关于城市集中供热系统节能技术及热力站控制系统的思考

关于城市集中供热系统节能技术及热力站控制系统的思考

霍芳馨

泰安市泰山城区热力有限公司，山东省泰安市，271000

摘要：为了满足我国居民的日常生活需求，要求相关工作人员从设计、产热源以及二次网的直埋技术等方面对城市集中供热系统节能技术及热力站控制系统进行优化，从而提高城市集中供热的能力，使人们的生活更加舒适。

        关键词：城市；集中供热系统；节能技术；热力站；控制系统

1集中供热系统概念

        集中供热是指通过由供热站产生的总热源经由局域管网络向整个城市或部分区域提供供热服务的供热方式，是现代城市发展的基础设施。集中供热系统为城市生活提供了方便，稳定的供热服务，对于改善居民生活，节能减排，完善社会基础设施建设，为国家带来更大的经济效益和社会效益，是居民舒适生活的重要保障。进入二十一世纪，我国供热行业蓬勃发展，大型城市和二线城市基本实现80%以上的供热，截止2016年，市政供热面积已接近70亿平米。但是，在北方，仍然有很多偏远地区没有暖气，以单独燃煤采暖为主。国务院在1986发布了《城市集中供热当前产业政策实施办法》，该办法提出了要因地制宜，结合每个城市的地理位置，资源优势，所处地区的气候状况，以及该城市的经济发展特点和现状，经济建设和能源节约共投共建的城市集中供热发展思想。通俗点说就是集中供热系统不仅仅是按照统一的标准进行供热，它还密切影响着城市的基础建设，经济发展，能源利用和气候因素。就是说，即使在北方地区，仍然有一些城市因为其自身规模、能源限制，不具备集中供热的条件，事实上，这段话放到现在，依然具有指导意义[1]。

2城市集中供热系统节能技术

2.1提高供热管网系统节能效率

        热水管网其主干线的设计，需要与实际要求结合起来，选择管径较大的管网。水利运行情况也需要能够始终保持在一个良好的状态，支管网要按照热平衡的原理来确定管径，之后从设计角度，始终确保管网的运行能够达到平衡，从而避免产生水力失调的情况。热力管网会由于热胀冷缩而产生应力，因此必须尽量降低固定墩及补偿器的安装。使用无补偿直埋的技术，不但可以消除补偿器的安装可能造成的安全隐患，也可以有效控制电能损耗的问题。热水管网可以通过预制保温管来控制热量消耗的问题。而支埋热网的热效率相对比较高，架空以及地沟敷设的热损甚至大于10%。保温层的破坏也比较严重，因此热损失可能会有所扩大。有关部门必须按时组织相关工作人员来维修管网系统，避免出现漏水事故，可在原本的管网当中设置分支阀门，避免因热网的水力失调可能会出现比较严重的耗电问题。而系统的水力失调也会让远近端的用户产生受热并不均匀的情况，这个时候条件管网则是非常重要的[2]。

2.2温度调节控制

 温度控制调节是供热系统中质调节的控制方式，可以节省燃料，达到经济运行的效益，尤其对北方寒冷地区采暖期长的特点意义更为重大。换热站系统的温度调节控制通过设定供水温度保证二次网供水温度恒定。根据传感器检测到的实际温度值，计算出相应的二次网供水温度设定值，根据一次网供水温度情况，采用温度智能PID控制器，实时调节控制一次网的控制阀，以使实际的二次网供水温度等于设定值。控制元件是换热器一次水出口的控制阀，该阀门控制换热器的一次供水流量。将预设定温度作为给定值，测量温度值作为反馈值，阀门开度作为输出值。二次网供水温度自控系统对工况进行分段质调节，采用PID算法，通过对二次网供水系统的温度检测、分析，结合外界干扰因素，算出最佳供水温度，通过调节一次管网流量，使二次供水温度接近设定值，保证二次网供水温度的恒定。当换热器的二次网供水温度偏离设定值时，控制调节系统就自动调整执行器的动作，即改变电动调节阀的开度，从而改变进入换热器的一次网的流量，改变传送到换热器的热能，使二次的供水温度稳定在设定值附近[3]。

2.3集中供热系统引入自动化控制

        如今大部分集中供热控制调动中心引入自动化平台实现全网自动平衡控制。自动化平台主要把自动反馈系统和电动调节阀相结合，实现全程实时控制。主要工作原理如下：各个热量端作为信号采集点，通过温感器、压感器等，把采集的数据再转换成电信号，通过数据信息处理系统分析辨认做出相应的反馈。通过指定模块和相应的控制算法计算出所需各类参数，来调节二次供水温度和供热流量，最终达到各个供热站的水力、热力平衡，从而大大降低了一次管网的热力失调的发生频次。除此之外自动化控制平台还可以适时对供热系统进行调节，比如：学校、商场白天利用率高于夜晚，因此晚上就可以通过自动化平台自动调节供热时间。而住宅则是白天外界环境温度高于夜晚外界环境温度，自动化平台可以根据外界环境和建筑物使用特点实时进行调节。这样就可以合理的利用能源，起到节能的效果[4]。

