王相軍

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市化建設(shè)逐漸向偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展，供熱面積也隨之增大，越來(lái)越多的供熱換熱站建立起來(lái)。高寒地區(qū)因地廣人稀，且換熱站監(jiān)控自動(dòng)化水平低，主要依靠人工操作，從而導(dǎo)致值班人員多，熱電廠和供熱換流站和供熱用戶(hù)任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響熱力系統(tǒng)整體狀態(tài)。本文主要就熱力系統(tǒng)中的蓄能系統(tǒng)，就其作用進(jìn)行詳細(xì)論述。

【關(guān)鍵詞】蓄能系統(tǒng) 供熱系統(tǒng) 連接

供熱對(duì)于北方的城市來(lái)說(shuō)是重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，傳統(tǒng)的分散供熱方式會(huì)造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染，已不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要，集中供熱能解決這些問(wèn)題，因此，發(fā)展集中供熱在快速發(fā)展城市化進(jìn)程中顯得非常迫切和非常必要的，本文所論述的熱力系統(tǒng)主要指的就是集中供熱的熱力系統(tǒng)。集中供熱的熱效率較高，有助于節(jié)能減排，供熱效果好，熱源一般采用熱電廠的余熱蒸汽或熱水。隨著國(guó)家對(duì)城市化進(jìn)程的不斷推動(dòng)，城市熱用戶(hù)不斷增加，熱用量不斷的加大，怎樣才能更好、更有效地對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就成為人們迫切關(guān)注的問(wèn)題，而蓄能系統(tǒng)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，它不僅起到了節(jié)能的作用，還肩負(fù)著調(diào)峰期間蓄能供熱的重任，并提高了供熱系統(tǒng)的可靠性。

1 集中供熱系統(tǒng)的組成

集中供熱系統(tǒng)包括熱源、熱網(wǎng)和熱用戶(hù)三部分。熱力系統(tǒng)中的初始水經(jīng)汽輪機(jī)抽汽加熱，一般為三級(jí)加熱器，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和電動(dòng)濾水器至換熱站。換熱站是集中供熱網(wǎng)絡(luò)與熱用戶(hù)的接口，是熱源與熱用戶(hù)之間的“熱交換站”，換熱站能否高效運(yùn)行對(duì)改善整個(gè)熱網(wǎng)的熱力不足、提高供熱的品質(zhì)起著重要作用。換熱站熱力系統(tǒng)由一次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、二次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、熱計(jì)量系統(tǒng)組成，各部分之間相互關(guān)聯(lián)相互作用。熱源經(jīng)過(guò)一次網(wǎng)供水管路進(jìn)入熱交換器，經(jīng)過(guò)充分的熱交換后，再由一次網(wǎng)回水管路流回?zé)嵩础６尉W(wǎng)中的水在熱交換器中充分受熱后經(jīng)二次網(wǎng)供水管路進(jìn)入熱用戶(hù)，用戶(hù)取得熱量后，二次網(wǎng)循環(huán)泵將水通過(guò)二次網(wǎng)回水管路再進(jìn)入熱交換器，如此循環(huán)供熱給用戶(hù)。在蓄能系統(tǒng)中蓄熱罐是最重要的組成部分，它是蓄能系統(tǒng)的核心。

2 蓄熱罐工作原理

蓄熱罐內(nèi)部?jī)?chǔ)存熱水，因?yàn)楣ぷ鲏毫槌海罡吖ぷ鳒囟炔桓哂?8℃。水溫不同，水的密度不同，在一個(gè)足夠大容器中，熱水在上，冷水在下，中間為過(guò)渡層，這就是蓄熱罐內(nèi)水的分層原理。蓄熱罐就是根據(jù)水的分層原理設(shè)計(jì)和工作的，并使其工作保持在高效率。蓄熱時(shí)，熱水從上部水管進(jìn)入，冷水從下部水管排出，過(guò)渡層下移；放熱時(shí)，熱水從上部水管排出，冷水從下部水管進(jìn)入，過(guò)渡層上移。

蓄熱罐的工作原理如圖1所示。

3 蓄熱罐的分類(lèi)

