茆贇

摘 要：通過虹橋國際機場擴建工程西區(qū)能源中心對熱水供熱系統(tǒng)的案例，從系統(tǒng)的設計、工作原理和運行情況介紹該供熱方式的實際應用。針對應用該系統(tǒng)所發(fā)現的一些問題，提出技術改進方案，完善運行調節(jié)，希望以此推動熱水供熱系統(tǒng)在上海地區(qū)更好、更廣泛地應用。

關鍵詞：熱水供熱系統(tǒng) 能源中心 虹橋機場 運行調節(jié) 技術改造

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0047-02

1 前言

1.1 背景

虹橋國際機場作為上海機場集團的兩大機場之一，在上海機場系統(tǒng)中起輔助作用，并與浦東國際機場互為備降。同時也是虹橋交通樞紐的重要組成部分，構建了“空鐵聯運”的模式，起著面向全國、服務長三角的作用。

由于虹橋國際機場的年航空旅客吞吐量在2004年已經達到1489萬人次，遠遠超過最初的設計吞吐量（960萬人次），多年處于超負荷狀態(tài)。為了滿足航空業(yè)務增長的需求，緩解運行壓力，特別是保障上海世博會的需要，機場方面借助上海航空樞紐港和虹橋綜合交通樞紐建設，自2008年開始實施西區(qū)擴建工程，全面助力推進上海“兩個中心”建設。

2012年虹橋機場東區(qū)改造的規(guī)劃逐步開展，并將在2013年下半年正式實施啟動，虹橋國際機場在上海“兩個中心”建設的作用將更加突出地日益彰顯，并將對虹橋商務區(qū)的發(fā)展提供強有力的支持。

1.2 供熱需求

虹橋國際機場擴建工程西區(qū)能源中心位于上海虹橋機場T2航站樓北側，于2008年6月開工，2010年1月竣工驗收，并與候機樓同步在2010年3月16日投入正式運行。其作用在于為虹橋機場T2航站樓、預留指廊和南、北兩個酒店（建筑面積共47.3萬m2）進行供冷供熱。目前服務范圍是T2航站樓和南側酒店（建筑面積為38.8萬m2），規(guī)劃熱負荷情況如表1。

由上表1確定能源中心需要配備總容量32.3 MW以上的鍋爐作為熱源，且預留擴建場地考慮后期側預留指廊和酒店（合計建筑面積8.5萬m2）的熱負荷。

2 供熱系統(tǒng)的設計和工作原理

2.1 高溫熱水系統(tǒng)的設計

在明確熱負荷后，設計對供熱系統(tǒng)采用蒸汽還是熱水作為輸送介質進行比較，從節(jié)能角度、投資效益、水資源利用等角度出發(fā)，選擇在上海地區(qū)應用大體量高溫熱水供熱系統(tǒng)。能源中心設計安裝3臺11.2 MW的熱水鍋爐（兩用一備），并預留一臺鍋爐的位置，以滿足后期擴建項目需要。

2.2 熱水系統(tǒng)的工作原理

高溫熱水系統(tǒng)工作原理是利用熱水循環(huán)水泵將傳熱的媒介（熱水）在能源中心和候機樓之間打循環(huán)，在能源中心使用熱水鍋爐加熱獲取熱量，在候機樓使用板式熱交換器釋放熱量，通過供、回水壓差調節(jié)流量確定所需熱量的輸送（詳見圖1）。

在候機樓的8組板式熱交換器設置電動調節(jié)閥，根據需求的變化調節(jié)閥門開度，從而影響供、回水的壓差。該壓差進而調節(jié)變頻循環(huán)水泵的運行頻率，從而改變循環(huán)水量使之與供熱的需求相匹配。

3 供熱系統(tǒng)的運行

3.1 初步的調試和運行

2009年12月能源中心和候機樓的基本建成，根據需要進入試運行階段，開始供熱。但當時由于熱力監(jiān)控系統(tǒng)尚未完成安裝，原本自動運行的設備（包括鍋爐、循環(huán)水泵、板式熱交換器的控制閥）由于缺少控制源信號，供熱系統(tǒng)的調試工作只能依靠人工設置，手動進行調節(jié)和干涉。彼時的運行都依靠運行人員的責任心、技術能力和歷史經驗。

雖然最終手動調試成功，確保了候機樓的運行，但這花費了大量的人力和物力，且僅僅能夠實現系統(tǒng)的基本運轉，與設計理念相比較有一定差距。

3.2 全自動調試和運行

2010年10月底熱力監(jiān)控系統(tǒng)安裝完畢，并逐一成功進行了控制測試，于是整個熱水供熱系統(tǒng)具備了全自動調試和運行的條件。經過精心準備和協(xié)調，業(yè)主方、設計方、設備方和運行管理方共同努力，供熱系統(tǒng)于12月中旬進入系統(tǒng)聯動，完成全自動調試和運行，最終實現了整個熱水供熱系統(tǒng)的聯動控制和自動運行。

