關(guān)于集中供熱系統中換熱站運行調節方式的探討

　　摘要：集中供熱的目的在于維持室內溫度適宜，使建筑物失熱與得熱始終處于平衡，因此，供熱期間隨著(zhù)室外氣候因素的改變需適時(shí)進(jìn)行調節，最大限度的節約能源。本文通過(guò)比較幾種常用的集中供熱運行調節方式，力爭找到適合換熱站運行調節的模式。

　　關(guān)鍵詞：集中供熱 運行調節 量調節 換熱站

　　一、質(zhì)調節

　　進(jìn)行質(zhì)調節時(shí)，只改變供暖系統的供水溫度，而系統循環(huán)水量保持不變。這種調節方式，網(wǎng)路水力工況穩定，運行管理簡(jiǎn)便，采用這種調節方法，通�？蛇_到預期效果。集中質(zhì)調節是目前最為廣泛采用的供熱調節方式 ，但由于在整個(gè)供暖系統中，網(wǎng)路循環(huán)水量總保持不變，消耗電能較多。

　　二、量調節

　　在供熱設計及運行中，根據室外溫度對循環(huán)水泵進(jìn)行工況調節從而滿(mǎn)足實(shí)際熱負荷的需求是一個(gè)比較重要的問(wèn)題。通過(guò)比較2種循環(huán)水泵工況調節方式，介紹水泵變頻控制的節能情況和效用分析。循環(huán)水泵運行時(shí)工況點(diǎn)的參數是由水泵性能曲線(xiàn)與管網(wǎng)性能曲線(xiàn)共同決定的。但是用戶(hù)需要的流量在采暖期中可能經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生變化。為了滿(mǎn)足這種流量變化的要求，必須進(jìn)行一定的工況調節。所用的方法從原理上講就是設法改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)或者水泵性能曲線(xiàn)。為了進(jìn)行全網(wǎng)均勻調節，在二次網(wǎng)系統中利用水泵變頻調速，達到較好的控制效果。

　　1循環(huán)水泵工況調節方法比較

　　1.1改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)

　　改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)的方法是出口節流調節，即在水泵出口安裝調節閥，通過(guò)改變調節閥的開(kāi)度來(lái)改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)，使之變陡或變緩，從而改變管路的阻力特性，改變水泵的工況點(diǎn)，進(jìn)行流量的調節。出口節流的調節方法是增加出口阻力來(lái)調節流量，是不經(jīng)濟的方法。尤其當水泵性能曲線(xiàn)較陡而且調節的流量(或者壓力)又較大時(shí)，這種調節方法的缺點(diǎn)更為突出，目前很少采用這種調節方法。對于液體管網(wǎng)，水泵的調節閥只能安裝在出口管上，這是因為吸口管上設置調節閥，增加吸人口的真空值，可能引起水泵的氣蝕。

　　1.2改變水泵性能曲線(xiàn)

　　改變水泵性能曲線(xiàn)最常用的方法是轉數調節。當水泵電機轉速改變時(shí)，其性能曲線(xiàn)也隨之改變，所以可以用這個(gè)方法來(lái)改變工況點(diǎn)，以滿(mǎn)足流量上的調節要求。因為水泵電機的功率近似正比于轉數的三次方，所以用轉速調節方法可以得到相當大的調節范圍。改變轉速調節并不引起其他附加損失，只是調節后的新工況點(diǎn)不一定是最高效率點(diǎn)，導致效率有些降低。所以從節能角度考慮，這是一種經(jīng)濟的調節方法。最常用的方法是變頻調速，即通過(guò)改變電機輸入電流頻率來(lái)改變電機的轉數。這種方法不僅調速范圍寬、效率高，而且變頻裝置體積小，便于施工安裝。

　　1.3水泵工況調節方法的對比分析

　　改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)、改變水泵性能曲線(xiàn)、調節水泵工況點(diǎn)的壓力一流量圖如圖1所示。圖1中曲線(xiàn) I為轉數n時(shí)水泵的性能曲線(xiàn)。曲線(xiàn)Ⅱ為管網(wǎng)性能曲線(xiàn)。曲線(xiàn)Ⅲ為轉數n′時(shí)泵的性能曲線(xiàn)。曲線(xiàn)Ⅳ為出口節流調節后的管網(wǎng)性能曲線(xiàn)。A點(diǎn)為設計工況點(diǎn)，轉速為n，流量為Qa�，F需把流量改變?yōu)镼′，當采用出口節流調節，關(guān)小管網(wǎng)中閥門(mén)，阻力增大，管網(wǎng)特性曲線(xiàn)變陡為曲線(xiàn)Ⅳ，工況點(diǎn)移到C點(diǎn);此時(shí)閥門(mén)關(guān)小額外增加的壓力損失為△H =Hc-Ha ，可見(jiàn)，由于增加閥門(mén)的阻力，額外增加了壓力損失，相應的多消耗了額外功率，是不經(jīng)濟的。

