某集總采暖系統現狀評估及節能診斷

喬磊QIAO Lei；白新奎BAI Xin-kui；鄧秦生DENG Qin-sheng；白旭BAI Xu；李恭斌LI Gong-bin；孫玉成SUN Yu-cheng

（①西安熱工研究院有限公司，西安 710054；②華能甘肅能源開發有限公司，蘭州 730071；③華能蘭州新區熱電有限公司，蘭州 730299）

0 引言

隨著近幾年伊敏河鎮的城市建設快速發展，居民對于生活品質的要求也不斷提高，其中就包括供熱質量。伊敏河鎮現已實現集中供熱面積近150 萬平方米，70%的居民戶實現了統一集中采暖和24 小時熱水供應。

對于地處嚴寒的伊敏河鎮而言，供熱安全與供熱質量是保證供暖期居民生活品質最重要的因素。為了滿足供熱負荷逐年增長的需求，并提高熱網運行安全性和經濟性，提高熱網的整體供熱能力，同時改善熱網水力工況，實現節能降耗。本文結合設備和系統的模型資料和試驗數據，對各個系統和設備的能耗進行了測算和分析。分析換熱站和管網運行狀況及能耗水平，并針對現有問題提出節能優化措施。

1 工程概況

伊敏河鎮位于內蒙古自治區東北部鄂溫克族自治旗境內，北距呼倫貝爾市海拉爾區85 公里。伊敏河鎮參照海拉爾地區供熱設計參數，根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012[1]，采暖期由當年的9 月20日至第二年的5 月10 日共232 天，冬季采暖室外計算溫度為-31.6℃，采暖期平均氣溫為-14.3℃，采暖期內室內計算溫度為18℃。

伊敏河鎮集中供熱系統承擔全部民用及部分工業建筑集中供熱任務，并承擔著居民區及部分生產區域24 小時生活熱水供應任務。按區域可分為新源區和濱河區供熱系統，采用熱源—一次熱網—換熱站—二次熱網—熱用戶的間供結構，供熱系統共有20 座換熱站，其中新源區供熱系統共有8 個換熱站，而濱河區供熱系統共有12 個換熱站，新源區和濱河區各換熱站面積如表1-表2 所示，熱源總供熱面積為151.9 萬平方米。

表1 新源區換熱站及供熱面積

表2 濱河區換熱站及供熱面積

2 工程現狀分析

2.1 熱負荷分析

建筑采暖熱負荷可依據《城鎮供熱管網設計規范》（CJJ34-2010）[2]推薦熱指標計算，如表3 和表4，由于伊敏河全年低于-31.6℃的天數超過20 天，為充分保證居民供熱質量，取表3 中推薦值上限計算。濱河區平房等老舊建筑較多，核算后綜合熱指標為101.8W/m2（含生活熱水熱指標）；新源區多為近年來新建的多層建筑，核算后綜合采暖熱指標為77W/m2（含生活熱水指標）。

表3 采暖熱指標推薦值（W/m2）

表4 居民住宅區供暖期生活熱水熱指標（W/m2）

該供熱系統年耗熱量可按下式（1）-（2）計算

式中：Qa，h—采暖全年耗熱量，GJ/a；N—采暖期天數，天；Qh—采暖設計熱負荷kW；twj—采暖室外計算溫度：℃；tn—采暖室內計算溫度，℃；tp，j—供暖室外平均溫度，℃；q—采暖熱指標，W/m2；A—采暖建筑物的建筑面積，m2。

經計算，采暖熱負荷及年耗量如表5 所示。

表5 采暖熱負荷及年耗量

2.2 熱源分析

伊敏地區集中供熱熱源為伊敏電廠供熱機組，是典型的與煤礦煤水灰緊密聯系的坑口電廠，現有裝機容量3400MW。一期工程安裝兩臺500MW 超臨界燃煤火力發電機組，分別于1998 年11 月和1999 年9 月投產發電；二期工程安裝兩臺600MW 國產亞臨界燃煤火力發電機組，于2007 年實現雙機環保項目與主體工程同步投產發電；三期工程安裝兩臺600MW 國產超臨界燃煤火力發電機組，分別于2010 年和2011 年投產發電。

伊敏電廠目前4 臺機組均為不可調整抽汽式機組，其中二期2 臺機組為不能抽汽機組。一期和三期機組擔負著伊敏地區居民及生產單位的采暖供熱任務。一期和三期機組汽輪機主要設計參數見表6。

