熱網系統中換熱站的節能優化
摘 要：城市集中供熱是節能、環保的重要途徑，是城市現代化建設的主要基礎建設之一。隨著國家環境保護政策的深入落實和能源供應日趨緊張，中小型區域鍋爐房集中供熱方式進一步縮減，而以熱電廠為熱源的換熱站供熱系統所占比例越來越重。
關鍵詞：集中供熱，節能，換熱站，循環泵
1.換熱站優化：
作為集中供熱系統的主要組成部分——換熱站，是供熱系統的重要樞紐，是解決水力平衡的關鍵，是供熱節能的主要環節，是供熱企業主要節能利潤的增長點。在換熱站的設計中，換熱器、循環水泵、補水泵的選型是否合理，直接影響整個供熱系統的運行效果。
熱網系統構成
換熱站相當于變電所是熱源與直接用戶之間的調劑站，主要由換熱器、水泵、閥門、控制系統以及水處理系統組成。關于換熱站的節能優化，我們可以從組成設備入手。
1)根據換熱器的額定出力和系統的設計熱負荷初選出換熱器后，應根據初選的換熱器的面積指標及供熱系統實際的設計及運行參數，對其熱力能力進行校核。一般換熱器的出力為用戶最大熱負荷的120%～130%,換熱器的出口壓力,不應小于最高供水溫度加20℃ 的相應飽和壓力。
2)循環泵的選型是否合理，對整個供熱系統的經濟合理運行起著很重要的作用。
循環水泵流量的計算公式：
式中：
G —循環水泵流量(t/h )
T1 —循環水回水溫度(℃)
T2 —循環水供水溫度(℃)
Qn —設計熱負荷(KW )
Cp —循環水的平均比熱(KJ/kg )
循環水泵揚程的計算公式
H =(1.05～1.15)×h
H：循環泵的揚程 mH2O
h：阻力損失，mH2O，一般取3～5 mH2O
例如：在大型換熱站供熱系統中，循環水泵可以選擇三檔，流量分別為設計工況的100%，80%和60%，揚程分別為設計工況的100%，62%和36%。三種水泵分別在高、中、低三種負荷狀態下運行，在循環水泵效率大致相等的情況下，三種水泵的的功率比大致為100：51：21.6，并且這三種循環水泵中相鄰型號的水泵可以互為備用，這樣系統運行時節能效果非常顯著。
3)熱網水力失調問題損失的熱量比沿途的散熱損失影響更大。從供熱的輸送效率考慮，當然希望管網的熱損失越小越好。
繪制水壓圖可以全面地反映熱網和各熱用戶的壓力狀況，并確定使其實現的技術措施。在運行中，通過熱水管路的實際水壓圖，可以全面了解整個系統在調節過程中或出現故障時的壓力狀況，從而發現關鍵性矛盾和采取必要的技術措施，保證安全運行。
管網上任何一點的壓力，1公里衰減10公斤壓力(1兆帕=10公斤壓力)，壓頭就是壓差 ，機組一次側按照10米自動壓差設計，5公里管路比摩阻100帕，主管線、三通點、補水定壓定壓點、管徑設計根據比摩阻設計流速高管徑小投資小，管內流速不能超過3.5米， 支線不超過300帕，當自動壓頭超過4公斤需要加自制差壓控制閥。
我們采用兩種熱網水力輸送輸配形式：附加阻力平衡和附加壓頭平衡
供熱系統的節能比例
附加阻力平衡：當一級網采用質量并調時，在靠近熱源端的熱力站入口加裝自力式壓差控制器;對于二級網在樓熱力入口的平衡調節，則應結合戶內采暖系統型式選擇。當換熱站內一級網的資用壓頭超過40m，或者超過電動調節閥的最大關斷能力時應加裝自力式差壓控制閥，以實現換熱站的有效調節。
附加壓頭平衡：采用分布式變頻系統來減少資用壓頭，盡量減少熱媒輸送過程中的無效電耗，保證必須的有效電耗，可以有效的節約一級網的電耗30~50%。
2.小型熱力站的優越性：
熱力站越愈大，一級網愈短，二級網愈長，而一級網的溫差大，相對流量小，管徑小，鋼材消耗量少。二級網的溫差小、流量大、管徑大、耗鋼量大。這樣，熱力站愈大二級網的投資愈大，管網的總投資愈高。當熱力站小到一幢樓一個時，供熱系統就只有一級網，所以管網的總投資比大型熱力站還低。
一次網的調節，是由安裝在二次網上的供水溫度傳感器及安裝在室外的室外溫度傳感器通過檢測二次網供水(或其它介質)的溫度信號和實時室外溫度信號，作為反饋信號轉給中央控制器，由中央控制器輸出信號控制安裝在一次網上調節閥的開度，來調節一次網的流量。
二次網的調節，采用溫度調節和變流量調節兩種控制方式，二次網質的調節;二次網量的調節(該控制方式特別適合采暖用戶是分戶計量的工況);二次網質調節并量調節(這樣用戶的管網處于大溫差小流量運行狀態，達到最優節能的效果)。
