集中供热运行调节

陈 鹏

对集中供热而言,由于一次网供热管线距离较长,热负荷及循环流量大,造成在线路上沿程及局部阻力损失较大,当实际运行负荷达到设计负荷时,使管线末端热力站的一次管网水流速度缓慢,热力站的资用压头不足,甚至局部静止,造成管网的整体水力失衡。因此在运行初期和运行过程中需要对管网进行整体的调节,达到安全合理和高效的运行。

热力管网运行调节分初调节和运行调节。初调节是指在供热前或供热初期进行的将各热力站的流量调配至实际负荷所需要的流量的过程,解决运行初期水平失调,即初调节是对流量的调节。根据水力计算结果和往年运行经验,通过自动控制系统和手动操作达到供热初期调节的平衡。对一次管网来说,近端热力站由于距离热源较近,总的沿程和局部阻力小,供、回水资用压头较大,需要关小阀门,减小压差,降低流量,使实际一次管网水循环流量等于计算流量。对一次管网的调整采用由近端到远端,由主线到支线的方法。在运行初期由于负荷的变化及新热力站的投运,初调节需要反复进行,直至系统负荷稳定。在初调节完成后,当室外温度发生变化时,需要通过运行调节来实现。运行调节是指在热源处进行的随室外温度的变化进行的温度和流量的调节,即运行调节是对热量的调节。运行调节按调节方式又可以分为质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节和间歇调节。随着室外温度的变化,根据总的热负荷及流量的情况计算的结果,相应的调整供水温度、变化循环流量或是当室外最低温度低于某一值或者根据当地实际的经验气象数据到达严寒状况时,需要增大供水流量然后再通过调节供水温度进行调节(即分阶段改变流量的质调节)及改变每天的供热小时数来实现调节目标。对于大型集中供热而言,由于一次管网距离远,从热源到热用户循环时间长,调节时效差,以及频繁改变流量造成的水力工况变化,因此一般不采用间歇调节和量调节方式运行。当运行流量没有变化时,水力工况不会发生变化。流量增加后,会使沿程和局部阻力增大,原先在小流量大温差方式下运行正常的末端热力站出现资用压头不足,二次侧供、回水温度逐渐降低,此时可采取以下几种方式进行调节:1)启动中继泵;2)启动末端资用压头不足热力站的一次侧回水加压泵;3)配合启动中继泵同时启动末端热力站的回水加压泵;以上几种方法都是从增加负阻力方面进行调节。对于这几种运行方式,第一种方法在启动中继泵站后,全网各站的资用压头均得到提升,管网的压力有所下降,但弊端是对于前段和资用压头可以满足的热力站来说需要通过站内截流来实现全网平衡运行,增加了不必要的损失,同时由于中继泵站和电厂主循环泵串联运行,也增加了运行费用,加大了安全运行的风险;第二种方法的问题在于最末端资用压头不足的热力站在启动一次侧回水加压泵后,使次末端热力站的一次侧流量减少,资用压头降低,造成次末端的热力站也需要通过启动回水加压泵来实现正常运行,进而使需要安装一次侧回水加压泵的热力站逐年增多。

以太原市热力公司第二供暖分公司运行为例,热源为大唐太原第二热电厂,采用间接方式供热,一次网调节方式为分阶段改变流量的质调节。通过两条主干线提供热源,两条主干线在市区北大街和旱西关街连通,四、五期主干线全长12.8 km,六期主干线全长10.6 km,根据往年的运行经验,最不利环路是涧河路末端的2265热力站。在投运六期管网之前,运行热负荷达到设计负荷,运行初期采用设计流量6 100 t/h运行。先进行初调节,前端的热力站通过关小站内一次网供水侧闸阀、蝶阀以及一次网回水上的电动调节阀,使资用压头达到设计的10 m,实际调节时供、回水进站球阀不可参加调节。随着运行距离的增加,各热力站调节阀门开度不断增大,至2265热力站,一次网站内所有阀门均保持大开,这时可以满足10 m的资用压头的要求。判断平衡最直观的方法是各热力站二次网回水温度是否一致,根据自控系统计算结果,各站回水温度尽量控制在平均回水温度±1℃之内。在初寒期,采用质调节方式运行,即根据事先计算好的数值,随着室外温度的变化,及时联系电厂进行相应调整,进入严寒期后,必须启动中继泵,这时一次网运行流量从运行初期的6 100 t/h提高至6 880 t/h,一次网的运行压力略有降低,随着流量的增加末端的2265热力站资用压头不足,水力计算的结果最高达到-50 m,需启动站内的一次网回水加压泵,才能满足运行条件,中继泵运行后,末端涧河路、建设路热力站启动回水加压泵后,造成次末端的北大街2240,2241热力站流量降低,形成抢水现象。六期主干线投运后,与四、五期主干线并联运行,在市区的北大街支干线和旱西关街支干线连通,初寒期的循环流量为8 000 t/h,严寒期增加9 500 t/h～10 000 t/h,热源的增加和运行流量的提高,环状管网的形成,管网运行压力下降,在严寒期不需要启动中继泵便可实现稳定运行,末端热力站在严寒期虽然还需要启动回水加压泵,但实际运行的水力工况有了明显好转。

在运行调节过程中需注意以下几个问题:1)自控系统在初调节和平均温度的计算方面起到非常重要的作用,由于初期热力站较少、扩网后通讯不能及时完成和通讯线路等原因,现在可实现集中控制的热力站数量只有一半左右,大大降低了集中调控的效果,需要尽量完善,才能发挥出效果。2)末端热力站一次网回水上的加压泵设计为工频运行,在实际运行过程中,当启动回水加压泵时,存在抢水现象,需要临近次末端的原先资用压头满足的热力站也启动回水加压泵,如果回水加压泵采用变频控制,末端部分的运行工况将有明显改善。3)设计热负荷为64 W/m2,太原市是按照-12℃的室外平均温度进行设计的,随着设备和技术的革新以及现代建筑对节能投入的增加,在运行过程中实际的热负荷要远小于设计热负荷,在实际运行中依据50 W/m2进行计算调整,实际的单位面积热负荷更低。功率比等于流量比的三次方,当流量适当减小时,功率就会有较大的变化,当室外平均温度较高时适当降低一次网循环流量,可改善水力工况,也可降低电耗。4)质调节的过程就是热源温度调整,热源受煤质及设备故障等原因在正常运行过程中可能出现供水温度的大幅度波动,在严寒期一次网供水温度波动最高可达20℃左右,前端热力站为维持正常温度而调大一次网阀门开度,造成水力不平衡,给全网的运行调节造成很大的困难,在运行中需要加强管理,严格控制自行调节。5)北大街支干线和旱西关支干线通过三墙路支线连接后通过水力计算发现旱西关可向北大街提供流量,同时末端的水力工况有所改善,证明环状网络比支状网络可以改善水力工况。6)北大街支干线总的热负荷过大,高于其他线路,负荷分配不合理,也是造成水力失调的原因,在六期管网投运后,末端热力站的运行工况有了很大提高。

造成水力失调的原因是多方面的,与设计和实际运行及后续热负荷的增加都有直接关系。在设计过程中要充分考虑各条线路负荷的基本一致,实际运行中要充分注意各种问题。不同管网可能出现的情况不同,运行中需要根据实际情况采取不同的方式进行调节。

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