　　當采用轉數調節，水泵特性曲線(xiàn)下移為曲線(xiàn)Ⅲ，流量調節為Q′，由于管網(wǎng)性能曲線(xiàn)Ⅱ不變，壓頭則隨著(zhù)下降，工況點(diǎn)調節為B點(diǎn)。有相似率可知，改變水泵的轉數，可以改變水泵性能曲線(xiàn)，從而使工況點(diǎn)移動(dòng)，流量隨之改變。對于這種轉數調節方式，隨著(zhù)所需流量的改變，轉速應與流量同比例改變，壓頭與轉速的平方同比例改變，功率則與轉速的立方成比例改變。

　　分別從工況 B點(diǎn)和工況C點(diǎn)向橫軸、豎軸作垂線(xiàn)，垂線(xiàn)與橫軸、豎軸圍成的矩形面積即可直觀(guān)地反映出各工況點(diǎn)功率的大小。圖1中陰影矩形面積更是直觀(guān)地反應出改變水泵性能曲線(xiàn)比改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)多節省電機功率的情況。在節能效果方面，改變水泵性能曲線(xiàn)的方法比改變管網(wǎng)性能曲線(xiàn)要顯著(zhù)得多。因此，改變水泵性能曲線(xiàn)成為工況調節及水泵節能的主要方式。變頻調速在改變水泵性能曲線(xiàn)和 自動(dòng)控制方面優(yōu)勢更為明顯，因而應用廣泛。

　　2、進(jìn)行流量調節的幾個(gè)前提條件：

　　2.1、在供熱前期或供熱期間必須進(jìn)行系統初調節，減少水力失調度，盡量避免由于系統流量分配不均而引起的近熱遠冷現象。由系統的水壓圖可以看出近端用戶(hù)的資用壓力很大，這種現象在設計階段是不可避免的。所以必須通過(guò)有效途徑加大近端并聯(lián)用戶(hù)的阻力如調節控制閥門(mén)的開(kāi)啟度，把多余的資用壓力消耗掉才能保證系統流量按需分配，合理控制水力失調。

　　2.2、盡量減小系統運行阻力使管網(wǎng)性能曲線(xiàn)變緩，保證循環(huán)水泵出力，提高運行效率。單位長(cháng)度的沿程阻力稱(chēng)為比摩阻。一般情況下，主干線(xiàn)采取30～70Pa/m，支線(xiàn)應根據允許壓降選取，一般取60～120Pa/m，不應大于300 Pa/m。一般地用戶(hù)系統阻力2～4m，換熱站管路系統阻力8～15m水柱。減小系統最不利環(huán)路的運行阻力的途徑：

　　2.2.1使用軟化水。由于系統循環(huán)水結垢會(huì )使管壁的粗糙度增大，從而會(huì )引起系統的沿程阻力的增加。由板式換熱器的結構特點(diǎn)可以看出，它是由帶有人字形波紋的板片相互疊加而成，在板換里面形成蜂窩狀的水流通道。通道面積本來(lái)就不大，如果再出現水結垢現象不僅會(huì )影響換熱效果還會(huì )減小通道面積嚴重時(shí)甚至完全堵死，大大增加板換的運行阻力。使用軟化水可以使系統循環(huán)水呈弱堿性即 PH值大于等于10，避免系統中管道及附件和散熱器由于受酸性腐蝕而增加運行阻力。

　　2.2.2定期排污。當除污器前后壓差超過(guò)2m水柱時(shí)考慮排污。

　　2.2.3最不利環(huán)路、主干線(xiàn)和站內主閥門(mén)應全開(kāi)，盡量不用閥門(mén)去調節系統的循環(huán)流量，應通過(guò)調節變頻器的頻率改變系統的循環(huán)流量，從而減小由于閥門(mén)節流引起運行阻力的增加。

　　三、分階段變流量的質(zhì)調節

　　把整個(gè)供暖期按室外溫度的高低分成幾個(gè)階段：在室外溫度較低的階段，管網(wǎng)保持較大的流量;而在室外溫度較高的階段，管網(wǎng)保持較小的流量。在每一個(gè)階段內，網(wǎng)路均采用一種流量并保持不變，同時(shí)采用不斷改變網(wǎng)路供水溫度的質(zhì)調節，這種調節方法叫分階段變流量的質(zhì)調節。由于水泵揚程與流量的平方成正比，水泵的電功率與流量的立方成正比，在大型供暖系統中，整個(gè)采暖期可分為 3個(gè)或 3 個(gè)以上的階段。如果采用 3個(gè)階段，各個(gè)階段中循環(huán) 水泵的流量可分別為計算值的 1 0 0 %、 8 0 %和 6 0 %，揚程可分別 為 1 0 0 %、 6 4 %和 3 6 %，而循環(huán)水泵的耗電量相應為 1 0 0 %、 5 1 %和 2 2 %。這種調節方法綜合了質(zhì)調節和量調節的優(yōu)點(diǎn)，既較好地避免了水力失調，又顯著(zhù)地節省了電能。所以，它是一種公認的、比較經(jīng)濟合理的調節方法，在熱水供暖系統中得到了較多的應用。

