提高集中供熱系統水力平衡節能效率技術應用研究

馮 帥

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001)

1 集中供暖的優勢

集中供暖是以熱水或者熱水蒸汽作為媒介，通過城市熱力管網從統一的單個或多個熱源向城市供暖的一種方式。它的優勢可以從三個方面進行概括，那就是安全、環保、節能。從安全方面講，它可以做到統一招募具有合格資質的工作人員，統一管理培訓人員操作和運行，供暖設備集中檢查和維修，減少在運行期間由于人員的不專業或設備檢查不到位導致的安全事故。并且集中供熱熱源廠或熱電聯產項目都采用比較先進的燃燒方式，自動化程度也相對較高，安全性，穩定性都能得到保證。從環保方面講，熱源廠或熱電聯產項目熱源都比較集中，大型的環保設備如脫硫除塵脫銷等都能統一使用和檢測，大大增加排放水氣的合格率，減少了由于私自排放帶來的環境壓力。從節能方面講，大型熱源廠的燃燒效率一般在70%～80%之間，遠遠大于小型燃煤鍋爐的燃燒效率。而熱電聯產項目可以將冷卻水用作供暖，而將供暖冷卻后的回水再用作發電的冷卻水，使得能源充分得到利用，起到節能的效果。

2 水力平衡的概念

水力平衡分為靜態水力平衡和動態水力平衡，如若要保證全面的水力平衡，那么系統需要同時保證動態和靜態的水力平衡。同樣，系統水力存在平衡，自然而然就存在失衡。造成水力失衡有以下幾方面原因。

2.1 靜態水力失衡

從理論角度講，由于系統供熱管道特有阻力數比值與設計要求供熱管道特性阻力數比值不相同，所以使得系統各用戶的實際流量值與設計要求流量值不符，引起的水力失衡，即靜態水力失衡，它主要是由于管材質量，設計方案和施工質量等原因導致的，是本身固有的一種失衡表現。

2.2 動態水力失衡

從實際運用角度講，由于系統運行操作過程中，前端或末端閥門開度不斷地改變從而引起水流量不斷變化，使得系統運行過程中的壓力產生波動，前端和末端的流量也隨之發生改變，導致前后端流量不均勻，從而引起的水力失衡。動態水力失衡是由于閥門開啟或操作不當造成的。

2.3 動靜態水力失衡的解決方法

解決靜態水力失衡主要前提是保證設計合理，材料符合規范，以及施工質量的保證。在使用調試階段，通過系統管道特有阻力數比值進行調節，使得實際比值接近或達到設計要求值，以保證靜態水力平衡。

解決動態水力平衡主要是對人操作的要求，首先使用人員需要專業培訓，在操作過程中如若有自控設備，那么需要按照設備要求進行操作，如若需要手操，在開啟閥門階段，需要適度，不能盲目操作，開啟后根據前后端數據的變化進行微調，最終達到動態水力平衡。

3 如何通過熱網監控自控提高水力平衡效率

隨著科學技術的不斷提高，網絡通訊更加便捷，在熱網系統中使用熱網監控自控系統，可以及時監測熱力站參數變化、均勻調節流量和水力平衡、消除水力失衡導致的冷熱不均，最大程度的節能和環境保護。保證既能按需求滿足供熱，又能確保安全節能的運行，還能健全的記錄數據和存檔資料，最終實現精細化管理。

如何使用熱網監控自控設備提高水力平衡效率。

1)在供熱供暖生產過程前期，存在大量數據需要統計，如天氣溫度，熱負荷，用戶要求溫度等等，根據天氣和熱負荷的不同，對熱源要求的溫度和流量也不同。

當我們利用現有的溫度和熱負荷時，可以利用以下公式得到我們熱源大致需要的溫度。

式中：Dp,Dy——熱源出口及用戶要求的溫度;

ip,iy——熱源出口及進入用熱設備的蒸汽焓，kJ/kg;

th,tyh——熱源及用熱設備的回水焓，kJ/kg;

ηω——熱網效率，取值0.95左右;

ψ——回水率；

tb——補充水焓，kJ/kg;

Qy——用戶用熱量,kJ/h。

當得到相應的熱源出口溫度后，操作人員就需要根據用戶不同的溫度要求，對一次網水力平衡進行調節了。

2)水力平衡調節的關鍵點是流量的調節。

由于不同用戶處在的地理位置遠近，高程差異，是否為節能建筑，采暖方式等等因素的不同，對流量的需求度也是不同的，越是遠端的用戶，由于存在熱散失，所以對流量的要求相對前端就需要大一些，海拔高的用戶由于高程造成的動能損失，所以流量要求也是需要大一些，節能建筑耗能小，所以需要的流量也小，否則反之等等。在過去的供暖中，由于并沒有使用到先進的電子設備，通訊設備，所以水力平衡的調節往往需要操作員的經驗，這樣的結果往往是浪費大量的人力物力，甚至需要更大的熱源出口流量，來保證各個端口的水力盡量平衡，這樣的結果往往是耗能但效率相對比較低的。

3)當引入熱網自控設備后，我們可以將各個數據統計后錄入電腦設備，設備可以根據相應的計算公式得到一個相對接近真實值的流量，在熱力站中，二次網的溫度和壓力會通過溫度傳感器和壓力傳感器傳輸給主監控屏，之后操作員可以根據各個熱力站的要求不同進行適當的微調。

4)當前期水力平衡調節完畢后，在一定流量和溫度的前提下，根據天氣早晚的不同，設備通過采用壓力和溫度傳感器反饋的參數對二次網溫度壓力進行調節，這樣極大的減少了人力物力的投入，還能節約能源，關鍵是能高效的將水力平衡進行調節，使得熱力站達到實現無人值守、高效節能的設計目標。

4 結語

眾多項目表明采用自動控制系統設計能達到以下節能目標：

1)熱源系統的控制可實現節能15%～20%的效果。

2)管網系統采用變速泵調節等控制可實現節能20%。

3)二次網用戶設備的控制和熱量計量，可實現節能20%～30%。

4)室外溫度補償及夜間供暖設定調整，可實現節能15%～20%。

參考文獻：

[1] 趙 燕.集中供熱系統的水力平衡調節與節能措施[J].機械研究與應用，2012(5):212-213.

[2] 馮永華.供熱系統換熱站主要設備選型應注意的幾個問題[J].城市公用事業，2007(6):171-172.