從常用的供熱系統(tǒng)中的蓄熱罐的熱介質(zhì)來(lái)看，水是迄今為止普遍采用的最有利的熱介質(zhì)。水和其它熱介質(zhì)相比其優(yōu)點(diǎn)有：

（l）容易獲得，價(jià)格一般低廉；

（2）無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性或其它有害的作用；

（3）具有相對(duì)高的比蓄熱量；

（4）和供汽鍋爐的工質(zhì)相一致，在蓄熱罐中，水既是蓄熱介質(zhì)，又是傳熱介質(zhì)，因此可省去熱交換器，水作為熱介質(zhì)的不利之處是沸點(diǎn)較低。用水蓄熱時(shí)，水溫常需超過(guò)100℃。如要多蓄熱能，就必須提高壓力，才能升高水溫，為此需用相應(yīng)的壓力容器來(lái)貯水。一般壓力愈高，水的沸點(diǎn)愈高，蓄熱量愈多，而壓力卻隨水溫的上升而陡增。為此，也曾研究過(guò)其它熱介質(zhì)，大多數(shù)是化合物。這些化合物具有較高的沸點(diǎn)，因此可以在較高的溫度和較低的壓力下運(yùn)行，但是價(jià)格昂貴，需用熱交換器等相當(dāng)復(fù)雜的裝置。且有時(shí)有毒性和/或腐蝕性，所以迄今其實(shí)際應(yīng)用范圍極小。

4 蓄熱罐在熱力系統(tǒng)的連接

蓄熱罐在熱網(wǎng)中有直接和間接兩種連接方式，直接連接方式是指熱水循環(huán)泵經(jīng)汽水換熱器到用戶(hù)，在供回水管路中，熱水罐直接通過(guò)熱水泵、調(diào)整門(mén)將熱水罐上部的熱水打入供水管路，回水管路再經(jīng)調(diào)門(mén)進(jìn)入熱水罐底部；間接連接方式是指熱水循環(huán)泵經(jīng)汽水換熱器到用戶(hù)，在供回水管路中，蓄熱罐和供回水的連接之間多了一個(gè)換熱器，換熱器的存在使正常運(yùn)行中蓄熱罐內(nèi)的水和熱網(wǎng)的水之間不會(huì)直接接觸，從而保證了熱網(wǎng)的水質(zhì)。

5 蓄熱和放熱時(shí)間的選擇

一般情況下，白天時(shí)期，供電負(fù)荷需求量大，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率大；晚上時(shí)期，供電負(fù)荷需求量小，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率小。當(dāng)機(jī)組改為供熱機(jī)組時(shí)，電負(fù)荷的波動(dòng)給供熱造成影響，而白天電負(fù)荷大，晚上電負(fù)荷小的特點(diǎn)也為蓄熱系統(tǒng)應(yīng)用提供一個(gè)可能。

蓄熱罐在供熱過(guò)程中起到削峰填谷的作用。白天機(jī)組電負(fù)荷較高時(shí)，同時(shí)供熱能力也較大，通過(guò)一部分抽汽對(duì)蓄熱罐蓄熱；晚上機(jī)組電負(fù)荷較低，同時(shí)供熱能力降低，這時(shí)供熱能力不足的部分用蓄熱罐進(jìn)行放熱。而在蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，蓄熱和放熱的時(shí)間選擇時(shí)蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要因素，因此必須結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)分析。

下表為某電廠所提供的機(jī)組在未進(jìn)行供熱改造之前，機(jī)組的電負(fù)荷情況在一天當(dāng)中的變化情況統(tǒng)計(jì)表。如表1所示。

從表1我們可以看出，某電廠在往年運(yùn)行過(guò)程中，白天負(fù)荷較高，負(fù)荷率維持在75%以上，晚上基本上負(fù)荷率維持60%左右。

某電廠在經(jīng)過(guò)供熱改造之后，建設(shè)蓄熱罐項(xiàng)目，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，保證電負(fù)荷和供熱負(fù)荷的情況下，白天將多余的抽汽用蓄熱罐進(jìn)行蓄熱，然后晚上放熱，實(shí)行供熱的削峰填谷功能，從而為電廠帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

