热网系统中换热站的节能优化
摘 要：城市集中供热是节能、环保的重要途径，是城市现代化建设的主要基础建设之一。随着国家环境保护政策的深入落实和能源供应日趋紧张，中小型区域锅炉房集中供热方式进一步缩减，而以热电厂为热源的换热站供热系统所占比例越来越重。
关键词：集中供热，节能，换热站，循环泵
1.换热站优化：
作为集中供热系统的主要组成部分——换热站，是供热系统的重要枢纽，是解决水力平衡的关键，是供热节能的主要环节，是供热企业主要节能利润的增长点。在换热站的设计中，换热器、循环水泵、补水泵的选型是否合理，直接影响整个供热系统的运行效果。
热网系统构成
换热站相当于变电所是热源与直接用户之间的调剂站，主要由换热器、水泵、阀门、控制系统以及水处理系统组成。关于换热站的节能优化，我们可以从组成设备入手。
1)根据换热器的额定出力和系统的设计热负荷初选出换热器后，应根据初选的换热器的面积指标及供热系统实际的设计及运行参数，对其热力能力进行校核。一般换热器的出力为用户最大热负荷的120%～130%,换热器的出口压力,不应小于最高供水温度加20℃ 的相应饱和压力。
2)循环泵的选型是否合理，对整个供热系统的经济合理运行起着很重要的作用。
循环水泵流量的计算公式：
式中：
G —循环水泵流量(t/h )
T1 —循环水回水温度(℃)
T2 —循环水供水温度(℃)
Qn —设计热负荷(KW )
Cp —循环水的平均比热(KJ/kg )
循环水泵扬程的计算公式
H =(1.05～1.15)×h
H：循环泵的扬程 mH2O
h：阻力损失，mH2O，一般取3～5 mH2O
例如：在大型换热站供热系统中，循环水泵可以选择三档，流量分别为设计工况的100%，80%和60%，扬程分别为设计工况的100%，62%和36%。三种水泵分别在高、中、低三种负荷状态下运行，在循环水泵效率大致相等的情况下，三种水泵的的功率比大致为100：51：21.6，并且这三种循环水泵中相邻型号的水泵可以互为备用，这样系统运行时节能效果非常显著。
3)热网水力失调问题损失的热量比沿途的散热损失影响更大。从供热的输送效率考虑，当然希望管网的热损失越小越好。
绘制水压图可以全面地反映热网和各热用户的压力状况，并确定使其实现的技术措施。在运行中，通过热水管路的实际水压图，可以全面了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况，从而发现关键性矛盾和采取必要的技术措施，保证安全运行。
管网上任何一点的压力，1公里衰减10公斤压力(1兆帕=10公斤压力)，压头就是压差 ，机组一次侧按照10米自动压差设计，5公里管路比摩阻100帕，主管线、三通点、补水定压定压点、管径设计根据比摩阻设计流速高管径小投资小，管内流速不能超过3.5米， 支线不超过300帕，当自动压头超过4公斤需要加自制差压控制阀。
我们采用两种热网水力输送输配形式：附加阻力平衡和附加压头平衡
供热系统的节能比例
附加阻力平衡：当一级网采用质量并调时，在靠近热源端的热力站入口加装自力式压差控制器;对于二级网在楼热力入口的平衡调节，则应结合户内采暖系统型式选择。当换热站内一级网的资用压头超过40m，或者超过电动调节阀的最大关断能力时应加装自力式差压控制阀，以实现换热站的有效调节。
附加压头平衡：采用分布式变频系统来减少资用压头，尽量减少热媒输送过程中的无效电耗，保证必须的有效电耗，可以有效的节约一级网的电耗30~50%。
2.小型热力站的优越性：
热力站越愈大，一级网愈短，二级网愈长，而一级网的温差大，相对流量小，管径小，钢材消耗量少。二级网的温差小、流量大、管径大、耗钢量大。这样，热力站愈大二级网的投资愈大，管网的总投资愈高。当热力站小到一幢楼一个时，供热系统就只有一级网，所以管网的总投资比大型热力站还低。
一次网的调节，是由安装在二次网上的供水温度传感器及安装在室外的室外温度传感器通过检测二次网供水(或其它介质)的温度信号和实时室外温度信号，作为反馈信号转给中央控制器，由中央控制器输出信号控制安装在一次网上调节阀的开度，来调节一次网的流量。
