某集总采暖系统现状评估及节能诊断

乔磊QIAO Lei；白新奎BAI Xin-kui；邓秦生DENG Qin-sheng；白旭BAI Xu；李恭斌LI Gong-bin；孙玉成SUN Yu-cheng

（①西安热工研究院有限公司，西安 710054；②华能甘肃能源开发有限公司，兰州 730071；③华能兰州新区热电有限公司，兰州 730299）

0 引言

随着近几年伊敏河镇的城市建设快速发展，居民对于生活品质的要求也不断提高，其中就包括供热质量。伊敏河镇现已实现集中供热面积近150 万平方米，70%的居民户实现了统一集中采暖和24 小时热水供应。

对于地处严寒的伊敏河镇而言，供热安全与供热质量是保证供暖期居民生活品质最重要的因素。为了满足供热负荷逐年增长的需求，并提高热网运行安全性和经济性，提高热网的整体供热能力，同时改善热网水力工况，实现节能降耗。本文结合设备和系统的模型资料和试验数据，对各个系统和设备的能耗进行了测算和分析。分析换热站和管网运行状况及能耗水平，并针对现有问题提出节能优化措施。

1 工程概况

伊敏河镇位于内蒙古自治区东北部鄂温克族自治旗境内，北距呼伦贝尔市海拉尔区85 公里。伊敏河镇参照海拉尔地区供热设计参数，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012[1]，采暖期由当年的9 月20日至第二年的5 月10 日共232 天，冬季采暖室外计算温度为-31.6℃，采暖期平均气温为-14.3℃，采暖期内室内计算温度为18℃。

伊敏河镇集中供热系统承担全部民用及部分工业建筑集中供热任务，并承担着居民区及部分生产区域24 小时生活热水供应任务。按区域可分为新源区和滨河区供热系统，采用热源—一次热网—换热站—二次热网—热用户的间供结构，供热系统共有20 座换热站，其中新源区供热系统共有8 个换热站，而滨河区供热系统共有12 个换热站，新源区和滨河区各换热站面积如表1-表2 所示，热源总供热面积为151.9 万平方米。

表1 新源区换热站及供热面积

表2 滨河区换热站及供热面积

2 工程现状分析

2.1 热负荷分析

建筑采暖热负荷可依据《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）[2]推荐热指标计算，如表3 和表4，由于伊敏河全年低于-31.6℃的天数超过20 天，为充分保证居民供热质量，取表3 中推荐值上限计算。滨河区平房等老旧建筑较多，核算后综合热指标为101.8W/m2（含生活热水热指标）；新源区多为近年来新建的多层建筑，核算后综合采暖热指标为77W/m2（含生活热水指标）。

表3 采暖热指标推荐值（W/m2）

表4 居民住宅区供暖期生活热水热指标（W/m2）

该供热系统年耗热量可按下式（1）-（2）计算

式中：Qa，h—采暖全年耗热量，GJ/a；N—采暖期天数，天；Qh—采暖设计热负荷kW；twj—采暖室外计算温度：℃；tn—采暖室内计算温度，℃；tp，j—供暖室外平均温度，℃；q—采暖热指标，W/m2；A—采暖建筑物的建筑面积，m2。

经计算，采暖热负荷及年耗量如表5 所示。

表5 采暖热负荷及年耗量

2.2 热源分析

伊敏地区集中供热热源为伊敏电厂供热机组，是典型的与煤矿煤水灰紧密联系的坑口电厂，现有装机容量3400MW。一期工程安装两台500MW 超临界燃煤火力发电机组，分别于1998 年11 月和1999 年9 月投产发电；二期工程安装两台600MW 国产亚临界燃煤火力发电机组，于2007 年实现双机环保项目与主体工程同步投产发电；三期工程安装两台600MW 国产超临界燃煤火力发电机组，分别于2010 年和2011 年投产发电。

伊敏电厂目前4 台机组均为不可调整抽汽式机组，其中二期2 台机组为不能抽汽机组。一期和三期机组担负着伊敏地区居民及生产单位的采暖供热任务。一期和三期机组汽轮机主要设计参数见表6。

