浅谈集中供热换热站节能运行策略

浅谈集中供热换热站节能运行策略

王晓曦

清华大学修缮校园管理中心 北京 100084

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，当前在供热系统的运行过程中，节能措施已经成为了供热管理部门工作环节的重中之重，在供热工作领域具有极为重要的作用。不过，现在我国的供热系统中能源消耗仍较为严重，这与国家提倡的绿色节能发展不相符合，也不能很好地适应当前社会的进步和发展需求。促使供热系统的正常有序和稳定运行，从而有效实现资源能源的优化配置，并最大限度发挥其利用率，更好地顺应时代的发展。

关键词：供热系统；温度差；动态平衡；复合控制；节能

引言

随着城市化进程的快速推进，我国城市集中供热事业得到了快速发展，热源即热力的生产者，主要通过消耗电能或化石燃料生产出一定温度和压力的蒸汽或热水；供热管网由区域供热蒸汽管网或热水管网组成，其主要作用是分配热媒、建立热源与热用户的连接；热用户是建筑物内部，直接使用热网输运热能的进行生活与生产用热系统的总称。

1供热系统水力失调的状况及产生的原因

对供热系统水力失调的原因进行分析，主要有以下5个方面：①因富余压头所导致的流量分配不平衡，进而产生了水力失调；②在选取循环水泵时，选型不当而导致运行时偏离于设计值，进而形成水力失调；③在运行当中的实际热负荷跟原本所设计的热负荷不相符，超出或是小于设计时的热负荷，进而导致了水力失调；④由于系统有高程差，或者是高层居民与低层居民间存在有高程差，构成了垂直水力失调；⑤由于在运行期间系统流量存在变化，如在某分支设有电动调节设施、对温度实施调控，故而在室外温偏低时阀门则会开大，当室外温过高时阀门则会关小，这就会对另一部分未装置调节设施的用户造成水力平衡，进而导致动态水力失调。另外，由于供电局、电厂小区居民室内和室外供暖系统自建成起未做过改造，室内采暖系统自建成时就未分户系统，因此，室外供热管网支、干路没有设置必要的调节和控制装置，部分管线腐蚀严重，阀门失灵、控制和衔接不完善等问题已经非常突出，每年的运行维修费用较高。而且由于管道敷设时间较长，已运行十多年，管道、管件阀门的腐蚀比较严重，时有漏点产生，管道保温层和保护层损坏也比较严重。总体来说，传统的供热管网、换热站调节控制只是以换热站二次网的供回水温度为控制对象，一般情况下二次网供、回水温度升高，用户室内温度也升高，反之亦然，但由于受室外气温变化，热源波动、管网特性不同、用户的用热习惯及用户建筑围护结构保温性能差别等因素的影响，特别是在分户热计量用户逐渐增多、用户用热量变化较大时，人工调节的方式已经不能满足当前用户节能变化的需要。

2供热系统节能运行的改进方案

2.1节能设备选择

为了提高工业的供热效率，要先开发制造节能高效的热水，如循环流化床型，该的一大优势是可以在烧煤过程中有效控制CO等有害气体的产生与排放。当前中国多数工业企业使用的是绕花丝多孔体换热器与等离子体换热器，这类换热器普遍存在传热效率低的问题，所以，开发并推广节能高效的汽水换热器势在必行。同时，研究管网调节控制技术，并引进相关设备，如气温补偿器、压差控制器、变频调速泵及相关自动化控制技术，提高管网系统的动态调节能力。在工业的供热系统中，使用水容量小的散热器是最经济划算的，但水容量小的散热器停止供暖时，室内温度也下降得快，究其原因是在供热参数一定的条件下，热煤中的焓值是固定的，若散热器水容量大，那么含有的热量也高，若停止供暖，室温就下降得慢，反之亦然。在正常供热过程中，供热系统应满足用户合理用热需求与节能两方面的要求。因此，在选择散热器时，要尽量选择水容量与散热量的比值比较小的散热器，这样不仅能提高供热效率与供热质量，也符合节能要求。

2.2供热系统节能控制技术研究

节能降耗是智慧供热系统中一项重要工作，因此应根据实际供热需求形成完善的节能控制技术手段。节能控制是智慧供热实现节能的直接作用模块，是关系到系统能否稳定安全运行的关键，同时也是智慧化平台的亮点技术。该策略的制定需要与供热系统调试、诊断相结合；供热系统运行数据信息化、运行方式自动化是推进智慧供热的前提；城市供热系统智慧升级改造是供热节能的重要抓手，可有效提升运行与管理水平，达到节能降耗的目的。智节能控制主要包括热源节能、换热站节能以及末端节能，全过程将通过系统自学习的模式持续节能控制运行。控制的主要参考核心为负荷预测，负荷预测将结合室外气候及预报数据、系统历史数据等，并通过计算模型完成负荷预测的计算。系统模块在实行自动调控前将根据节能控制策略、安全控制策略进行综合判断，实现基于安全运行基础上的节能控制，真正实现能源系统安全稳定节能的目标，为企业达到最大限度的盈利的目的。

2.3热网管控平台建设

该软件平台基本构架包括四大系统：高性能数据采集系统、高性能运算系统、大数据可视化系统、多维推送服务系统；五大功能板块：建筑信息访问、设备信息数据访问、阀位等控制调节接口、设备信息历史数据访问、报警系统管理。基于数字孪生模型动态推演和先进智能控制算法的智慧热网管控平台，可收集能源站供热情况、用户使用习惯、供热地点实测温度和气象资料等数据，提供给仿真运行的孪生模型不断“学习”。孪生模型是和集中供热系统完全等价的信息模型，可通过学习历史数据，以最舒适室内温度为目标函数，通过在孪生模型中推演智能控制算法来修订智能控制算法，同时通过已经训练完成达到迭代精度要求的智能控制算法，不断修订和优化供热方案，从而推演出最佳供热方案并反馈给管控平台，即通过调节各个热力入口的阀门流量-开度控制调节曲线，实现室内供暖温度保持最佳，同时综合燃气用量最少，完成整个供热系统的智能调度、智能监控、智能诊断、智能调节，在节能减排的同时，为用户提供最舒适的供暖体验。

2.4热源与热风的调节

水力与热力的平衡存在差异，一级网的水力平衡实现了以各热力站供热面积的大小来配置一级网的循环水量，此形式仅适于当全部换热器均合理又保证系数全然同等的状况下，方能做到各热力的平衡。而此前提存在不可能性，主要原因有：①在建设最初就需将扩容这一问题考虑在内，通常换热器的功率是偏大的，以免发生功率不相匹配的状况；②当换热器运行一段时期之后，大多数会发生结垢等情况，并出现换热系统不相符状况；③二级网实际运行期间也会发生堵塞或短路状况。故此，在调节时需将热源、热网、换热站以及供热用户设置成统一体系，并运用多变量的复合方式来实施控制，将大大提高其稳定性与效果，不仅会考虑到换热站所存在的调节情况，还可以考虑到整个热网与热源方面总的变动状况，然后经调度中心做到统一的调节，以此完成整网的动态平衡调节，并最大限度保障运行的节能。实际的调控状况主要有如下两点。

结语

随着集中供热规模的持续扩大与热网运行自动化、智能化技术的提高，基于信息与能量系统深度耦合的热网节能技术越来越受到关注。智慧热网以信息化和自动化为基础，按需对热量进行合理的输配，从而达到在保证供热需求情况下的节能减排。

参考文献

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［2］徐小琳.浅析区域性热源集中供热中节能降耗的主要措施［J］.石化技术，2018，25（10）：272.

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