表6 一期和三期汽輪機主要設計參數

2.3 熱網分析

伊敏河鎮集中供暖系統由熱源、換熱站及管網組成，熱源側由汽輪機組抽汽至首站完成一次網換熱，經由電廠首站熱網循環泵送至各換熱站。濱河區由一期機組供熱，新源區由三期機組抽汽供熱。一次網設計供回水溫度110/70℃，二次網設計供回水溫度70/50℃，管道設計壓力1.2MPa，采用有償直埋敷設，供熱管網圖如圖1-圖2 所示。

圖1 濱河區供熱管網圖

圖2 新源區供熱管網圖

在采暖系統中，一般情況下，主干線設計比摩阻小于70Pa/m，支線比摩阻不應大于300Pa/m。通過建模計算濱河區和新源區兩個熱力管網比摩阻絕大部分在70Pa/m以下。

熱水供熱管網介質流速不應大于3.5m/s。通過建模計算，濱河和新源區管網介質流速均在2m/s 左右，介質流速在合理范圍內。

為避免供熱管網超壓，需對最不利環路進行計算，最不利環路是指在熱水網路的各相互并聯環路中，平均比壓降最小的一個環路。一般是指距熱源最遠的環路。通過計算最不利環路壓降均滿足設計要求。

2.4 換熱站分析

伊敏河鎮集中供熱系統共有20 個換熱站，一次網熱源來水進入換熱站熱網、熱水一次側通過換熱機組換熱，二次側進用戶小區或生活熱水管。換熱站內設有換熱器、循環泵、調節閥們等。各站實際情況大同小異，采暖循環泵配置大多為2 用1 備，補水泵和熱水循環泵1 用1 備。各換熱站換熱面積如表7 所示。

表7 各換熱站換熱面積

為對換熱站的耗熱量和耗電量進行評價，采用式（3）和式（4）分別計算單位面積耗熱量和單位面積耗電量。

式中，Qy0—換熱站一次側輸入熱量，GJ；Ay—換熱站面積，m2。

式中，E—供暖期耗電量，kWh；A—換熱站面積，m2。

在《GB/T-50893-2013 供熱系統節能改造技術規范》[3]中規定嚴寒地區供暖建筑單位面積耗熱量應小于0.50 GJ/m2，耗電量應小于1.5kWh/m2，而計算結果顯示僅有6個換熱站符合兩項要求。這主要由兩個方面造成，一個方面生活熱水負荷指標偏高和供熱室內溫度普遍偏高導致耗熱量偏高，另一方面，為大流量小溫差運行導致循環泵功耗變高。

2.5 智能化運行現狀

伊敏河地區換熱站運行調節方式仍以人工手段為主，憑借運行人員的經驗模糊調節，無法實現按需供熱，也不利于熱網節能降耗。換熱站一次網、二次網的供回水管道分別布置有溫度、壓力測點、流量測點，水箱配有軟化水裝置，安裝有壓力變送器（計算液位）、軟化水補水流量計。循環泵大部分為就地軟啟動，部分采用一拖二變頻控制，補水泵大部分為一拖二變頻模式，采用恒壓力補水，但大多數站現場監控操作設備落后，仍采用按鈕式操作和數顯表監視。

2.6 診斷分析

伊敏地區換熱站總體維護情況較好，這與伊敏地區熱網的設計、運行、維護理念是分不開的，但換熱站的控制系統仍存在一些問題，具體如下：

①大部分換熱站配有先進的自控系統，配置規模也符合現代化智慧供熱的要求，但系統未充分發揮出其效果，利用率不高，僅僅起到采集傳輸運行基本數據的功能。

②一次網尚缺少自動調節設備，采用人工手調無法做到按需供熱、實時調整，且對調控效果無法得出合理判斷，易造成用戶側過熱、欠熱或冷熱不均的現象。

③監控中心缺乏天氣預報數據采集系統，不能為整個熱網的科學運行提供有效的氣象指導。

④監控軟件功能單一，系統仍處于半自動運行模式，僅僅做到了數據的可監測，運行過程中需要人工參與的調節控制點較多，缺乏先進的控制算法以及全網平衡調節模塊。

⑤水、電表計未接入控制系統，不能形成系統化的可追溯數據源，無法對節能量進行精準評估。

⑥換熱站仍采用模擬型攝像機，畫面像素質量較差，目前工業現場大多采用網絡數字型攝像機作為監控設備。

3 結論

本文對內蒙古地區伊敏河鎮集中供熱系統現狀進行分析，存在換熱站單位面積耗熱量和耗電量都偏高的現象，且換熱站二次網采暖循環水流量偏高，供回水溫差偏小。未來需對換熱站的能耗和電耗進行精準監測，對循環水泵進行節能優化，同時以軟件系統為主，同時更換或增設性能更優的硬件設備設施。