　　換熱站設備以及庭院管網(wǎng)一般都是根據發(fā)展負荷一次性投資建設的，在實(shí)際運行過(guò)程中換熱站的實(shí)際供熱面積和建站負荷存在著(zhù)不一致現象，有的差距較大，還有一部分可能已經(jīng)超過(guò)發(fā)展面積;另一方面是換熱站設備如換熱器、水泵等都是按設計參數計算訂購的。所以在實(shí)際運行時(shí)應該根據各換熱站的實(shí)際供熱面積并結合室外溫度對循環(huán)泵的流量進(jìn)行調節，調節依據如下：

　　1、普暖用戶(hù)

　　設計供回水溫度為85—60℃，供回水溫差為25℃，循環(huán)流量為2—2.5kg/h。

　　2、地暖用戶(hù)

　　設計供回水溫度為50—40℃，供回水溫差為10℃，循環(huán)流量為5—6kg/h。

　　公司調度下達的指令是宏觀(guān)調節，我們每個(gè)換熱站應根據實(shí)際情況進(jìn)行微觀(guān)調節。對老建筑、九十年代末建筑、節能建筑在實(shí)際供熱參數上區別對待，各供熱區域應在調度指令宏觀(guān)調控下適當微調，盡量按需供熱、挖掘節能潛力。

　　判斷庭院管網(wǎng)循環(huán)流量是否合理，由于大部分換熱站未安裝流量表可參考供回水溫差，普暖用戶(hù)供回水溫差宜控制在10—15℃，地暖用戶(hù)供回水溫差宜控制在5—10℃。

　　進(jìn)行流量調節還應注意以下事項：

　　1、對水力工況差、供熱半徑大、供熱負荷分布差異較大的庭院管網(wǎng)流量調節幅度不宜太大。

　　2、庭院管網(wǎng)必須進(jìn)行水力平衡調節，在各熱力站注水試壓或試運行期間對二次網(wǎng)系統進(jìn)行水力平衡初調節;供熱運行穩定后，結合生產(chǎn)性測溫對二次網(wǎng)系統進(jìn)行水力平衡精細調節。

　　3、在水力工況較穩定的情況下調節循環(huán)流量，各用戶(hù)的流量不是成比例變化的，因此循環(huán)流量每調整一次，相應的庭院管網(wǎng)都要進(jìn)行細微的水力平衡調節。

　　4、水力平衡調節是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，不可能一次調節成功，需要我們反復摸索、調整，即使調節好了隨著(zhù)用戶(hù)負荷變化、循環(huán)流量的變化也會(huì )對其有所影響，所以我們應轉變觀(guān)念，定期調整，使有限的熱量合理分配。

　　四、質(zhì)量-流量調節

　　同時(shí)改變熱水網(wǎng)路供水溫度和流量的供熱調節方法稱(chēng)為質(zhì)量-流量調節。在供熱調節過(guò)程中不僅熱網(wǎng)的供水溫度隨熱負荷的減小而降低，同時(shí)熱網(wǎng)的循環(huán)流量也隨熱負荷的減小而減小，這樣可以大大節省熱網(wǎng)循環(huán)水泵的電能消耗。但是它對熱網(wǎng)的穩定行要求比較高，為了防止發(fā)生水力失調，進(jìn)入熱網(wǎng)的流量不能太少，通常應不小于設計流量的60%。

　　五、結論

　　由以上分析可以看出：質(zhì)調節方式雖然系統水力工況較穩定，但流量不變使水泵消耗的電能較多：量調節方式節約了水泵的電耗，但在室外溫度較高時(shí)流量很小，容易引起嚴重的熱力工況水力失調;質(zhì)量-流量調節方式即最大程度的節約了水泵電耗，又起到了調節的目的，但它對系統的自動(dòng)化程度及熱網(wǎng)穩定性要求比較高，目前還不宜采用;分階段改變流量的質(zhì)調節方式結合了以上幾種調節方式的優(yōu)點(diǎn)，結合我們現狀是可以實(shí)現的，應予以推廣。

　　參考文獻

　　1.陸耀慶主編，供熱通風(fēng)設計手冊。中國建筑工業(yè)出版社。

　　2.李善化、康慧等編著(zhù)《實(shí)用集中供熱手冊》，中國電力出版社，2006年。

　　3.石兆玉編著(zhù)《供熱系統運行調節與控制》，清華大學(xué)出版社，1994年。

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