外網(wǎng)供熱系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)和節(jié)能控制技術(shù)淺析

  據(jù)相關(guān)資料顯示，我國建筑采暖能耗為同緯度發(fā)達(dá)國家建筑采暖能耗的3倍左右，采暖能耗浪費是巨大的。對于廊坊開發(fā)區(qū)供熱公司這樣一個正處于快速發(fā)展階段的供熱企業(yè)來講，要想發(fā)展、壯大，做好外網(wǎng)供熱系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)和節(jié)能控制是我們必須要做到的。
  一、前言              
  在我們的供熱系統(tǒng)中，供暖熱負(fù)荷是系統(tǒng)的主要熱負(fù)荷，在運行過程中，主要考慮供暖熱負(fù)荷的變化規(guī)律來調(diào)節(jié)供熱量。在采暖期間，供熱系統(tǒng)向用戶供熱，在室外溫度變化的條件下，都應(yīng)當(dāng)保證用戶建筑物的室內(nèi)溫度符合用戶的要求，使房間溫度保持在一定的范圍內(nèi)（我地區(qū)為18℃正負(fù)2℃）。建筑物采暖熱負(fù)荷同室外氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻照等因素有關(guān)，而其中室外氣溫起著決定性作用，因此在理論上，可以把熱負(fù)荷只看作是室外溫度的函數(shù)，即：
  Q=f（tw）=K·F（tn-tW）
  供熱過程就是維持建筑物室內(nèi)氣溫適宜人們工作、生活，維持建筑物得熱與失熱始終處于一個動態(tài)的平衡過程中，即有熱平衡方程式：
  Q=KF（tn-tw）=G·C（tg-th）·ρ/3600（1）
  Q—熱負(fù)荷W；
  K—建筑物傳熱系數(shù)W/m2·℃；
  F—建筑物外表面積m2；
  tn—室內(nèi)氣溫℃；
  tw—室外氣溫℃；
  C—水的比熱J/kg·℃；
  G—采暖循環(huán)水流量m3/h；
  tg—供水溫度℃；
  th—回水溫度℃；
  ρ—水的密度kg/m3。
  熱網(wǎng)總能耗包括兩部分：一是供熱量；二是輸送熱量所消耗的電能。要想達(dá)到節(jié)能運行，使企業(yè)得到效益，除了需要對設(shè)備有正確的設(shè)計和選型，更需要采用各種節(jié)能技術(shù)和方法對供熱系統(tǒng)的供熱量根據(jù)用戶的熱負(fù)荷變化進行合理的調(diào)節(jié)，以達(dá)到對整個供熱系統(tǒng)的節(jié)能控制。

  二、控制了水力失調(diào)也就控制了供熱量也就邁出了節(jié)能運行的第一步
  熱網(wǎng)總熱負(fù)荷隨著室外氣溫變化而變化，每一時刻為滿足采暖建筑的基本采暖要求（設(shè)計室溫18℃）所供總熱量，為最小值，即總供熱恰好等于基本的總需求。供小于需則供熱不達(dá)標(biāo)，供大于需，則用戶過熱室溫過高，用戶散熱加大，造成熱能浪費。因此在供熱運行中，需適時地對熱網(wǎng)進行調(diào)節(jié)，以便使供求熱量保持平衡，且始終維持在最小值。在熱量分配上，力求熱網(wǎng)上各用戶室溫均衡，避免因熱網(wǎng)的水平失調(diào)，用戶垂直失調(diào)，而造成用戶冷熱不均現(xiàn)象，也就避免了為使冷的用戶達(dá)標(biāo)，而致使熱的用戶超溫，造成熱能浪費問題。熱網(wǎng)的平衡是熱網(wǎng)節(jié)能的前提基礎(chǔ)，是進行供熱調(diào)節(jié)的前提條件，但是任何一個供熱系統(tǒng)都不可能通過對管網(wǎng)、熱力站和熱用戶等系統(tǒng)的設(shè)計、管網(wǎng)的布置、水力計算、管徑管件及設(shè)備的選型等徹底的解決水力平衡問題。我們只能通過各種不同的供熱調(diào)節(jié)方式和熱網(wǎng)平衡技術(shù)逐步接近水力平衡，以達(dá)到節(jié)能的目的。
  我公司由于二次網(wǎng)范圍大，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此集中調(diào)節(jié)困難，所以我們采取了分散細(xì)化調(diào)節(jié)，集中監(jiān)測控制的方法達(dá)到供熱管網(wǎng)的平衡。為了達(dá)到整個系統(tǒng)的平衡，我們在原來的各個換熱站、配熱站分區(qū)控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進行了細(xì)化控制調(diào)節(jié)，即在每個熱用戶的入口處安裝了流量控制閥，特別是距離熱源近的用戶，我們根據(jù)實際情況縮小其調(diào)節(jié)閥的口徑，以達(dá)到節(jié)流的目的。另外根據(jù)用戶單位的性質(zhì)和類型進行重新審核，以設(shè)定其所需流量。這樣在各二次網(wǎng)用戶都能夠進行調(diào)節(jié)和控制，給二次網(wǎng)質(zhì)調(diào)節(jié)打下了基礎(chǔ)。
