采暖热力站运行调试与节能改造

2013-08-10张永宁薛志峰郭庆娜北京唯绿建筑节能科技有限公司

节能与环保 2013年10期

文 / 张永宁薛志峰郭庆娜北京唯绿建筑节能科技有限公司

北京市朝阳区某热力站点，供暖总建筑面积为32158m2，采用换热器厂生产的2组换热面积40m2的板换，生活热水系统采用容积式热交换器。一次侧没有进行气候补偿控制。采暖循环水泵采用屏蔽泵，流量100m³/h，扬程30m，功率15kW，没有进行变频控制。计量设备已安装了热量总表、照明电表、动力电表、采暖补水水表和生活热水水表。

2010年11月15日至2011年3月15日的能耗及费用如表1所示。其中,94%为热费，5.8%为电费，其余为水费。折成标准煤，97.2%为热耗，2.8%为电耗，其余为水耗。

表1

热力消耗包括生活热水和采暖两种用途，改造前生活热水支路未安装分热表，根据实际测试经验值0.23GJ/t进行拆分，结果显示采暖热耗比重为98%，其余2%为生活热水热耗。采暖热耗为11546GJ，折合到单耗为0.36GJ/m2，标准煤耗14.7kg/m2。参照当时节能50%的标准，2002年建筑的热耗为12.4kg/m2，节热空间约15%～20%。

1 现场测试与节能诊断

现场测试包括二次管网的水力平衡测试、热力站内一次侧和二次供回水温度测试，水泵流量和效率测试等，分析运行数据进行节能诊断，设计节能改造的技术方案。

1.1 二次管网水力平衡调试

供热系统普遍都存在着水力不平衡问题，这种情况表现在靠近换热站的用户流量过大，室温过高；远离热源的用户流量不足，室温过低。“近热远冷”的现象比较严重。热力站运行人员很少调节二次管沟的平衡阀门，对于供热不足的不利支路，往往以提高供热温度和增大供回水流量的手段解决。供暖系统的水力不平衡是造成供暖系统能量浪费的主要原因之一，实现供暖系统的水力平衡是实现冬季建筑供暖系统节能的必要条件。

根据热力站的水路布局（图1）与供回水温差监测数据（图2）显示，4#的供回水温差低于总供回水温差，甲3#和3#温差高于总供回水温度，尤其是甲3#温差偏大。经过水力平衡调试，水力不平衡现象得到减缓。

图1 供暖水力位置分布图

如图2所示，各个建筑回水温度参差不齐，其中回温最高为4#楼52.1℃，回温最低为甲3#楼45.3℃。各建筑供回水温差在5.6～12.4℃不等，说明该二次网系统存在较大的不平衡率，有较大的调节空间。测量各个回路温度，采用温差调节法对该二次网进行水力平衡调节，调节完一次后，对各个回路温度再进行测量，调节前后各个支路的回水温度值趋于平均，热不平衡现象得到一定好转。

1.2 水泵测试与节能诊断

由于水泵没有进行变频，监测期间供回水温差5～10℃范围内波动，不同室外气温下的二次供水温度毫无规律可循。

通过测试，实际运行扬程31m，流量达到144m³/h，二次循环水泵的效率达到67%。水泵效率处于中等偏下水平。经过经济性测算，更换水泵的投资回收期较长，因此仅做变频改造。

1.3 气候补偿可行性分析

目前热力站一次侧供水温度和压力由大热网统一调节，供水温度和供水压力随着室外温度有一定的波动，但调节幅度较小。热力站一次回水和二次侧全部由运行人员根据经验调节，人工控制不及时且没有准确的目标值。同一室外气温下，一次回水温度的随机波动幅度较大，没有随着室外气温进行调控，浪费了大量的热量。

因此需要安装气候补偿控制柜，根据室外气温计算热负荷后进行补偿调节控制一次回水和二次供回水温度，实现供热系统的气候补偿，预计节能率为21%。

2 节能改造实施方案

2.1 完善热计量

热力站的热计量设施不完善，生活热水供热和采暖供热共用一台热量表，根据现场情况，设计并安装了采暖供热计量分表。流量传感器安装在一次侧回水处，在一次侧供水和回水安装了温度传感器，通过积分仪计算出热量消耗。

2.2 水泵变频控制

采用15kW的变频器，对循环水泵进行变频。随着室外气温升高，住户的热需求变小，制定变频策略。依据整个冬季的测试数据，预计每个采暖季通过变频可节约水泵电耗8446kWh。

2.3 气候补偿控制调节

图2 各回路的供回水温差监测

气候补偿系统根据室外温度和风力状况、负荷模拟预测结果以及用户反馈综合判断确定用户的热需求，从而实现按需供热。该系统包含下述控制策略：

（1）16个室外气温补偿点，实现了气候补偿的平滑调节，避免温度骤然变动。

（2）室外气温参照可采用实时数据、10分钟平均值、小时平均值或天平均值。由于市政大热网不稳定，采用一段时间的平均值可减缓室外气温随机波动对供热稳定性的负面影响。

（3）水泵变频温度按照室外气温设置，仅在供暖初期和末期低频率运行，节省部分电耗。

（4）设置了大风降温预警模式。

采取气候补偿后，根据二次供水温度监测数据显示，室外气温-5℃以下和15℃以上气候补偿控制比较准确；其次为12℃～15℃气候补偿控制效果一般；-5℃～12℃范围内气候补偿较差。正负偏差最高达到9℃，还需要进一步细化控制逻辑。

气候补偿后一次回温监测数据显示，室外气温-13℃以下和4℃以上气候补偿控制比较准确，其次为-12℃～-5℃气候补偿控制效果一般。由于二次换热量的减少致使一次回水温度也相应变化，理论计算气候补偿可节省20%的供热量。

2.4 系统运行远程监测

采用GPRS通讯技术，将热力现场智能监控柜中的数据（包括一次侧供、回水温度，二次侧供、回水温度，室外温度，旁通阀门开度，瞬时热量，累计热量，瞬时电耗及累计电耗等）远程传输到中央服务器，实现远程监控。倘若监控中出现的异常情况及高能耗情况，技术人员和运行人员进入热力站现场，做出故障判定并解决问题，从而做到精细化管理节能。