集中供热系统换热站运行节能研究

2020-03-06刘亚鹏

工程建设与设计 2020年14期

刘亚鹏

（山西省城乡规划设计研究院工程设计中心，太原030000）

1 集中供热换热站概述

集中供热系统的换热站是供热网路与热用户的连接场所。它的作用是根据热网工况和不同条件，采用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热力以满足用户需求，并根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。根据热网输送的热媒不同，可以分为热水换热站和蒸汽换热站[1]。

2 集中供热换热站运行存在的问题

2.1 换热站设备选型不合理

集中供热换热站设备包括传换热器、循环水泵、定压补水泵、软化水箱、软水器以及换热站电气和自控设备。实际换热站运行过程中，换热站的设备选型存在不合理的现象。设计院和热力公司习惯选择超出设计负荷能力的换热器，以及大流量和大扬程的循环水泵和补水泵。实际运行过程中，往往存在大马拉小车的现象，极大地造成了能源和资源的浪费。同时，换热站设备选型不合理会使各个换热设备不能协调运行，使得设备的系统性存在问题，不仅会减少设备的使用年限，同时还造成了能源消耗和运行成本的增加。

2.2 二次网水力失调

换热站在运行过程中水力失衡是最普遍的问题之一。在热水供热系统运行过程中，由于多种原因，网路的流量分配不符合各热用户的要求，因此，各热用户的供热量不符合要求。热水供热系统中各热用户的实际流量与需求流量之间的不一致性，称为水力失调。主要表现为距离换热站近的用户流量供热过多，距离换热站距离远的用户流量供热不足，从而造成近端热末端不热的现象。实际运行过程中，供热系统只注重一次供热管网的水力平衡，往往忽视了二次供热管网由于用户距离和管径的不一致造成的水力失调的问题[2]。传统的供热运行人员主要是通过提高二次网供水温度或者增加循环水泵的流量，来改善末端用户的供热效果。这种调节方法未从根源上解决水力失调的问题，反而加重了水力失调现象，造成了能源和资源的浪费。

2.3 循环水泵的节能问题

换热站在运行过程中循环水泵主要控制的是二次网的循环水量，同时循环水泵的电耗占据换热站电耗的很大部分。在实际运行中，换热站循环水泵往往是工频运行，部分水泵甚至不具备变频控制功能。在水泵工频运行状态下，当一次网供水温度和流量恒定的条件下，二次网受室外温度变化的影响，供水温度波动幅度较大且无规律性。实际运行过程中水泵的扬程往往与设计值有差别，水泵的工作效率点处在高效工作区，从而造成了二次网运行调节困难和能源资源的浪费[3]。

2.4 换热站自动控制系统耗能大

换热站自控的首要目的就是使各个换热站按所需得到热量，并将其合理地以流体流量的形式分配出去。以换热站作为分析研究对象时具有如下特点：换热站数目较多；站与站之间分散，距离较远；每个换热站独立运行自成系统；系统惰性大，参数变化缓慢，滞后时间长；各换热站供热面积大小不一，新旧建筑的负荷状况不一。这些都是造成换热站能源和资源浪费的主要原因之一。

3 换热站节能运行技术升级改造

3.1 换热站设计

换热站在设计过程中应与现状供热条件相匹配，同时预留部分远期余量。在设计工况下，无论换热系统循环水的流量大小，要使其出口温度达到额定值，换热器的额定功率必须与其热负荷相匹配。如果二者相差较大，换热器的二次侧出口温度就会高于或者低于设计值。这2种运行工况中，高于设计值会导致供热量过多，系统效率降低以及系统初投资增加；低于设计值会导致系统供热量不足。因此，合理的换热站设计是换热站节能运行的前提条件。

3.2 二次网运行水力平衡调节

换热站水力失调是普遍存在的问题之一，且目前无根本性的解决方案。为了解决“远冷近热”的情况，供热部门只能不断地增大二次侧供水温度和循环流量。这种方法不能从根源上解决水力失调的问题，反而会导致水力失调加重[4～8]。因此，二次网水力平衡调节是换热站节能运行调节的首要的问题。解决水力失调首先需要找出供暖水力失调的支路，通过调整支路的管径或者使用平衡阀，对水力失调的支路进行调节优化，从而缓解水力失调的问题。

3.3 水泵的变频控制

换热站在运行过程中，水泵如果采用工频运行，会造成水泵工作效率低，循环水量与供热需求不匹配等问题。因此，对现有换热站水泵应进行变频节能改造[9]。方案一，更换系统中无变频的水泵，采用全新的变频水泵替代原有水泵，此方法缺点是设备投资增加；方案二，采用变频器对原循环水泵进行变频节能改造，这种方案改造简单，投资少。

3.4 换热站自动控制系统优化

现状集中供热调节仅仅依靠人工调节的方式已经不能满足供热系统的节能要求。应采用PLC技术对换热站进行自动控制，其中，包括PLC、变频器、智能温控仪、各种传感器组成[6]。在控制过程中，同时实时监控采用热用户、换热站和供热沿线节点的运行参数，以室外温度为依据，与事先设置的控制方式相结合。对换热站的循环水泵转速、电动调节阀开度以及系统的补水定压进行调节运行，极大地节省了人力和物力成本[10,11]。