  通過公式計算和本地區(qū)的實際情況，繪制出二次網(wǎng)運行曲線。
  根據(jù)外網(wǎng)供、回水溫度計算公式：
  t1=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）+0.5（t1′-t2′）Φr
  t2=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）-0.5（t1′-t2′）Φr
 式中：Φr——相對熱負(fù)荷W，
  Φr=（ti-to）/（ti-to′）
  B——與散熱器及連接方式有關(guān)的系數(shù)，四柱散熱器B=0.35
  ti——供暖室內(nèi)計算溫度℃
  to——室外溫度℃
  to′——供暖室外計算溫度℃
  t1，t2——二次網(wǎng)供、回水溫度℃
  t1′，t2′——二次網(wǎng)的設(shè)計供、回水溫度95℃/70℃
  廊坊地區(qū)在我們的實際運行過程中設(shè)計散熱器時的設(shè)計供、回水溫度為95℃/70℃，往往無法達(dá)到，散熱器的溫度與室溫的實際溫差比設(shè)計溫度低15—20%也能滿足需要。即供水溫度在76℃、回水溫度56℃時更能反映實際運行情況。因此根據(jù)以上公式計算結(jié)果如下表得出溫控曲線。
  根據(jù)以上表格繪制了溫控曲線。
  再加上二次網(wǎng)的循環(huán)泵加裝了變頻控制系統(tǒng)，我們的二次網(wǎng)調(diào)節(jié)就能做到熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況——質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)，從而使得二次網(wǎng)的流量分配更加均衡，消除了近熱遠(yuǎn)冷的現(xiàn)象，各換熱站及配熱站都更加合理的調(diào)整自己的運行狀態(tài)。
  三、節(jié)省熱量輸送所消耗的電能，達(dá)到節(jié)省能源的目的
  把熱量輸送給外網(wǎng)熱用戶，循環(huán)泵是主要的動力來源。循環(huán)泵的運轉(zhuǎn)（即熱量的輸送）就是一個電能消耗的過程。
  因為我公司所在的廊坊開發(fā)區(qū)正處在飛速發(fā)展的階段，所以外網(wǎng)循環(huán)水泵在初期建設(shè)時的選擇和配置其能力都有一定的富裕度。伴隨著熱網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展過程，循環(huán)水量逐年增加，但是外網(wǎng)水力失調(diào)等原因?qū)е碌乃�泵出口閥門“打不開”等現(xiàn)象極大地增加了電能的損耗。如何解決這一難題，我公司計劃對外網(wǎng)循環(huán)泵進行技術(shù)改造。
  由理論公式我們可以知道循環(huán)泵的有效功率：
  Ne=V·△p·ρ·g/3600（2）
  式中Ne——有效功率W；
  V——循環(huán)水流量m3/h；
  △p——系統(tǒng)阻力m；
  ρ——水密度kg/m3；
  g——常數(shù)N/kg。
  可見熱量輸送所消耗有效功率Ne同流量V成正比，同系統(tǒng)阻力△p成正比。
  另由熱水網(wǎng)路的水力特性可知：
  △p=S·V2（3）
  將（3）式代入（2）式可得：
  N=S·V3·ρ·g/3600（4）
  由（4）式可見有效功率Ne只同流量V的立方成正比，其它為常數(shù)（S值在熱網(wǎng)閥門不操作時也為常數(shù)），減少熱網(wǎng)流量V將極大降低電耗。
  如何減少V呢？根除水力失調(diào)是首要條件，硬件上增加循環(huán)泵調(diào)速技術(shù)也是一個很好的途徑。外網(wǎng)循環(huán)水泵采用調(diào)速技術(shù)以后，可以及時地把流量、揚程調(diào)整到需要的數(shù)值上，消除多余的電能消耗。理論上節(jié)電率能達(dá)到40%左右，增加調(diào)速設(shè)備所增加的投資，可以在很短的時間內(nèi)收回，從而產(chǎn)生效益。目前我公司正在積極調(diào)整外網(wǎng)管道，增加循環(huán)泵變頻控制系統(tǒng)，在不久的將來將會產(chǎn)生明顯效益。-廊坊開發(fā)區(qū)熱力供應(yīng)中心 蔡旭光 韓良