本蓄熱罐項(xiàng)目中的蓄熱罐運(yùn)行以完成一次蓄熱和放熱過(guò)程為一個(gè)周期。根據(jù)上面分析，本項(xiàng)目在選型蓄熱罐的時(shí)，將白天蓄熱時(shí)間定為17小時(shí)，晚上放熱時(shí)間定為7小時(shí)。

6 熱網(wǎng)回水壓力和溫度的控制

6.1 熱網(wǎng)網(wǎng)供回水溫度差控制

為滿(mǎn)足供熱負(fù)荷的要求，換熱站PLC控制器可根據(jù)室外溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器控制循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)輸出流量來(lái)調(diào)節(jié)溫度，還可使循環(huán)泵在整個(gè)負(fù)荷和變化過(guò)程中的能耗降到最低。另外，PLC控制器通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)供回水溫度差進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)，降低熱網(wǎng)輸送成本。采用變頻調(diào)速技術(shù)控制水泵的流量可使系統(tǒng)運(yùn)行高效、節(jié)能。

具體的供回水溫度差控制的過(guò)程為：首先啟動(dòng)第1臺(tái)循環(huán)泵變頻運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷逐步增加泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到50Hz是還不能滿(mǎn)足要求時(shí)，則使第1臺(tái)循環(huán)泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)第2臺(tái)循環(huán)泵變頻運(yùn)行。若其中一臺(tái)泵出現(xiàn)故障時(shí)，切換至備用泵運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)分時(shí)段能量調(diào)節(jié)。

6.2 熱網(wǎng)回水壓力控制

為防止系統(tǒng)倒吸入空氣，影響正常運(yùn)行及腐蝕破壞管道，供熱系統(tǒng)中回水壓力水頭必須高于用戶(hù)系統(tǒng)的充水高度。因此，供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本前提必須是維持恒壓點(diǎn)壓力恒定。這可以通過(guò)補(bǔ)水泵維持二次回水壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7 蓄熱罐在熱力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用

在熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱系統(tǒng)中應(yīng)用蓄熱系統(tǒng)具有多方面的作用與效益：

（1）蓄熱罐是突發(fā)事故時(shí)熱網(wǎng)的緊急補(bǔ)水系統(tǒng)當(dāng)熱網(wǎng)某處突然爆裂而大量失水時(shí)，與熱網(wǎng)直接連接的蓄熱罐立即向熱網(wǎng)補(bǔ)水維持系統(tǒng)壓力，以防整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的事故與停運(yùn)。

（2）建設(shè)蓄熱罐可以代替尖峰熱源的建設(shè)。蓄熱罐一個(gè)重要作用是對(duì)供熱系統(tǒng)的削峰填谷，它的調(diào)峰能力可取代建設(shè)尖峰熱源，節(jié)約尖峰供熱廠的燃料消耗。

（3）蓄熱罐與供熱系統(tǒng)直接連接，可作為熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)由于蓄熱罐始終保持恒定的液位高度，它可保證供熱系統(tǒng)靜壓值恒定，因此它可作為熱網(wǎng)的定壓系統(tǒng)。

（4）蓄熱罐可緩解夏季熱網(wǎng)壓力波動(dòng)。供熱系統(tǒng)夏季只供應(yīng)生活熱水負(fù)荷，由于熱水負(fù)荷的隨時(shí)變化，導(dǎo)致熱網(wǎng)循環(huán)水流量的劇烈變化，由于熱網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)轉(zhuǎn)，因而致使熱網(wǎng)的壓力劇烈變化，在低峰負(fù)荷時(shí)，熱網(wǎng)壓力急劇上升，威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。如果建設(shè)了蓄熱罐，它可緩解熱網(wǎng)的壓力急劇升高，使供熱系統(tǒng)安全運(yùn)行。

8 結(jié)語(yǔ)

熱力系統(tǒng)逐漸擴(kuò)大，蓄能系統(tǒng)的作用越發(fā)凸顯，蓄能系統(tǒng)對(duì)保證供熱質(zhì)量，維持供熱穩(wěn)定性起到了一定的作用，本文從熱力系統(tǒng)的構(gòu)成和蓄熱系統(tǒng)的核心蓄能罐著手分析蓄能系統(tǒng)在熱力系統(tǒng)發(fā)揮的巨大作用。