高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)和技術(shù)改造

李齊

摘 要：通過某擴(kuò)建工程能源中心對(duì)熱水供熱系統(tǒng)的案例，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作原理和運(yùn)行情況介紹該供熱方式的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)應(yīng)用該系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出技術(shù)改進(jìn)方案，完善運(yùn)行調(diào)節(jié)，希望以此推動(dòng)熱水供熱系統(tǒng)在上海地區(qū)更好、更廣泛地應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱水供熱系統(tǒng)；能源中心；運(yùn)行調(diào)節(jié)；技術(shù)改造

1 前言

某擴(kuò)建工程西區(qū)能源中心作用在于為航站樓、預(yù)留指廊和南、北兩個(gè)酒店（建筑面積共47.3萬(wàn)m2）進(jìn)行供冷供熱。目前服務(wù)范圍是航站樓和南側(cè)酒店（建筑面積為38.8萬(wàn)m2），規(guī)劃熱負(fù)荷情況如表1。

上表1確定能源中心需要配備總?cè)萘?2.3 MW以上的鍋爐作為熱源，且預(yù)留擴(kuò)建場(chǎng)地考慮后期側(cè)預(yù)留指廊和酒店（合計(jì)建筑面積8.5萬(wàn)m2）的熱負(fù)荷。

2 供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理

2.1 高溫?zé)崴到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

在明確熱負(fù)荷后，設(shè)計(jì)對(duì)供熱系統(tǒng)采用蒸汽還是熱水作為輸送介質(zhì)進(jìn)行比較，從節(jié)能角度、投資效益、水資源利用等角度出發(fā)，選擇在上海地區(qū)應(yīng)用大體量高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)。能源中心設(shè)計(jì)安裝3臺(tái)11.2 MW的熱水鍋爐（兩用一備），并預(yù)留一臺(tái)鍋爐的位置，以滿足后期擴(kuò)建項(xiàng)目需要。

2.2 熱水系統(tǒng)的工作原理

高溫?zé)崴到y(tǒng)工作原理是利用熱水循環(huán)水泵將傳熱的媒介（熱水）在能源中心和候機(jī)樓之間打循環(huán)，在能源中心使用熱水鍋爐加熱獲取熱量，在候機(jī)樓使用板式熱交換器釋放熱量，通過供、回水壓差調(diào)節(jié)流量確定所需熱量的輸送。

在候機(jī)樓的8組板式熱交換器設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)需求的變化調(diào)節(jié)閥門開度，從而影響供、回水的壓差。該壓差進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率，從而改變循環(huán)水量使之與供熱的需求相匹配。

3 供熱系統(tǒng)的運(yùn)行

3.1 初步的調(diào)試和運(yùn)行

2009年12月能源中心和候機(jī)樓的基本建成，根據(jù)需要進(jìn)入試運(yùn)行階段，開始供熱。但當(dāng)時(shí)由于熱力監(jiān)控系統(tǒng)尚未完成安裝，原本自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備（包括鍋爐、循環(huán)水泵、板式熱交換器的控制閥）由于缺少控制源信號(hào)，供熱系統(tǒng)的調(diào)試工作只能依靠人工設(shè)置，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和干涉。雖然最終手動(dòng)調(diào)試成功，確保了候機(jī)樓的運(yùn)行，但這花費(fèi)了大量的人力和物力，且僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的基本運(yùn)轉(zhuǎn)，與設(shè)計(jì)理念相比較有一定差距。

3.2 全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行

2010年10月底熱力監(jiān)控系統(tǒng)安裝完畢，并逐一成功進(jìn)行了控制測(cè)試，于是整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)具備了全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行的條件。供熱系統(tǒng)于12月中旬進(jìn)入系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，完成全自動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制和自動(dòng)運(yùn)行。

在整個(gè)調(diào)試過程中，通過在技術(shù)上的創(chuàng)新和改造，對(duì)設(shè)備性能參數(shù)和控制模式的調(diào)整，先后克服回水溫度過低、循環(huán)流量不足、管網(wǎng)壓力波動(dòng)致使鍋爐跳機(jī)的問題，還克服板式熱交換器的控制閥調(diào)節(jié)過于靈敏致使管網(wǎng)控制震蕩等多個(gè)問題。在技術(shù)上和運(yùn)行管理上改善了原有系統(tǒng)，使得實(shí)際運(yùn)行控制既與設(shè)計(jì)原理相符，又緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全保障的需要，確保了高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)在機(jī)場(chǎng)的成功應(yīng)用。

3.3 實(shí)際運(yùn)行中存在的問題和改進(jìn)措施

從運(yùn)行效率看系統(tǒng)總體的節(jié)能效果還是較好的，但熱水供熱系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和及時(shí)性上存在一定的問題。

（1）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性

由于設(shè)計(jì)采用大溫差變流量的技術(shù)，板式熱交換器的調(diào)節(jié)閥是根據(jù)用熱需求（溫差）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量的，變化較快。熱水循環(huán)變頻泵是根據(jù)板式熱交換器的調(diào)節(jié)閥引起的管網(wǎng)壓差調(diào)節(jié)的，也是隨時(shí)變化的。而整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)將需要具備一定運(yùn)行條件和穩(wěn)定參數(shù)運(yùn)行的熱水鍋爐與變化的管網(wǎng)和熱交換器連成一個(gè)整體，由此產(chǎn)生一定的矛盾，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的影響。

