换热站一体化节能改造方案及实例分析

2018-02-11王赟王妍尹岩岩中国运载火箭技术研究院

节能与环保 2018年2期

文 _ 王赟王妍尹岩岩中国运载火箭技术研究院

按照中国航天科技集团有限公司节能环保体系化要求，中国运载火箭技术研究院（以下简称“一院”）以系统工程理论为指导，注重整体性、关联性和拓展性，深入研究动力能源管控的最优化措施和方法，实施动力站房节能和信息化改造，取得了良好节能效果。

换热站是集中供热系统的重要组成部分，上面承接供热锅炉，下面连接热能用户，是热能转换的重要枢纽，更是供热系统节能的关键环节。一院在实施完成锅炉“煤改气”后，将节能重点放在换热站和热力管网方面，逐步实现从锅炉→换热站→热力管网的供热全系统、全过程的节能管控。

1 换热站存在的问题

换热站因设计年代久、运行时间长、热能负荷变化大等原因，主要存在以下问题。

1.1 原换热站设计规划趋于不合理

换热站因设计年代较早，未区分供热用户性质，造成供热峰谷负荷变化大，进一步造成热能转换效率降低。同时因时代限制，原换热站主要设备选型、变频技术和自动化控制的设计已不能满足当前供热换热的实际需求。

1.2 换热站供热负荷的不匹配性

随着供热用户的不断增加，原换热站的容量已不能满足新增负荷的容量需求，甚至出现超标供热。加剧供热与用热负荷间的不匹配，造成换热器阻力损耗加大。同时，水泵和管网不匹配、管网保温不达标，造成热量损失过大，产生换热效率低等问题。

1.3 换热站自动化程度不高

换热站因设计年代比较久，未考虑自动化和变频管控等措施。缺少自动化变频调节装置和自动化远程监控系统，仅依靠运行值班人员经验进行负荷调节，易造成供热流量不平衡和超标供热等问题。人工运维成本居高不下。

2 换热站节能一体化改造方案

针对换热站存在的主要问题，我们制定了一体化节能改造方案。重点从分区设计、供热负荷匹配、变频化改造、自动化控制和管网更新等五个方面组织实施。

根据供热用户性质不同，针对科研生产和居民生活供热负荷的不同情况进行换热系统分区独立设计。其中，科研生产白天负荷量高、夜间负荷量低；而生活负荷则恰恰相反。利用热能峰谷差进行热量供给互补，实现热量供需平衡。

根据新增用热负荷，增加换热站总换热能力，采用节能型变频循环水泵、换热器等设备设施。采用低压供电系统替代高压供电，利用成熟的低压变频技术对原高压电机进行改造，将二次水循环泵供电电压由高压（6kV）改造为低压（380V），在满足使用的条件下，低压变频电机具有启停灵活、对电路干扰小和节电等优势。

在换热站内加入信息化远程监控和自动控制系统，使其具备对温度、压力、流量的实时采集、分析和报警功能，实现供暖温度的自动调节、负荷的分时自动调节和水泵远程控制。改造局部热力管道和管沟，修复室外管线的外保温层，实现管网的合理布局。

通过制定上述改造方案，统筹换热站更新改造的全部内容，可以实现换热站的一体化节能改造升级，实现换热站节能化、自动化和信息化。

3 实例分析

一院2号换热站始建于2001年，承担着部分科研生产和居民生活等两部分的供暖任务，总供暖负荷40MW。该换热站有3台流量1260m3/h、扬程46m的循环水泵，2用1备；有6台板式换热器，总换热能力42MW，已接近满负荷。

随着负荷增加和供暖技术的发展，该换热站供暖区域和供暖面积过大、自动化程度较低等问题日益凸显，需要对其进行系统化改造升级，并提升自动化水平。

我们以一体化改造方案为指导，综合考虑分区设计的需求，在2号换热站原址内新建2个供暖系统，分别承担科研区和生活区的供暖任务。其中，科研分系统，二次水按16℃温差计算，选用3台720m3/h、扬程37m的循环水泵，2用1备，水泵功率90kW。生活分系统，二次水按16℃温差计算，选用3台720m3/h、扬程43m的循环水泵，2用1备，水泵功率110kW。2个系统分别采用3组换热器160m2的水水换热器，并实施1.0MPa水压试验。

新建低压供电系统，将二次水循环泵供电电压由6kV降低为380V，采用低压变频循环水泵替代原高压循环泵。分别建设科研区自控系统和生活区自控系统和远程监控模块。采用水泵变频控制柜、系统PLC柜、远传式仪表等设备，实现对温度、压力、流量的实时采集、分析和报警功能，具备将数据远传至燃气锅炉房总监控系统的能力。新安装科研区和生活区总供回水管道至2号换热站站内的管道，改造局部热力管道、地沟和井。

通过以上改造，实现了实现科研区与生活区分区供暖，实现二次水供水温度自动调节，具备了自动化远程监控能力和无人值守能力，节能效果和经济性大幅提升。

4 效果评价

以一个采暖季为考核期，2号换热站实现科研区和生活区分区供暖后，通过优化管网压力和低负荷时段分区分时调节供水温度，系统总补水量由25m3/h降低到15m3/h，节约软化水3万t/a。采用气候补偿技术后，实现科研区分时段供暖，节省天然气30万m3/年。采用低压供电和变频技术后，节电率达到30%以上，节电25万kWh/a。综合节省能源费用约180万元/a，节能效益和经济效益显著。同时，依靠自动化监控系统，实现了换热站无人值守，每年可节省人工成本36万元。