表6 一期和三期汽轮机主要设计参数

2.3 热网分析

伊敏河镇集中供暖系统由热源、换热站及管网组成，热源侧由汽轮机组抽汽至首站完成一次网换热，经由电厂首站热网循环泵送至各换热站。滨河区由一期机组供热，新源区由三期机组抽汽供热。一次网设计供回水温度110/70℃，二次网设计供回水温度70/50℃，管道设计压力1.2MPa，采用有偿直埋敷设，供热管网图如图1-图2 所示。

图1 滨河区供热管网图

图2 新源区供热管网图

在采暖系统中，一般情况下，主干线设计比摩阻小于70Pa/m，支线比摩阻不应大于300Pa/m。通过建模计算滨河区和新源区两个热力管网比摩阻绝大部分在70Pa/m以下。

热水供热管网介质流速不应大于3.5m/s。通过建模计算，滨河和新源区管网介质流速均在2m/s 左右，介质流速在合理范围内。

为避免供热管网超压，需对最不利环路进行计算，最不利环路是指在热水网路的各相互并联环路中，平均比压降最小的一个环路。一般是指距热源最远的环路。通过计算最不利环路压降均满足设计要求。

2.4 换热站分析

伊敏河镇集中供热系统共有20 个换热站，一次网热源来水进入换热站热网、热水一次侧通过换热机组换热，二次侧进用户小区或生活热水管。换热站内设有换热器、循环泵、调节阀们等。各站实际情况大同小异，采暖循环泵配置大多为2 用1 备，补水泵和热水循环泵1 用1 备。各换热站换热面积如表7 所示。

表7 各换热站换热面积

为对换热站的耗热量和耗电量进行评价，采用式（3）和式（4）分别计算单位面积耗热量和单位面积耗电量。

式中，Qy0—换热站一次侧输入热量，GJ；Ay—换热站面积，m2。

式中，E—供暖期耗电量，kWh；A—换热站面积，m2。

在《GB/T-50893-2013 供热系统节能改造技术规范》[3]中规定严寒地区供暖建筑单位面积耗热量应小于0.50 GJ/m2，耗电量应小于1.5kWh/m2，而计算结果显示仅有6个换热站符合两项要求。这主要由两个方面造成，一个方面生活热水负荷指标偏高和供热室内温度普遍偏高导致耗热量偏高，另一方面，为大流量小温差运行导致循环泵功耗变高。

2.5 智能化运行现状

伊敏河地区换热站运行调节方式仍以人工手段为主，凭借运行人员的经验模糊调节，无法实现按需供热，也不利于热网节能降耗。换热站一次网、二次网的供回水管道分别布置有温度、压力测点、流量测点，水箱配有软化水装置，安装有压力变送器（计算液位）、软化水补水流量计。循环泵大部分为就地软启动，部分采用一拖二变频控制，补水泵大部分为一拖二变频模式，采用恒压力补水，但大多数站现场监控操作设备落后，仍采用按钮式操作和数显表监视。

2.6 诊断分析

伊敏地区换热站总体维护情况较好，这与伊敏地区热网的设计、运行、维护理念是分不开的，但换热站的控制系统仍存在一些问题，具体如下：

①大部分换热站配有先进的自控系统，配置规模也符合现代化智慧供热的要求，但系统未充分发挥出其效果，利用率不高，仅仅起到采集传输运行基本数据的功能。

②一次网尚缺少自动调节设备，采用人工手调无法做到按需供热、实时调整，且对调控效果无法得出合理判断，易造成用户侧过热、欠热或冷热不均的现象。

③监控中心缺乏天气预报数据采集系统，不能为整个热网的科学运行提供有效的气象指导。

④监控软件功能单一，系统仍处于半自动运行模式，仅仅做到了数据的可监测，运行过程中需要人工参与的调节控制点较多，缺乏先进的控制算法以及全网平衡调节模块。

⑤水、电表计未接入控制系统，不能形成系统化的可追溯数据源，无法对节能量进行精准评估。

⑥换热站仍采用模拟型摄像机，画面像素质量较差，目前工业现场大多采用网络数字型摄像机作为监控设备。

3 结论

本文对内蒙古地区伊敏河镇集中供热系统现状进行分析，存在换热站单位面积耗热量和耗电量都偏高的现象，且换热站二次网采暖循环水流量偏高，供回水温差偏小。未来需对换热站的能耗和电耗进行精准监测，对循环水泵进行节能优化，同时以软件系统为主，同时更换或增设性能更优的硬件设备设施。