文 _ 王赟 王妍 尹巖巖 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

按照中國航天科技集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保體系化要求，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（以下簡稱“一院”）以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，注重整體性、關(guān)聯(lián)性和拓展性，深入研究動力能源管控的最優(yōu)化措施和方法，實施動力站房節(jié)能和信息化改造，取得了良好節(jié)能效果。

換熱站是集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分，上面承接供熱鍋爐，下面連接熱能用戶，是熱能轉(zhuǎn)換的重要樞紐，更是供熱系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一院在實施完成鍋爐“煤改氣”后，將節(jié)能重點放在換熱站和熱力管網(wǎng)方面，逐步實現(xiàn)從鍋爐→換熱站→熱力管網(wǎng)的供熱全系統(tǒng)、全過程的節(jié)能管控。

1 換熱站存在的問題

換熱站因設(shè)計年代久、運(yùn)行時間長、熱能負(fù)荷變化大等原因，主要存在以下問題。

1.1 原換熱站設(shè)計規(guī)劃趨于不合理

換熱站因設(shè)計年代較早，未區(qū)分供熱用戶性質(zhì)，造成供熱峰谷負(fù)荷變化大，進(jìn)一步造成熱能轉(zhuǎn)換效率降低。同時因時代限制，原換熱站主要設(shè)備選型、變頻技術(shù)和自動化控制的設(shè)計已不能滿足當(dāng)前供熱換熱的實際需求。

1.2 換熱站供熱負(fù)荷的不匹配性

隨著供熱用戶的不斷增加，原換熱站的容量已不能滿足新增負(fù)荷的容量需求，甚至出現(xiàn)超標(biāo)供熱。加劇供熱與用熱負(fù)荷間的不匹配，造成換熱器阻力損耗加大。同時，水泵和管網(wǎng)不匹配、管網(wǎng)保溫不達(dá)標(biāo)，造成熱量損失過大，產(chǎn)生換熱效率低等問題。

1.3 換熱站自動化程度不高

換熱站因設(shè)計年代比較久，未考慮自動化和變頻管控等措施。缺少自動化變頻調(diào)節(jié)裝置和自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，僅依靠運(yùn)行值班人員經(jīng)驗進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，易造成供熱流量不平衡和超標(biāo)供熱等問題。人工運(yùn)維成本居高不下。

2 換熱站節(jié)能一體化改造方案

針對換熱站存在的主要問題，我們制定了一體化節(jié)能改造方案。重點從分區(qū)設(shè)計、供熱負(fù)荷匹配、變頻化改造、自動化控制和管網(wǎng)更新等五個方面組織實施。

根據(jù)供熱用戶性質(zhì)不同，針對科研生產(chǎn)和居民生活供熱負(fù)荷的不同情況進(jìn)行換熱系統(tǒng)分區(qū)獨立設(shè)計。其中，科研生產(chǎn)白天負(fù)荷量高、夜間負(fù)荷量低；而生活負(fù)荷則恰恰相反。利用熱能峰谷差進(jìn)行熱量供給互補(bǔ)，實現(xiàn)熱量供需平衡。

根據(jù)新增用熱負(fù)荷，增加換熱站總換熱能力，采用節(jié)能型變頻循環(huán)水泵、換熱器等設(shè)備設(shè)施。采用低壓供電系統(tǒng)替代高壓供電，利用成熟的低壓變頻技術(shù)對原高壓電機(jī)進(jìn)行改造，將二次水循環(huán)泵供電電壓由高壓（6kV）改造為低壓（380V），在滿足使用的條件下，低壓變頻電機(jī)具有啟停靈活、對電路干擾小和節(jié)電等優(yōu)勢。

在換熱站內(nèi)加入信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動控制系統(tǒng)，使其具備對溫度、壓力、流量的實時采集、分析和報警功能，實現(xiàn)供暖溫度的自動調(diào)節(jié)、負(fù)荷的分時自動調(diào)節(jié)和水泵遠(yuǎn)程控制。改造局部熱力管道和管溝，修復(fù)室外管線的外保溫層，實現(xiàn)管網(wǎng)的合理布局。