綜合技術比較小型熱力站有以下優勢
1)它的熱負荷計算可以很精確，不是簡單地套用熱指標，有利于節能。
2)二次側循環水泵針對每座樓房精確地選定二次循環泵的流量和水力 。
3)小型機組的壓降只有20~25Kpa，從而降低了運行成本。由于泵的功率降低，它可以用低噪音，內置式變頻器一體化水泵。
4)另外，因管網失水少，它可以用一次網回水補二次網，省去補水裝置，減少O2的腐蝕，延長管網壽命。
3.采用熱網監控系統：
3.1監控系統的組成
隨著網絡技術的飛速發展，各種虛擬寬帶技術已經越來越成熟，在熱網系統中使用熱網監控系統，可以及時監測參數、了解系統工況，均勻調節流量、消除冷熱不均，合理匹配工況、保證按需供熱及時診斷故障、確保安全運行，健全運行檔案、實現量化管理。
1)在供熱供暖生產過程中，存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量等模擬量參數，通過PLC對這些參數進行實時采集和處理。
2)換熱站的自動控制，即實現整個進汽和供水過程的全自動控制，進行故障診斷，并在監控畫面上顯示各工況參數并控制設備運行狀態。
3)根據本地的氣候條件以及供熱對象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對應曲線。控制器可以通過這條曲線根據室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供汽流量進行控制，已達到對二次供水溫度的控制。此設計的特點在于能夠通過室外溫度對二次供水的溫度進行控制，以達到節省能源，提高供熱質量的目的。另外在控制器中增加晚間節能的設置，根據需要設置晚間供熱溫度。
4)自控系統通過加入時間日程表的控制，實現一天當中不同時刻對應不同的溫度。
5)通過采用壓力傳感器、控制器以及變頻器來實現對二次供水壓力的控制，由于控制器可編程的靈活性，可以實現變頻器的低頻限制，以避免變頻器、水泵長時間在低頻運行，從而保護電機及變頻器。當一臺補水泵無法通過
變頻補水達到所要求的壓力時，控制器可使另一臺備用泵以工頻的方式進行補水。最終實現更加智能化的恒壓補水控制。
6)對調節系統可采用手操器控制，確保進汽(水)和供水的溫度、壓力準確穩定，使換熱溫度達到用戶的要求，并對其故障實現實時報警和連鎖啟停切換控制。
7)該換熱站監控系統共需處理12個數字量輸入點、6個數字量輸出點、15個模擬量輸入點和3個模擬量輸出點。(單板單換)
8)可使運行操作人員通過上位機中的視頻窗口實時監控現場設備運行狀況。
熱源從冷熱源廠出來經過濾器過濾、電動調節閥控制流量、到達板式換熱器與二次網介質進行換熱后回到熱源廠;二次側介質在循環泵的帶動下經板式換熱器換熱后，送到用戶，再從用戶處回到機組換熱。
按照上述設計要求，整個換熱站自控系統可具有良好的自適應能力，完全可以實現無人值守、高效節能的設計目標。
3.3熱網監控系統的意義
熱網監控系統集成
隨時監控各用戶的的流量數據，通過監控總管流量和分戶流量，防止管路中的偷、漏水現象。
隨時監控現場儀表的運行情況。
通過數據，計量管網的管損。
通過部分節點的壓力監測，監控管網的運行狀況，對突發的“跑水”做出快速反應。
數據多部門共享。提高水費收取的合理性。有利于用戶的信任。
通過互聯網和短信，單位領導可以隨時掌控系統的運行狀態。
當增加熱負荷時，迅速判斷出管網輸送能力是否足夠。如何調整設備。
歷史數據的分析為蒸汽網、水網、換熱站的開發、設計、技術改造提供量化依據。
供熱系統屬于公共產品，通訊系統的建成，可對突發事件做出快速反應。提高公共應急能力。
4.結論：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] 《板式換熱機組》CJ/T 191-2004
[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》城市公用事業2007年第6期
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