王咪

（榆林市供熱有限公司，陜西 榆林 719000）

1 概況

陜西省榆林市城鎮(zhèn)人口規(guī)模：現(xiàn)狀城市人口為75萬人，近期2025年榆林市中心城區(qū)人口規(guī)模為90萬人，遠(yuǎn)期2035年規(guī)劃人口120萬人。截至2020年底供熱面積4761萬m2。供熱形式包括：熱電聯(lián)產(chǎn)供熱2230萬m2；天然氣分散供熱2335m2；其他形式供熱195.9萬m2，如表1所示。

表1 榆林市中心城區(qū)供熱面積現(xiàn)狀

2 熱源狀況

榆能榆神熱電廠裝機(jī)總?cè)萘繛?×350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，經(jīng)過熱電解耦供熱改造（低壓缸零出力/切缸）供熱能力1260MW，目前供熱1300萬m2。

匯通熱電廠裝機(jī)容量為2×350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組（配備三臺(tái)鍋爐），經(jīng)過被壓改造，供熱能力595MW，目前供熱650萬m2。

榆林銀河熱電廠2×135MW凝汽式發(fā)電機(jī)組，經(jīng)過熱電解耦供熱改造（低壓缸零出力/切缸）供熱能力420MW，目前供熱350萬m2。

北郊然氣調(diào)峰鍋爐房2×70MW天然氣熱水鍋爐。供熱能力140MW，供熱面積為200萬m2。

郊然氣調(diào)峰鍋爐房2×58MW天然氣熱水鍋爐。供熱能力為116MW，供熱面積為165萬m2。

綜上所述：3個(gè)熱電廠，2個(gè)調(diào)峰燃?xì)忮仩t房。最大供熱能力2531MW（供暖面積3615.7萬m2）。

榆林多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱運(yùn)行，共關(guān)聯(lián)到榆能榆神熱電供熱首站、陜西銀河榆林發(fā)電供熱首站、榆林市北部多熱源聯(lián)網(wǎng)中繼能源站1#、榆林市紅山熱力公司隔壓站2#、榆林市熱力有限公司隔壓站3#、匯通熱力有限公司隔壓站4#、中繼泵站5#。

3 問題的提出及分析

根據(jù)《榆林市科創(chuàng)新城供熱工程專項(xiàng)規(guī)劃（2020—2035）》規(guī)劃范圍按照在編的《榆林市國(guó)土空間總體規(guī)劃（2020—2035年）》確定。參考榆林市集中供熱的現(xiàn)狀布局，本集中供熱范圍供熱區(qū)域，即古城核心區(qū)、主城西沙片區(qū)、主城東沙片區(qū)、主城南郊片區(qū)、高新區(qū)、科創(chuàng)新城及芹河片區(qū)供熱區(qū)域。近期向西增壓給科創(chuàng)新城供熱，中期后向東增壓給開發(fā)區(qū)供熱，形成科創(chuàng)新城多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)。隨著近幾年榆林城市建設(shè)速度的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展成為最主要的議題，而城市供暖又尤為重要。由于供熱片區(qū)區(qū)域地形復(fù)雜、供熱距離很長(zhǎng)，現(xiàn)狀熱電廠設(shè)置的網(wǎng)路循環(huán)水泵和補(bǔ)給水泵難以滿足網(wǎng)路和大多數(shù)用戶壓力工況的要求。在此情況下，需要在網(wǎng)路供水管上設(shè)置網(wǎng)路中繼加壓泵站，有時(shí)甚至需要設(shè)置幾個(gè)補(bǔ)水定壓點(diǎn)，才能使其壓力工況滿足要用戶要求。為了解決水利不均衡問題，可在供水干管上設(shè)置分步加壓，降低熱源出口供水管的壓力；同時(shí)，通過變頻水泵增壓，同樣可以保證后部網(wǎng)路的高溫水不汽化。當(dāng)網(wǎng)路循環(huán)水泵和加壓水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要將網(wǎng)路截?cái)酁閮蓚€(gè)區(qū)域，維持不同的水靜壓線，可確保管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

榆林城區(qū)供熱還面臨著供熱站和管網(wǎng)一再增容，嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行問題：如南郊供熱站達(dá)到6.8km，匯通供熱站達(dá)到8.6km，紅山供熱站達(dá)到5.6km，銀河供熱站達(dá)到32km。這些單位沒有采用一網(wǎng)分布式變頻泵系統(tǒng)，全部采用電廠首站、隔壓站、中繼泵站的最大循環(huán)量輸送，導(dǎo)致在采暖初、末期須利用電廠降低溫度進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)，通過循環(huán)泵后增加旁通管和差壓調(diào)節(jié)閥，來旁通部分流量。這種利用高耗能來勉強(qiáng)追求熱力平衡的方式，造成平均單位熱耗0.51GJ/m2；平均單位電耗3.2kW·h/m2，這對(duì)能源是一種極大的浪費(fèi)。

4 分布式變頻泵系統(tǒng)控制原理

根據(jù)各住戶對(duì)采暖的調(diào)節(jié)情況控制各個(gè)單元的供水量。當(dāng)各個(gè)單元調(diào)節(jié)供水量時(shí)，二次網(wǎng)的供回水壓差會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)變化的壓差對(duì)二次泵進(jìn)行變頻。循環(huán)泵變頻后，二次網(wǎng)的供水溫度會(huì)發(fā)生變化，再根據(jù)二次網(wǎng)供水溫度的變化情況調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的供熱量。實(shí)現(xiàn)了二次網(wǎng)節(jié)約熱能、電能，一次網(wǎng)節(jié)約熱能的目的。