通過制定上述改造方案，統(tǒng)籌換熱站更新改造的全部內(nèi)容，可以實現(xiàn)換熱站的一體化節(jié)能改造升級，實現(xiàn)換熱站節(jié)能化、自動化和信息化。

3 實例分析

一院2號換熱站始建于2001年，承擔(dān)著部分科研生產(chǎn)和居民生活等兩部分的供暖任務(wù)，總供暖負(fù)荷40MW。該換熱站有3臺流量1260m3/h、揚(yáng)程46m的循環(huán)水泵，2用1備；有6臺板式換熱器，總換熱能力42MW，已接近滿負(fù)荷。

隨著負(fù)荷增加和供暖技術(shù)的發(fā)展，該換熱站供暖區(qū)域和供暖面積過大、自動化程度較低等問題日益凸顯，需要對其進(jìn)行系統(tǒng)化改造升級，并提升自動化水平。

我們以一體化改造方案為指導(dǎo)，綜合考慮分區(qū)設(shè)計的需求，在2號換熱站原址內(nèi)新建2個供暖系統(tǒng)，分別承擔(dān)科研區(qū)和生活區(qū)的供暖任務(wù)。其中，科研分系統(tǒng)，二次水按16℃溫差計算，選用3臺720m3/h、揚(yáng)程37m的循環(huán)水泵，2用1備，水泵功率90kW。生活分系統(tǒng)，二次水按16℃溫差計算，選用3臺720m3/h、揚(yáng)程43m的循環(huán)水泵，2用1備，水泵功率110kW。2個系統(tǒng)分別采用3組換熱器160m2的水水換熱器，并實施1.0MPa水壓試驗。

新建低壓供電系統(tǒng)，將二次水循環(huán)泵供電電壓由6kV降低為380V，采用低壓變頻循環(huán)水泵替代原高壓循環(huán)泵。分別建設(shè)科研區(qū)自控系統(tǒng)和生活區(qū)自控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。采用水泵變頻控制柜、系統(tǒng)PLC柜、遠(yuǎn)傳式儀表等設(shè)備，實現(xiàn)對溫度、壓力、流量的實時采集、分析和報警功能，具備將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至燃?xì)忮仩t房總監(jiān)控系統(tǒng)的能力。新安裝科研區(qū)和生活區(qū)總供回水管道至2號換熱站站內(nèi)的管道，改造局部熱力管道、地溝和井。

通過以上改造，實現(xiàn)了實現(xiàn)科研區(qū)與生活區(qū)分區(qū)供暖，實現(xiàn)二次水供水溫度自動調(diào)節(jié)，具備了自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控能力和無人值守能力，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性大幅提升。

4 效果評價

以一個采暖季為考核期，2號換熱站實現(xiàn)科研區(qū)和生活區(qū)分區(qū)供暖后，通過優(yōu)化管網(wǎng)壓力和低負(fù)荷時段分區(qū)分時調(diào)節(jié)供水溫度，系統(tǒng)總補(bǔ)水量由25m3/h降低到15m3/h，節(jié)約軟化水3萬t/a。采用氣候補(bǔ)償技術(shù)后，實現(xiàn)科研區(qū)分時段供暖，節(jié)省天然氣30萬m3/年。采用低壓供電和變頻技術(shù)后，節(jié)電率達(dá)到30%以上，節(jié)電25萬kWh/a。綜合節(jié)省能源費用約180萬元/a，節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時，依靠自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了換熱站無人值守，每年可節(jié)省人工成本36萬元。

5 結(jié)論

以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，從供熱系統(tǒng)整體考慮，通過對換熱站分系統(tǒng)來實現(xiàn)節(jié)能減排。制定換熱站一體化的改造方案，從而實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)供熱的合理優(yōu)化配置。通過局部的最優(yōu)化改造實現(xiàn)供暖系統(tǒng)整體的最大化效果，取得良好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王偉.換熱站循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能增效[J].應(yīng)用能源技術(shù).2010(08).

[2]新疆奎屯供熱分公司.換熱站節(jié)能措施[J].電力設(shè)備.2016(05).