在整個調試過程中，通過在技術上的創(chuàng)新和改造，對設備性能參數和控制模式的調整，先后克服回水溫度過低、循環(huán)流量不足、管網壓力波動致使鍋爐跳機的問題，還克服板式熱交換器的控制閥調節(jié)過于靈敏致使管網控制震蕩等多個問題。在技術上和運行管理上改善了原有系統(tǒng)，使得實際運行控制既與設計原理相符，又緊密結合經濟運行和安全保障的需要，確保了高溫熱水供熱系統(tǒng)在機場的成功應用。

3.3 實際運行中存在的問題和改進措施

通過對供熱系統(tǒng)的運行熱效率分析，整個系統(tǒng)的節(jié)能效果較好，能源利用率較高。但在實際運行中也存在著調節(jié)控制的穩(wěn)定性、連續(xù)性和及時性不夠理想的問題。

3.3.1 熱水供熱系統(tǒng)運行調節(jié)的穩(wěn)定性

由于系統(tǒng)采用大溫差、變流量的控制原理，根據用戶的用熱需求（溫差），板式熱交換器的調節(jié)閥實時調節(jié)流量，變化較快。調節(jié)閥引起的管網壓差變化也相應較快，熱水循環(huán)變頻泵的運行頻率也隨時變化。因此，整個熱水供熱系統(tǒng)是一個不斷變化的。但作為熱源的熱水鍋爐需要具備穩(wěn)定的運行條件和技術參數才能安全、可靠地運行。將兩者直接連成一個整體，必然產生一定的矛盾，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對運行調節(jié)產生一定的影響。

3.3.2 運行中存在的問題和改進

從運行效率看系統(tǒng)總體的節(jié)能效果還是較好的，但熱水供熱系統(tǒng)在運行調節(jié)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和及時性上存在一定的問題。

（1）熱水供熱系統(tǒng)運行調節(jié)的穩(wěn)定性。

由于設計采用大溫差變流量的技術，板式熱交換器的調節(jié)閥是根據用熱需求（溫差）實時調節(jié)流量的，變化較快。熱水循環(huán)變頻泵是根據板式熱交換器的調節(jié)閥引起的管網壓差調節(jié)的，也是隨時變化的。而整個熱水供熱系統(tǒng)將需要具備一定運行條件和穩(wěn)定參數運行的熱水鍋爐與變化的管網和熱交換器連成一個整體，由此產生一定的矛盾，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對運行調節(jié)產生一定的影響。

（2）熱水供熱系統(tǒng)運行調節(jié)的連續(xù)性。

由于熱水鍋爐選型、控制模式和設置的原因，只能按出水溫度110 ℃和95 ℃供熱運行。因此，整個供熱系統(tǒng)的量調節(jié)（水泵流量）是連續(xù)的，但質調節(jié)（供水溫度）只有兩檔。這樣運行調節(jié)的連續(xù)性不足，而設計系統(tǒng)時也未作針對性的修補，造成供熱系統(tǒng)對于低負荷的適應能力較低。而上海地區(qū)的氣候在過渡季節(jié)對此的要求特別高，這使得系統(tǒng)的運行調節(jié)產生一定的困難。

（3）熱水供熱系統(tǒng)運行調節(jié)的的及時性。

由于熱水供熱系統(tǒng)采用高溫水作為傳熱介質，以循環(huán)水泵作為輸送動力，在鍋爐內受熱，在板式換熱器中放熱，兩者之間的輸送距離較大，熱量傳遞的時效性必然受到一定影響。以目前供熱系統(tǒng)為例，鍋爐與板式換熱器之間的水量約為200 t，理論上1臺循環(huán)水泵需要滿負荷運行1個多小時才能將鍋爐加熱后的熱水輸送到用戶的板式熱交換器，而實際上由于受用戶調節(jié)閥開度和負荷需求的影響，可能需要更長的時間。

4 供熱系統(tǒng)的技術改造

4.1 改善目標

能源中心熱水供熱系統(tǒng)實際運行中最大的問題在于不能滿足低負荷下的運行。由于設計理論符合偏大，建筑節(jié)能和管理節(jié)能的措施到位以及暖冬效應影響，經常發(fā)生因氣溫偏高、日照條件較好情況下候機樓的熱負荷急劇降低，甚至低于1臺熱水鍋爐的最低工作負荷，最終致使鍋爐無法正常運行。