當(dāng)用戶熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，二次網(wǎng)系統(tǒng)的壓差會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。壓差傳感器感應(yīng)壓差的變化，并把壓差的變化情況發(fā)送給控制器，控制器根據(jù)壓差的變化情況，通過計(jì)算得出水泵需要變頻的數(shù)據(jù)，并將指令發(fā)給變頻器。變頻器根據(jù)指令來實(shí)現(xiàn)水泵變頻，從而改變二次網(wǎng)系統(tǒng)流量。

5 分布式供熱與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的比較

典型的分布式變頻泵供熱系統(tǒng)，熱源的循環(huán)泵揚(yáng)程選型只需要克服熱源內(nèi)部阻力，總設(shè)計(jì)流量即為供熱系統(tǒng)主線的熱量。各換熱站的一級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵揚(yáng)程的選型要在整個(gè)系統(tǒng)水力平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行，流量選取參照換熱站一級(jí)側(cè)的設(shè)計(jì)流量。二級(jí)網(wǎng)水泵的揚(yáng)程、流量按用戶的阻力及設(shè)計(jì)流量選取。一級(jí)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速通過變頻控制柜控制，變頻控制柜收集來自氣候補(bǔ)償器采集的室外溫度和二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度。

傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的循環(huán)泵設(shè)置在熱源處，同時(shí)需滿足最遠(yuǎn)、最不利用戶選擇，克服的是熱源、熱網(wǎng)、和用戶系統(tǒng)阻力總和。這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，在供熱系統(tǒng)的近端用戶形成了過多的資用壓頭。為了防止管網(wǎng)壓力過大，須考慮降低近端用戶流量，通過設(shè)置調(diào)節(jié)閥，將多余的資用壓頭消耗掉。因此，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中的無效電耗是相當(dāng)可觀的。

反觀分布式變頻泵供熱系統(tǒng)，熱源循環(huán)泵、一級(jí)循環(huán)泵、二級(jí)循環(huán)泵均在各自的行程有效地消耗掉自身所提供的能量，因此不產(chǎn)生無效的電耗。分布式變頻泵供熱系統(tǒng)為了共同實(shí)現(xiàn)供熱介質(zhì)的輸送，采用了分段接力循環(huán)的方式。雖然兩種供熱系統(tǒng)所產(chǎn)生的一、二級(jí)管網(wǎng)阻力相等，但這兩種方式循環(huán)泵克服阻力所需的功率卻不同。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)由于在熱源處設(shè)置循環(huán)泵，需克服全管網(wǎng)阻力，所以按熱網(wǎng)最大流量設(shè)計(jì)動(dòng)力。而分布式變頻泵系統(tǒng)的熱源循環(huán)泵只須克服熱源內(nèi)部阻力，沿途分布的循環(huán)泵負(fù)責(zé)克服外網(wǎng)阻力。這樣看來，分布式變頻泵供熱系統(tǒng)采用了較多的循環(huán)泵，但遠(yuǎn)期來看，各個(gè)循環(huán)泵的功率卻減少了，系統(tǒng)耗能減少，運(yùn)行費(fèi)用降低。在小區(qū)換熱站中，由于不同用戶負(fù)荷變化不一致，可調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速以滿足熱網(wǎng)運(yùn)行需求，減少閥門節(jié)流損失。

6 分布式輸配系統(tǒng)實(shí)踐的效益分析（見表2）

表2 2020年榆林市供熱公司能耗統(tǒng)計(jì)

經(jīng)濟(jì)效益：2020年采暖季（2230萬m2）較前幾年平均單位熱耗0.51GJ/m2下降到0.425GJ/m2，節(jié)熱率16.7%，節(jié)約熱量189.55萬GJ，節(jié)資5496.95萬元（29元/GJ）；平均單位電耗3.2kW·h/m2下降到2.68kW·h/m2，節(jié)熱率16.3%，節(jié)約電量1160萬kW·h，節(jié)資812萬元（0.7元/kW·h）。

社會(huì)效益：借助先進(jìn)的自控系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，精細(xì)調(diào)整，水力、熱力自動(dòng)平衡，減少了冷熱不均的現(xiàn)象。顯著提升熱網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、提高供熱質(zhì)量改善用戶均衡供熱，得到了供熱公司和用戶的一致好評(píng)。

環(huán)境效益：節(jié)能減排效益顯著，每個(gè)采暖季可節(jié)省標(biāo)煤約64759t，減少二氧化碳排放168765t，二氧化硫550t，氮氧化物471t。

7 結(jié)語

由于管網(wǎng)長(zhǎng)高差大，水力平衡冷熱不均很難控制，造成熱損大、電耗高。目前，分布式輸配供熱系統(tǒng)，多采用一次網(wǎng)全網(wǎng)分布式輸配供熱系統(tǒng)應(yīng)用，熱源循環(huán)水泵與熱力站處于單支路循環(huán)回路，熱媒在管路中被推著走，最大的特點(diǎn)是水泵代替調(diào)節(jié)閥；小泵代替大泵，達(dá)到節(jié)能降耗效果。在二級(jí)網(wǎng)、熱入口（樓棟）、室內(nèi)熱用戶系統(tǒng)上，基本還是維持傳統(tǒng)的輸送方式。這樣，二級(jí)網(wǎng)（熱力站）的循環(huán)水泵，還是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)置，二級(jí)網(wǎng)的近段熱用戶，照樣存在超量的資用壓頭，二級(jí)網(wǎng)的水力失調(diào)依然存在。因此對(duì)全網(wǎng)實(shí)施分布式輸配供熱，能收到較好的效果。