3集中供热的热力站的设计方式分析

3.1热力站

        在城市集中供热系统中，热力站是其中的关键环节。借助热力站，能够在满足用户需求的基础上，保证供热系统运行的稳定性，促进供热系统的全自动调节和监控。供热管网根据热力站区分，可以具体分为一次网和二次网两种类型，其中一次网主要是对换热站和热源之间有效连接，二次网是指将热用户的供热管网与热力站相连接。在不同的热力站中，都需要结合实际需要配备相应的设备，如压力传感器、温度传感器等，从而保证供热系统运行的稳定性、安全性。应用热力站主要作用是高温热水借助一次管网送到换热站，随后借助换热器，开展热量交换工作，连接二次管网的循环热水，简单而言，即是将高温热水的热量由一次网传到二次网中，保证供暖送到不同热用户家中。应用热力站自动控制系统，需要借助一系列的测量仪表，如流量计、温度传感器等，完成相应供热系统检测工作。借助上述控制系统，能够促进数据的采集处理工作，并完成控制算法，有效实现智能控制工作。

3.2相关设备的选择

   （1）加强二级热网的循环水泵

        根据相关的研究表明，所有用户的流量设计总和要小于循环水泵的水泵流量，循环水泵还要克服热水站内的管道设备、主干线等各种阻力问题。在实际操作过程中，如果需要进行用户自主调节就要选用调速泵，不论是压力的损失，热力的消耗还是连接等方式都要做好相应的设计，从而保证热力站的运行效果。

（2）配置二级热网补水设备

        二级热网补水装置是指一个补水泵，它的主要作用是向二级的热网及时地补入需要的软化水，也是补水装置中重要的组成设备。补水装置主要是按照住户的实际需要进行选择，一般状况下，补水泵的流量是正常补水量的4倍左右，补给的水量也是比较小的，一般为系统水量的l％。但是因为补水泵的工作强度较大，工作时间较长，所以，补水泵只能用很少的时间，并在使用的过程中会出现各种各样的状况，造成供暖出现问题，从而影响到整体的供暖情况[羽。在实际的使用过程中，购置补水泵时就需要一台备用的补水泵，这样在使用的过程中一旦发现是补水泵出现了故障就能在第一时间进行维修，从而保证供暖的稳定性。

3.3供热热力站的主要运行方式

        在城市集中供热的过程中，热力站在其中扮演着重要的角色。为了能给人们提供生活所需的热量，相关的工作人员就要熟悉热力站的工作流程。从目前的情况来看，热力站主要由回水和供水两个部分再加上各个阀门之间的切换及控制设备的运行来保证人们日常生活热能的供应，这样也能推进集中片区供暖的发展。另外，随着经济社会的不断发展，智能化技术也越来越广泛地应用到人们的日常生活中，通过智能化的手段来控制热力站，不仅能更加快速高效地收集到信息，还可以在出现问题时做出相关的补救措施，从而实现对热力站时时刻刻的监控。

  4集中供热系统运行调节的管理

        4.1分阶段变流量

        分阶段变流量的质调节和单纯的质调节相比，整体上实现了流量减少，网络供水温度升高，而回水温度降低，增大了供回水温差。但是从散热器放热的热平衡来看，散热器的平均温度基本保持相等。由于综合运用了质调节和量调节，因此具有2种调节的优点，能够提高供水系统的供水温度，降低回水温度，节省了能源和电力，又保证了热力工况的稳定。

        4.2量调节

        量调节需要根据温度采集器对采暖期室外温度的高低进行判断，从而分成初寒期，严寒期、末寒期3个供热区间，工作原理是当室外温度升高，循环水量下降，水泵的传输能耗相应的降低，可以实现节能目的。为了实现在每个时期供暖的热水流量保持较高水平，需要加大循环泵频率，在室外温度高的初冬和晚冬2个区间，使循环泵较低频率运行保持较小的流量。量调节具有节约水泵电耗的优点，当流量较小时，可通过在间接连接中使用，实现扬长避短。

        4.3质调节

        质调节具有操作的便利性，质调节的使用，只需要改变供暖系统的工作温度，属于最为常见的调节方式。质调节是保证供暖系统中的总体水量不变，只改变内部水温，由于运行时循环流量始终保持在设计值附近，因此网络水利工作状况稳定，运行管理也非常简便，而且由于网络供水温度根据室外温度的升高而自动降低，一定程度上提高了热源的效益，节约燃料，避免了调节流量。虽然质调节的应用最为普遍，但是也有着显著的缺点:在保证系统内部水量不变的前提下，为满足供暖需求，需要将系统内的水温保持在70℃以上，增加了电能消耗。为了保持这种较高的水温，供热公司需要使用更多的资源，增加了经济成本，而在北方供暖地区，由于采用燃煤供暖，高水温的需求造成了煤炭消耗增多。

参考文献

[1]连慧敏.城市集中供暖的节能技术途径分析与研究[J].四川水泥,2020(07):127+129.

[2]张斯颖,高海峰.城市集中供热系统节能问题简述[J].中国设备工程,2019(02):186-187.         

[3]焦祥冬.供热管网中集中供热自动化系统的应用.建材与装饰，2019（4）.

[4]赵阁．节能技术和措施在集中供热系统中的应用．中国科技纵横，2019(6).