劉亞鵬

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程設(shè)計(jì)中心，太原030000）

1 集中供熱換熱站概述

集中供熱系統(tǒng)的換熱站是供熱網(wǎng)路與熱用戶的連接場(chǎng)所。它的作用是根據(jù)熱網(wǎng)工況和不同條件，采用不同的連接方式，將熱網(wǎng)輸送的熱媒加以調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換，向熱用戶系統(tǒng)分配熱力以滿足用戶需求，并根據(jù)需要，進(jìn)行集中計(jì)量、檢測(cè)供熱熱媒的參數(shù)和數(shù)量。根據(jù)熱網(wǎng)輸送的熱媒不同，可以分為熱水換熱站和蒸汽換熱站[1]。

2 集中供熱換熱站運(yùn)行存在的問(wèn)題

2.1 換熱站設(shè)備選型不合理

集中供熱換熱站設(shè)備包括傳換熱器、循環(huán)水泵、定壓補(bǔ)水泵、軟化水箱、軟水器以及換熱站電氣和自控設(shè)備。實(shí)際換熱站運(yùn)行過(guò)程中，換熱站的設(shè)備選型存在不合理的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)院和熱力公司習(xí)慣選擇超出設(shè)計(jì)負(fù)荷能力的換熱器，以及大流量和大揚(yáng)程的循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，往往存在大馬拉小車的現(xiàn)象，極大地造成了能源和資源的浪費(fèi)。同時(shí)，換熱站設(shè)備選型不合理會(huì)使各個(gè)換熱設(shè)備不能協(xié)調(diào)運(yùn)行，使得設(shè)備的系統(tǒng)性存在問(wèn)題，不僅會(huì)減少設(shè)備的使用年限，同時(shí)還造成了能源消耗和運(yùn)行成本的增加。

2.2 二次網(wǎng)水力失調(diào)

換熱站在運(yùn)行過(guò)程中水力失衡是最普遍的問(wèn)題之一。在熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于多種原因，網(wǎng)路的流量分配不符合各熱用戶的要求，因此，各熱用戶的供熱量不符合要求。熱水供熱系統(tǒng)中各熱用戶的實(shí)際流量與需求流量之間的不一致性，稱為水力失調(diào)。主要表現(xiàn)為距離換熱站近的用戶流量供熱過(guò)多，距離換熱站距離遠(yuǎn)的用戶流量供熱不足，從而造成近端熱末端不熱的現(xiàn)象。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，供熱系統(tǒng)只注重一次供熱管網(wǎng)的水力平衡，往往忽視了二次供熱管網(wǎng)由于用戶距離和管徑的不一致造成的水力失調(diào)的問(wèn)題[2]。傳統(tǒng)的供熱運(yùn)行人員主要是通過(guò)提高二次網(wǎng)供水溫度或者增加循環(huán)水泵的流量，來(lái)改善末端用戶的供熱效果。這種調(diào)節(jié)方法未從根源上解決水力失調(diào)的問(wèn)題，反而加重了水力失調(diào)現(xiàn)象，造成了能源和資源的浪費(fèi)。

2.3 循環(huán)水泵的節(jié)能問(wèn)題

換熱站在運(yùn)行過(guò)程中循環(huán)水泵主要控制的是二次網(wǎng)的循環(huán)水量，同時(shí)循環(huán)水泵的電耗占據(jù)換熱站電耗的很大部分。在實(shí)際運(yùn)行中，換熱站循環(huán)水泵往往是工頻運(yùn)行，部分水泵甚至不具備變頻控制功能。在水泵工頻運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)一次網(wǎng)供水溫度和流量恒定的條件下，二次網(wǎng)受室外溫度變化的影響，供水溫度波動(dòng)幅度較大且無(wú)規(guī)律性。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中水泵的揚(yáng)程往往與設(shè)計(jì)值有差別，水泵的工作效率點(diǎn)處在高效工作區(qū)，從而造成了二次網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)困難和能源資源的浪費(fèi)[3]。