（2）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性

由于熱水鍋爐選型、控制模式和設(shè)置的原因，只能按出水溫度110 ℃和95 ℃供熱運(yùn)行。因此，整個(gè)供熱系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)（水泵流量）是連續(xù)的，但質(zhì)調(diào)節(jié)（供水溫度）只有兩檔。這樣運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性不足，而設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)也未作針對(duì)性的修補(bǔ)，造成供熱系統(tǒng)對(duì)于低負(fù)荷的適應(yīng)能力較低。而上海地區(qū)的氣候在過渡季節(jié)對(duì)此的要求特別高，這使得系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的困難。

（3）熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的的及時(shí)性

由于熱水供熱系統(tǒng)采用高溫水作為傳熱介質(zhì)，以循環(huán)水泵作為輸送動(dòng)力，在鍋爐內(nèi)受熱，在板式換熱器中放熱，兩者之間的輸送距離較大，熱量傳遞的時(shí)效性必然受到一定影響。以目前供熱系統(tǒng)為例，鍋爐與板式換熱器之間的水量約為200 t，理論上1臺(tái)循環(huán)水泵需要滿負(fù)荷運(yùn)行1個(gè)多小時(shí)才能將鍋爐加熱后的熱水輸送到用戶的板式熱交換器，而實(shí)際上由于受用戶調(diào)節(jié)閥開度和負(fù)荷需求的影響，可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

4 供熱系統(tǒng)的技術(shù)改造

經(jīng)常發(fā)生因氣溫偏高、日照條件較好情況下候機(jī)樓的熱負(fù)荷急劇降低，甚至低于1臺(tái)熱水鍋爐的最低工作負(fù)荷，最終致使鍋爐無(wú)法正常運(yùn)行。同時(shí)由于設(shè)計(jì)負(fù)荷與實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷不一致，造成末端用戶的回水溫度較低（50 ℃左右），與鍋爐運(yùn)行要求（70 ℃左右）偏差較大且供水溫度（100 ℃左右）低于鍋爐額定溫度（110 ℃左右），對(duì)鍋爐穩(wěn)定、安全運(yùn)行帶來較嚴(yán)重的隱患，其額定供熱能力也受到限制。

對(duì)于上述問題，我們提出了技術(shù)改造方案，其原則是在保持原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上用最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的、對(duì)運(yùn)行模式影響最小的方式進(jìn)行。我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)中增加了2根連通管，將鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水；將鍋爐進(jìn)水引至供熱系統(tǒng)的供水。此外，在管路上安裝了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于控制啟閉、調(diào)節(jié)流通水量。

將部分鍋爐高溫出水引至供熱系統(tǒng)回水，能夠加熱溫度較低的回水，確保其由50 ℃左右提高到70 ℃左右滿足鍋爐正常運(yùn)行的需要。同時(shí)這一技改措施也緩解了需要穩(wěn)定運(yùn)行條件和技術(shù)參數(shù)的熱水鍋爐與變流量循環(huán)系統(tǒng)之間運(yùn)行調(diào)節(jié)的矛盾。該項(xiàng)改造于2011年運(yùn)行采暖季前完成，起到了預(yù)計(jì)效果，確保了鍋爐的穩(wěn)定、正常運(yùn)行和供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，解決了運(yùn)行調(diào)節(jié)的實(shí)際問題。

將部分鍋爐進(jìn)水引至供熱系統(tǒng)的供水，能夠降低溫度較高的供水，提高供熱管網(wǎng)的安全性。同時(shí)保證低負(fù)荷時(shí)循環(huán)系統(tǒng)有足夠保證運(yùn)行的水流量，確保整個(gè)供熱循環(huán)得以進(jìn)行，不至于因低負(fù)荷發(fā)生停止供熱的事件。此外，真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的連續(xù)性和供熱的質(zhì)調(diào)節(jié)，豐富了供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段。而且通過技改還保證了鍋爐的額定工況，即能夠以110 ℃的出水溫度運(yùn)行，改變了以往受系統(tǒng)牽制只能部分負(fù)荷運(yùn)行的情況。該項(xiàng)改造于2012年運(yùn)行采暖季前完成，起到了一舉多得的效果，解決了供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)連續(xù)性和鍋爐額定工況工作的問題。

5 經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)提高

就能源中心的高溫?zé)崴嵯到y(tǒng)，通過技術(shù)改造增設(shè)加熱管、降溫管及控制調(diào)節(jié)閥，初步完善了系統(tǒng)，消減了不斷變化的管網(wǎng)系統(tǒng)和需要穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)之間的矛盾，確保了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熱水供熱系統(tǒng)所有設(shè)備的自動(dòng)控制運(yùn)行，并在熱水供熱系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)調(diào)節(jié)。

此外，從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能角度考慮，進(jìn)一步計(jì)劃在能源中心鍋爐房預(yù)留位置上安裝1臺(tái)額定功率較小的鍋爐（5 MW左右），滿足系統(tǒng)低負(fù)荷下的運(yùn)行，進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)實(shí)際運(yùn)行需求的適應(yīng)能力，消除部分安全隱患。

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