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關于集中供熱系統(tǒng)中換熱站運行調節(jié)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，供熱期間隨著室外氣候因素的改變需適時進行調節(jié)，最大限度的節(jié)約能源。本文通過比較幾種常用的集中供熱運行調節(jié)方式，力爭找到適合換熱站運行調節(jié)的模式。
關鍵詞：集中供熱 運行調節(jié) 量調節(jié) 換熱站
一、質調節(jié)
進行質調節(jié)時，只改變供暖系統(tǒng)的供水溫度，而系統(tǒng)循環(huán)水量保持不變。這種調節(jié)方式，網路水力工況穩(wěn)定，運行管理簡便，采用這種調節(jié)方法，通�？蛇_到預期效果。集中質調節(jié)是目前最為廣泛采用的供熱調節(jié)方式 ，但由于在整個供暖系統(tǒng)中，網路循環(huán)水量總保持不變，消耗電能較多。
二、量調節(jié)
在供熱設計及運行中，根據(jù)室外溫度對循環(huán)水泵進行工況調節(jié)從而滿足實際熱負荷的需求是一個比較重要的問題。通過比較2種循環(huán)水泵工況調節(jié)方式，介紹水泵變頻控制的節(jié)能情況和效用分析。循環(huán)水泵運行時工況點的參數(shù)是由水泵性能曲線與管網性能曲線共同決定的。但是用戶需要的流量在采暖期中可能經常會產生變化。為了滿足這種流量變化的要求，必須進行一定的工況調節(jié)。所用的方法從原理上講就是設法改變管網性能曲線或者水泵性能曲線。為了進行全網均勻調節(jié)，在二次網系統(tǒng)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(jié)方法比較
1.1改變管網性能曲線
改變管網性能曲線的方法是出口節(jié)流調節(jié)，即在水泵出口安裝調節(jié)閥，通過改變調節(jié)閥的開度來改變管網性能曲線，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，進行流量的調節(jié)。出口節(jié)流的調節(jié)方法是增加出口阻力來調節(jié)流量，是不經濟的方法。尤其當水泵性能曲線較陡而且調節(jié)的流量(或者壓力)又較大時，這種調節(jié)方法的缺點更為突出，目前很少采用這種調節(jié)方法。對于液體管網，水泵的調節(jié)閥只能安裝在出口管上，這是因為吸口管上設置調節(jié)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
改變水泵性能曲線最常用的方法是轉數(shù)調節(jié)。當水泵電機轉速改變時，其性能曲線也隨之改變，所以可以用這個方法來改變工況點，以滿足流量上的調節(jié)要求。因為水泵電機的功率近似正比于轉數(shù)的三次方，所以用轉速調節(jié)方法可以得到相當大的調節(jié)范圍。改變轉速調節(jié)并不引起其他附加損失，只是調節(jié)后的新工況點不一定是最高效率點，導致效率有些降低。所以從節(jié)能角度考慮，這是一種經濟的調節(jié)方法。最常用的方法是變頻調速，即通過改變電機輸入電流頻率來改變電機的轉數(shù)。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(jié)方法的對比分析
改變管網性能曲線、改變水泵性能曲線、調節(jié)水泵工況點的壓力一流量圖如圖1所示。圖1中曲線 I為轉數(shù)n時水泵的性能曲線。曲線Ⅱ為管網性能曲線。曲線Ⅲ為轉數(shù)n′時泵的性能曲線。曲線Ⅳ為出口節(jié)流調節(jié)后的管網性能曲線。A點為設計工況點，轉速為n，流量為Qa�，F(xiàn)需把流量改變?yōu)镼′，當采用出口節(jié)流調節(jié)，關小管網中閥門，阻力增大，管網特性曲線變陡為曲線Ⅳ，工況點移到C點;此時閥門關小額外增加的壓力損失為△H =Hc-Ha ，可見，由于增加閥門的阻力，額外增加了壓力損失，相應的多消耗了額外功率，是不經濟的。
當采用轉數(shù)調節(jié)，水泵特性曲線下移為曲線Ⅲ，流量調節(jié)為Q′，由于管網性能曲線Ⅱ不變，壓頭則隨著下降，工況點調節(jié)為B點。有相似率可知，改變水泵的轉數(shù)，可以改變水泵性能曲線，從而使工況點移動，流量隨之改變。對于這種轉數(shù)調節(jié)方式，隨著所需流量的改變，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點和工況C點向橫軸、豎軸作垂線，垂線與橫軸、豎軸圍成的矩形面積即可直觀地反映出各工況點功率的大小。圖1中陰影矩形面積更是直觀地反應出改變水泵性能曲線比改變管網性能曲線多節(jié)省電機功率的情況。在節(jié)能效果方面，改變水泵性能曲線的方法比改變管網性能曲線要顯著得多。因此，改變水泵性能曲線成為工況調節(jié)及水泵節(jié)能的主要方式。變頻調速在改變水泵性能曲線和 自動控制方面優(yōu)勢更為明顯，因而應用廣泛。
2、進行流量調節(jié)的幾個前提條件：
2.1、在供熱前期或供熱期間必須進行系統(tǒng)初調節(jié)，減少水力失調度，盡量避免由于系統(tǒng)流量分配不均而引起的近熱遠冷現(xiàn)象。由系統(tǒng)的水壓圖可以看出近端用戶的資用壓力很大，這種現(xiàn)象在設計階段是不可避免的。所以必須通過有效途徑加大近端并聯(lián)用戶的阻力如調節(jié)控制閥門的開啟度，把多余的資用壓力消耗掉才能保證系統(tǒng)流量按需分配，合理控制水力失調。