同時由于設計負荷與實際運行負荷不一致，造成末端用戶的回水溫度較低（50 ℃左右），與鍋爐運行要求（70 ℃左右）偏差較大且供水溫度（100 ℃左右）低于鍋爐額定溫度（110 ℃左右），對鍋爐穩(wěn)定、安全運行帶來較嚴重的隱患，其額定供熱能力也受到限制。

4.2 技術改造

對于上述問題，我們提出了技術改造方案，其原則是在保持原有系統(tǒng)的基礎上用最簡單、最經濟的、對運行模式影響最小的方式進行。我們在原設計系統(tǒng)中增加了2根連通管，將鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水；將鍋爐進水引至供熱系統(tǒng)的供水。此外，在管路上安裝了電動調節(jié)閥，用于控制啟閉、調節(jié)流通水量（詳見圖2）。

將部分鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水，能夠加熱溫度較低的回水，確保其由50 ℃左右提高到70 ℃左右滿足鍋爐正常運行的需要。同時這一技改措施也緩解了需要穩(wěn)定運行條件和技術參數的熱水鍋爐與變流量循環(huán)系統(tǒng)之間運行調節(jié)的矛盾。該項改造于2011年運行采暖季前完成，起到了預計效果，確保了鍋爐的穩(wěn)定、正常運行和供熱系統(tǒng)調節(jié)穩(wěn)定性，解決了運行調節(jié)的實際問題。

將部分鍋爐進水引至供熱系統(tǒng)的供水，能夠降低溫度較高的供水，提高供熱管網的安全性。同時保證低負荷時循環(huán)系統(tǒng)有足夠保證運行的水流量，確保整個供熱循環(huán)得以進行，不至于因低負荷發(fā)生停止供熱的事件。此外，真正實現了系統(tǒng)運行調節(jié)的連續(xù)性和供熱的質調節(jié)，豐富了供熱系統(tǒng)的調節(jié)手段。而且通過技改還保證了鍋爐的額定工況，即能夠以110 ℃的出水溫度運行，改變了以往受系統(tǒng)牽制只能部分負荷運行的情況。該項改造于2012年運行采暖季前完成，起到了一舉多得的效果，解決了供熱系統(tǒng)調節(jié)連續(xù)性和鍋爐額定工況工作的問題。

5 經驗和總結提高

5.1 經驗和體會

通過上文的分析，我們既看到熱水供熱系統(tǒng)在實際應用中的優(yōu)勢，也看到了存在的問題。在此基礎上，技術人員綜合比較了多個設想，并參考相關資料提出了解決問題的技術方案。通過技改，我們最終從最便捷、最經濟的角度實現了系統(tǒng)的優(yōu)化，提高了熱水供熱系統(tǒng)的適應性和穩(wěn)定性，滿足系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經濟的運行。

虹橋機場采用高溫熱水供熱系統(tǒng)這一供熱方式，且其應用達到如此規(guī)模體量，是上海地區(qū)等江南地區(qū)的首次，必然存在一些考慮欠周的地方。這是任何一項技術推廣應用中必然的，出現的各類問題可以通過相關各方的努力，依靠技術和管理手段進行完善的，相關經驗的積累也有助于該技術的進一步推廣和應用。

5.2 完善和提高

就虹橋機場能源中心的高溫熱水供熱系統(tǒng)，通過技術改造增設加熱管、降溫管及控制調節(jié)閥，初步完善了系統(tǒng)，消減了不斷變化的管網系統(tǒng)和需要穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)之間的矛盾，確保了系統(tǒng)的正常運行，實現了整個熱水供熱系統(tǒng)所有設備的自動控制運行，并在熱水供熱系統(tǒng)的量調節(jié)基礎上實現了質調節(jié)。

此外，從運行的經濟性和節(jié)能角度考慮，進一步計劃在能源中心鍋爐房預留位置上安裝1臺額定功率較小的鍋爐（5 MW左右），滿足系統(tǒng)低負荷下的運行，進一步提高系統(tǒng)對實際運行需求的適應能力，消除部分安全隱患。

當然我們的技術改造不能就此止步，還需要進一步分析、研究實際運行，增加量調節(jié)和質調節(jié)對負荷變化的覆蓋范圍以及調節(jié)的便利性，使得高溫熱水供熱系統(tǒng)能夠適應上海地區(qū)負荷變化較大，且部分時段負荷較小的運行條件，使其在充分發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢的基礎上滿足運行調節(jié)的要求。

參考文獻

[1]虹橋國際機場總體規(guī)劃[J]，2010：2-6，160-165.

[2]虹橋綜合交通樞紐策劃、規(guī)劃、設計、研究[J]，2008：1-16，31-42.

[3]大體量高溫熱水供熱系統(tǒng)在虹橋國際機場的應用[J].上海空港，2012（15）：42-47.