圖1所示，當(dāng)前工作點(diǎn)B點(diǎn)，降頻后工作點(diǎn)至D點(diǎn)，揚(yáng)程、流量、功率均降低，由于前期管網(wǎng)水力未調(diào)平，局部阻力過大或過小，流量分配不均，可能存在水力失調(diào)，原來流量可到達(dá)的熱用戶，降頻后流量不足，進(jìn)而出現(xiàn)管路遠(yuǎn)端室溫不達(dá)標(biāo)、局部過熱問題。在某一頻率下，降低管路阻力可增大流量，經(jīng)過調(diào)網(wǎng)減阻，工作點(diǎn)由D點(diǎn)變?yōu)镃點(diǎn)。例如，首先，將站內(nèi)二次側(cè)阻力控制在合理范圍，一般板換0.05MPa以內(nèi)，除污器0.03MPa左右；其次，調(diào)整外部管網(wǎng)阻力，主要檢查各關(guān)斷閥開閉程度以及管網(wǎng)老化情況等。整體流量增加后，對于下一步流量分配、降頻節(jié)能有著推動作用，有利于大溫差小流量理念的執(zhí)行。2020年1～2月，某熱網(wǎng)管理所轄區(qū)39座熱力站61環(huán)路實(shí)供面積264.36萬m2，經(jīng)調(diào)網(wǎng)、減小站內(nèi)設(shè)備阻力、降頻手段，網(wǎng)電單耗由60kWh/萬m2/日降至40kWh/萬m2/日以內(nèi)。

（三）集氣處理

在熱力運(yùn)行管網(wǎng)輸送介質(zhì)過程中，加熱水循環(huán)系統(tǒng)不可避免地會有一些空氣，來自系統(tǒng)補(bǔ)水和管網(wǎng)泄漏。水中的空氣會對熱力水循環(huán)系統(tǒng)會產(chǎn)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(huán)不暢，降低熱力系統(tǒng)傳熱效率、腐蝕系統(tǒng)設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲和空氣腐蝕，系統(tǒng)循環(huán)不良，降低設(shè)備和管網(wǎng)的使用壽命，直接影響整個供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)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(shè)時期設(shè)置真空脫氣機(jī)。

真空脫氣機(jī)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(guān)。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(huán)水系統(tǒng)中，將軟水器、定壓補(bǔ)水裝置、螺旋除污器和真空脫氣機(jī)配合使用，同時與熱力站壓力、溫度、流量等參數(shù)形成連鎖控制，控制電機(jī)啟停，根據(jù)需求調(diào)整脫氣機(jī)的工作時間和周期。原則上，真空脫氣機(jī)可安裝在熱力管網(wǎng)系統(tǒng)的任何位置，但必須注意安裝點(diǎn)的壓力應(yīng)在工作壓力、溫度范圍內(nèi)。同時，安裝基礎(chǔ)面要求水平，使設(shè)備振幅控制在20μm范圍內(nèi)，設(shè)置集水坑并匯入排水溝。在采暖系統(tǒng)中，考慮到水溫影響溶解度，設(shè)備一般安裝在回水管上。啟動前，檢查參數(shù)設(shè)置并清洗連接管道，同時設(shè)置可靠的接地保護(hù)，匯入熱力站接地網(wǎng)。尤其在一次網(wǎng)末端熱力站、老舊小區(qū)，應(yīng)盡可能設(shè)置全自動真空脫氣機(jī)。

三、結(jié)語

綜上所述，本文的案例是熱力站生產(chǎn)運(yùn)行中較常見的問題，借助現(xiàn)代科技輔助手段，更易直觀地發(fā)現(xiàn)站內(nèi)參數(shù)異常情況，就地操盤檢查，逐步被計算機(jī)大數(shù)據(jù)整合分析取代，綜合發(fā)現(xiàn)各類隱患，并給出處理建議，這也是現(xiàn)代供熱控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。節(jié)能降耗亦是現(xiàn)代供熱企業(yè)重視的一方面，大型區(qū)域供熱集團(tuán)公司有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪甓却缶V要求，熱力站電耗以負(fù)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(shè)計密切相關(guān)。真空脫氣機(jī)可以科學(xué)地脫除水系統(tǒng)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(tǒng)的氧化腐蝕問題，降低設(shè)備維修和更換的成本，提高系統(tǒng)中的傳熱效率，可降低約5%的能耗。

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作者簡介：郎輝（1972），高級經(jīng)濟(jì)師，從事供熱管理工作；李祥義（1990），助理工程師，從事供熱生產(chǎn)技術(shù)管理工作。