采暖熱力站運行調試與節能改造

文 / 張永寧 薛志峰 郭慶娜 北京唯綠建筑節能科技有限公司

北京市朝陽區某熱力站點，供暖總建筑面積為32158m2，采用換熱器廠生產的2組換熱面積40m2的板換，生活熱水系統采用容積式熱交換器。一次側沒有進行氣候補償控制。采暖循環水泵采用屏蔽泵，流量100m3/h，揚程30m，功率15kW，沒有進行變頻控制。計量設備已安裝了熱量總表、照明電表、動力電表、采暖補水水表和生活熱水水表。

2010年11月15日至2011年3月15日的能耗及費用如表1所示。其中,94%為熱費，5.8%為電費，其余為水費。折成標準煤，97.2%為熱耗，2.8%為電耗，其余為水耗。

表1

熱力消耗包括生活熱水和采暖兩種用途，改造前生活熱水支路未安裝分熱表，根據實際測試經驗值0.23GJ/t進行拆分，結果顯示采暖熱耗比重為98%，其余2%為生活熱水熱耗。采暖熱耗為11546GJ，折合到單耗為0.36GJ/m2，標準煤耗14.7kg/m2。參照當時節能50%的標準，2002年建筑的熱耗為12.4kg/m2，節熱空間約15%～20%。

1 現場測試與節能診斷

現場測試包括二次管網的水力平衡測試、熱力站內一次側和二次供回水溫度測試，水泵流量和效率測試等，分析運行數據進行節能診斷，設計節能改造的技術方案。

1.1 二次管網水力平衡調試

供熱系統普遍都存在著水力不平衡問題，這種情況表現在靠近換熱站的用戶流量過大，室溫過高；遠離熱源的用戶流量不足，室溫過低。“近熱遠冷”的現象比較嚴重。熱力站運行人員很少調節二次管溝的平衡閥門，對于供熱不足的不利支路，往往以提高供熱溫度和增大供回水流量的手段解決。供暖系統的水力不平衡是造成供暖系統能量浪費的主要原因之一，實現供暖系統的水力平衡是實現冬季建筑供暖系統節能的必要條件。

根據熱力站的水路布局（圖1）與供回水溫差監測數據（圖2）顯示，4#的供回水溫差低于總供回水溫差，甲3#和3#溫差高于總供回水溫度，尤其是甲3#溫差偏大。經過水力平衡調試，水力不平衡現象得到減緩。

圖1 供暖水力位置分布圖

如圖2所示，各個建筑回水溫度參差不齊，其中回溫最高為4#樓52.1℃，回溫最低為甲3#樓45.3℃。各建筑供回水溫差在5.6～12.4℃不等，說明該二次網系統存在較大的不平衡率，有較大的調節空間。測量各個回路溫度，采用溫差調節法對該二次網進行水力平衡調節，調節完一次后，對各個回路溫度再進行測量，調節前后各個支路的回水溫度值趨于平均，熱不平衡現象得到一定好轉。

1.2 水泵測試與節能診斷

由于水泵沒有進行變頻，監測期間供回水溫差5～10℃范圍內波動，不同室外氣溫下的二次供水溫度毫無規律可循。

通過測試，實際運行揚程31m，流量達到144m3/h，二次循環水泵的效率達到67%。水泵效率處于中等偏下水平。經過經濟性測算，更換水泵的投資回收期較長，因此僅做變頻改造。

1.3 氣候補償可行性分析

目前熱力站一次側供水溫度和壓力由大熱網統一調節，供水溫度和供水壓力隨著室外溫度有一定的波動，但調節幅度較小。熱力站一次回水和二次側全部由運行人員根據經驗調節，人工控制不及時且沒有準確的目標值。同一室外氣溫下，一次回水溫度的隨機波動幅度較大，沒有隨著室外氣溫進行調控，浪費了大量的熱量。

因此需要安裝氣候補償控制柜，根據室外氣溫計算熱負荷后進行補償調節控制一次回水和二次供回水溫度，實現供熱系統的氣候補償，預計節能率為21%。

2 節能改造實施方案

2.1 完善熱計量

熱力站的熱計量設施不完善，生活熱水供熱和采暖供熱共用一臺熱量表，根據現場情況，設計并安裝了采暖供熱計量分表。流量傳感器安裝在一次側回水處，在一次側供水和回水安裝了溫度傳感器，通過積分儀計算出熱量消耗。

2.2 水泵變頻控制

采用15kW的變頻器，對循環水泵進行變頻。隨著室外氣溫升高，住戶的熱需求變小，制定變頻策略。依據整個冬季的測試數據，預計每個采暖季通過變頻可節約水泵電耗8446kWh。

2.3 氣候補償控制調節

圖2 各回路的供回水溫差監測

氣候補償系統根據室外溫度和風力狀況、負荷模擬預測結果以及用戶反饋綜合判斷確定用戶的熱需求，從而實現按需供熱。該系統包含下述控制策略：

（1）16個室外氣溫補償點，實現了氣候補償的平滑調節，避免溫度驟然變動。

（2）室外氣溫參照可采用實時數據、10分鐘平均值、小時平均值或天平均值。由于市政大熱網不穩定，采用一段時間的平均值可減緩室外氣溫隨機波動對供熱穩定性的負面影響。

（3）水泵變頻溫度按照室外氣溫設置，僅在供暖初期和末期低頻率運行，節省部分電耗。

（4）設置了大風降溫預警模式。

采取氣候補償后，根據二次供水溫度監測數據顯示，室外氣溫-5℃以下和15℃以上氣候補償控制比較準確；其次為12℃～15℃氣候補償控制效果一般；-5℃～12℃范圍內氣候補償較差。正負偏差最高達到9℃，還需要進一步細化控制邏輯。

氣候補償后一次回溫監測數據顯示，室外氣溫-13℃以下和4℃以上氣候補償控制比較準確，其次為-12℃～-5℃氣候補償控制效果一般。由于二次換熱量的減少致使一次回水溫度也相應變化，理論計算氣候補償可節省20%的供熱量。

2.4 系統運行遠程監測

采用GPRS通訊技術，將熱力現場智能監控柜中的數據（包括一次側供、回水溫度，二次側供、回水溫度，室外溫度，旁通閥門開度，瞬時熱量，累計熱量，瞬時電耗及累計電耗等）遠程傳輸到中央服務器，實現遠程監控。倘若監控中出現的異常情況及高能耗情況，技術人員和運行人員進入熱力站現場，做出故障判定并解決問題，從而做到精細化管理節能。

3 節能減排效果分析

由于水泵變頻改造未完成使用，因此目前僅實現了節約熱量。

節能效益以2010年11月15日至2011年3月15日的采暖熱耗為基準，考慮氣象溫度后，折算成標準年的采暖熱耗，標準年氣溫為零下0.6℃。

2011～2012年運行節能率為10%，2012～2013年運行節能率為23%(見表2)。

表2

該熱力站實施節能改造后，熱耗節能率達23%，節省2567GJ熱量，相當于103t標準煤，減排CO2264t，SO2、粉塵和NOx等大氣污染物的排放也顯著降低。