2.4 換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)耗能大

換熱站自控的首要目的就是使各個(gè)換熱站按所需得到熱量，并將其合理地以流體流量的形式分配出去。以換熱站作為分析研究對(duì)象時(shí)具有如下特點(diǎn)：換熱站數(shù)目較多；站與站之間分散，距離較遠(yuǎn)；每個(gè)換熱站獨(dú)立運(yùn)行自成系統(tǒng)；系統(tǒng)惰性大，參數(shù)變化緩慢，滯后時(shí)間長(zhǎng)；各換熱站供熱面積大小不一，新舊建筑的負(fù)荷狀況不一。這些都是造成換熱站能源和資源浪費(fèi)的主要原因之一。

3 換熱站節(jié)能運(yùn)行技術(shù)升級(jí)改造

3.1 換熱站設(shè)計(jì)

換熱站在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)與現(xiàn)狀供熱條件相匹配，同時(shí)預(yù)留部分遠(yuǎn)期余量。在設(shè)計(jì)工況下，無(wú)論換熱系統(tǒng)循環(huán)水的流量大小，要使其出口溫度達(dá)到額定值，換熱器的額定功率必須與其熱負(fù)荷相匹配。如果二者相差較大，換熱器的二次側(cè)出口溫度就會(huì)高于或者低于設(shè)計(jì)值。這2種運(yùn)行工況中，高于設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致供熱量過(guò)多，系統(tǒng)效率降低以及系統(tǒng)初投資增加；低于設(shè)計(jì)值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供熱量不足。因此，合理的換熱站設(shè)計(jì)是換熱站節(jié)能運(yùn)行的前提條件。

3.2 二次網(wǎng)運(yùn)行水力平衡調(diào)節(jié)

換熱站水力失調(diào)是普遍存在的問(wèn)題之一，且目前無(wú)根本性的解決方案。為了解決“遠(yuǎn)冷近熱”的情況，供熱部門(mén)只能不斷地增大二次側(cè)供水溫度和循環(huán)流量。這種方法不能從根源上解決水力失調(diào)的問(wèn)題，反而會(huì)導(dǎo)致水力失調(diào)加重[4～8]。因此，二次網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)是換熱站節(jié)能運(yùn)行調(diào)節(jié)的首要的問(wèn)題。解決水力失調(diào)首先需要找出供暖水力失調(diào)的支路，通過(guò)調(diào)整支路的管徑或者使用平衡閥，對(duì)水力失調(diào)的支路進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，從而緩解水力失調(diào)的問(wèn)題。

3.3 水泵的變頻控制

換熱站在運(yùn)行過(guò)程中，水泵如果采用工頻運(yùn)行，會(huì)造成水泵工作效率低，循環(huán)水量與供熱需求不匹配等問(wèn)題。因此，對(duì)現(xiàn)有換熱站水泵應(yīng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造[9]。方案一，更換系統(tǒng)中無(wú)變頻的水泵，采用全新的變頻水泵替代原有水泵，此方法缺點(diǎn)是設(shè)備投資增加；方案二，采用變頻器對(duì)原循環(huán)水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，這種方案改造簡(jiǎn)單，投資少。

3.4 換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)狀集中供熱調(diào)節(jié)僅僅依靠人工調(diào)節(jié)的方式已經(jīng)不能滿足供熱系統(tǒng)的節(jié)能要求。應(yīng)采用PLC技術(shù)對(duì)換熱站進(jìn)行自動(dòng)控制，其中，包括PLC、變頻器、智能溫控儀、各種傳感器組成[6]。在控制過(guò)程中，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控采用熱用戶、換熱站和供熱沿線節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，以室外溫度為依據(jù)，與事先設(shè)置的控制方式相結(jié)合。對(duì)換熱站的循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度以及系統(tǒng)的補(bǔ)水定壓進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)行，極大地節(jié)省了人力和物力成本[10,11]。

4 結(jié)語(yǔ)

城鎮(zhèn)集中供熱迅速發(fā)展，集中供熱在提高居民生活水平的同時(shí)也造成了極大的能源和資源的浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)換熱站節(jié)能運(yùn)行的分析，制定出相應(yīng)的節(jié)能改造措施，從而大大節(jié)約人力和物力成本，降低能源和資源的消耗，提高能源綜合利用率，確保換熱站節(jié)能、高效地運(yùn)行。