二次网的调节，采用温度调节和变流量调节两种控制方式，二次网质的调节;二次网量的调节(该控制方式特别适合采暖用户是分户计量的工况);二次网质调节并量调节(这样用户的管网处于大温差小流量运行状态，达到最优节能的效果)。
综合技术比较小型热力站有以下优势
1)它的热负荷计算可以很精确，不是简单地套用热指标，有利于节能。
2)二次侧循环水泵针对每座楼房精确地选定二次循环泵的流量和水力 。
3)小型机组的压降只有20~25Kpa，从而降低了运行成本。由于泵的功率降低，它可以用低噪音，内置式变频器一体化水泵。
4)另外，因管网失水少，它可以用一次网回水补二次网，省去补水装置，减少O2的腐蚀，延长管网寿命。
3.采用热网监控系统：
3.1监控系统的组成
随着网络技术的飞速发展，各种虚拟宽带技术已经越来越成熟，在热网系统中使用热网监控系统，可以及时监测参数、了解系统工况，均匀调节流量、消除冷热不均，合理匹配工况、保证按需供热及时诊断故障、确保安全运行，健全运行档案、实现量化管理。
1)在供热供暖生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数，通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。
2)换热站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。
3)根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。
4)自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。
5)通过采用压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台补水泵无法通过
变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行补水。最终实现更加智能化的恒压补水控制。
6)对调节系统可采用手操器控制，确保进汽(水)和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。
7)该换热站监控系统共需处理12个数字量输入点、6个数字量输出点、15个模拟量输入点和3个模拟量输出点。(单板单换)
8)可使运行操作人员通过上位机中的视频窗口实时监控现场设备运行状况。
热源从冷热源厂出来经过滤器过滤、电动调节阀控制流量、到达板式换热器与二次网介质进行换热后回到热源厂;二次侧介质在循环泵的带动下经板式换热器换热后，送到用户，再从用户处回到机组换热。
按照上述设计要求，整个换热站自控系统可具有良好的自适应能力，完全可以实现无人值守、高效节能的设计目标。
3.3热网监控系统的意义
热网监控系统集成
随时监控各用户的的流量数据，通过监控总管流量和分户流量，防止管路中的偷、漏水现象。
随时监控现场仪表的运行情况。
通过数据，计量管网的管损。
通过部分节点的压力监测，监控管网的运行状况，对突发的“跑水”做出快速反应。
数据多部门共享。提高水费收取的合理性。有利于用户的信任。
通过互联网和短信，单位领导可以随时掌控系统的运行状态。
当增加热负荷时，迅速判断出管网输送能力是否足够。如何调整设备。
历史数据的分析为蒸汽网、水网、换热站的开发、设计、技术改造提供量化依据。
供热系统属于公共产品，通讯系统的建成，可对突发事件做出快速反应。提高公共应急能力。
4.结论：众多项目表明采用自动控制系统设计能达到以下节能目标：
1)热源系统的控制可实现节能15～20%的效果;
2)管网系统采用变速泵调节等控制可实现节能20%;
3)二次网用户设备的控制和热量计量，可实现节能20～30%;
4)室外温度补偿及夜间供暖设定调整，可实现节能15～20%;
参考文献：
[1] 《板式换热机组》CJ/T 191-2004
[2] 冯永华：《供热系统换热站主要设备选型应注意的几个问题》城市公用事业2007年第6期
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