2.2、盡量減小系統(tǒng)運行阻力使管網性能曲線變緩，保證循環(huán)水泵出力，提高運行效率。單位長度的沿程阻力稱為比摩阻。一般情況下，主干線采取30～70Pa/m，支線應根據(jù)允許壓降選取，一般取60～120Pa/m，不應大于300 Pa/m。一般地用戶系統(tǒng)阻力2～4m，換熱站管路系統(tǒng)阻力8～15m水柱。減小系統(tǒng)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(tǒng)循環(huán)水結垢會使管壁的粗糙度增大，從而會引起系統(tǒng)的沿程阻力的增加。由板式換熱器的結構特點可以看出，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。通道面積本來就不大，如果再出現(xiàn)水結垢現(xiàn)象不僅會影響換熱效果還會減小通道面積嚴重時甚至完全堵死，大大增加板換的運行阻力。使用軟化水可以使系統(tǒng)循環(huán)水呈弱堿性即 PH值大于等于10，避免系統(tǒng)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2m水柱時考慮排污。
2.2.3最不利環(huán)路、主干線和站內主閥門應全開，盡量不用閥門去調節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)流量，應通過調節(jié)變頻器的頻率改變系統(tǒng)的循環(huán)流量，從而減小由于閥門節(jié)流引起運行阻力的增加。
三、分階段變流量的質調節(jié)
把整個供暖期按室外溫度的高低分成幾個階段：在室外溫度較低的階段，管網保持較大的流量;而在室外溫度較高的階段，管網保持較小的流量。在每一個階段內，網路均采用一種流量并保持不變，同時采用不斷改變網路供水溫度的質調節(jié)，這種調節(jié)方法叫分階段變流量的質調節(jié)。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(tǒng)中，整個采暖期可分為 3個或 3 個以上的階段。如果采用 3個階段，各個階段中循環(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(jié)方法綜合了質調節(jié)和量調節(jié)的優(yōu)點，既較好地避免了水力失調，又顯著地節(jié)省了電能。所以，它是一種公認的、比較經濟合理的調節(jié)方法，在熱水供暖系統(tǒng)中得到了較多的應用。
換熱站設備以及庭院管網一般都是根據(jù)發(fā)展負荷一次性投資建設的，在實際運行過程中換熱站的實際供熱面積和建站負荷存在著不一致現(xiàn)象，有的差距較大，還有一部分可能已經超過發(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(shù)計算訂購的。所以在實際運行時應該根據(jù)各換熱站的實際供熱面積并結合室外溫度對循環(huán)泵的流量進行調節(jié)，調節(jié)依據(jù)如下：
1、普暖用戶
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
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調節(jié)，我們每個換熱站應根據(jù)實際情況進行微觀調節(jié)。對老建筑、九十年代末建筑、節(jié)能建筑在實際供熱參數(shù)上區(qū)別對待，各供熱區(qū)域應在調度指令宏觀調控下適當微調，盡量按需供熱、挖掘節(jié)能潛力。
判斷庭院管網循環(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，普暖用戶供回水溫差宜控制在10—15℃，地暖用戶供回水溫差宜控制在5—10℃。
進行流量調節(jié)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流量調節(jié)幅度不宜太大。
2、庭院管網必須進行水力平衡調節(jié)，在各熱力站注水試壓或試運行期間對二次網系統(tǒng)進行水力平衡初調節(jié);供熱運行穩(wěn)定后，結合生產性測溫對二次網系統(tǒng)進行水力平衡精細調節(jié)。
3、在水力工況較穩(wěn)定的情況下調節(jié)循環(huán)流量，各用戶的流量不是成比例變化的，因此循環(huán)流量每調整一次，相應的庭院管網都要進行細微的水力平衡調節(jié)。
4、水力平衡調節(jié)是一個繁瑣的過程，不可能一次調節(jié)成功，需要我們反復摸索、調整，即使調節(jié)好了隨著用戶負荷變化、循環(huán)流量的變化也會對其有所影響，所以我們應轉變觀念，定期調整，使有限的熱量合理分配。
四、質量-流量調節(jié)
同時改變熱水網路供水溫度和流量的供熱調節(jié)方法稱為質量-流量調節(jié)。在供熱調節(jié)過程中不僅熱網的供水溫度隨熱負荷的減小而降低，同時熱網的循環(huán)流量也隨熱負荷的減小而減小，這樣可以大大節(jié)省熱網循環(huán)水泵的電能消耗。但是它對熱網的穩(wěn)定行要求比較高，為了防止發(fā)生水力失調，進入熱網的流量不能太少，通常應不小于設計流量的60%。
五、結論
由以上分析可以看出：質調節(jié)方式雖然系統(tǒng)水力工況較穩(wěn)定，但流量不變使水泵消耗的電能較多：量調節(jié)方式節(jié)約了水泵的電耗，但在室外溫度較高時流量很小，容易引起嚴重的熱力工況水力失調;質量-流量調節(jié)方式即最大程度的節(jié)約了水泵電耗，又起到了調節(jié)的目的，但它對系統(tǒng)的自動化程度及熱網穩(wěn)定性要求比較高，目前還不宜采用;分階段改變流量的質調節(jié)方式結合了以上幾種調節(jié)方式的優(yōu)點，結合我們現(xiàn)狀是可以實現(xiàn)的，應予以推廣。
參考文獻
1.陸耀慶主編，供熱通風設計手冊。中國建筑工業(yè)出版社。
2.李善化、康慧等編著《實用集中供熱手冊》，中國電力出版社，2006年。
3.石兆玉編著《供熱系統(tǒng)運行調節(jié)與控制》，清華大學出版社，1994年。
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