集中供熱運行調(diào)節(jié)

陳 鵬

對集中供熱而言,由于一次網(wǎng)供熱管線距離較長,熱負荷及循環(huán)流量大,造成在線路上沿程及局部阻力損失較大,當實際運行負荷達到設(shè)計負荷時,使管線末端熱力站的一次管網(wǎng)水流速度緩慢,熱力站的資用壓頭不足,甚至局部靜止,造成管網(wǎng)的整體水力失衡。因此在運行初期和運行過程中需要對管網(wǎng)進行整體的調(diào)節(jié),達到安全合理和高效的運行。

熱力管網(wǎng)運行調(diào)節(jié)分初調(diào)節(jié)和運行調(diào)節(jié)。初調(diào)節(jié)是指在供熱前或供熱初期進行的將各熱力站的流量調(diào)配至實際負荷所需要的流量的過程,解決運行初期水平失調(diào),即初調(diào)節(jié)是對流量的調(diào)節(jié)。根據(jù)水力計算結(jié)果和往年運行經(jīng)驗,通過自動控制系統(tǒng)和手動操作達到供熱初期調(diào)節(jié)的平衡。對一次管網(wǎng)來說,近端熱力站由于距離熱源較近,總的沿程和局部阻力小,供、回水資用壓頭較大,需要關(guān)小閥門,減小壓差,降低流量,使實際一次管網(wǎng)水循環(huán)流量等于計算流量。對一次管網(wǎng)的調(diào)整采用由近端到遠端,由主線到支線的方法。在運行初期由于負荷的變化及新熱力站的投運,初調(diào)節(jié)需要反復(fù)進行,直至系統(tǒng)負荷穩(wěn)定。在初調(diào)節(jié)完成后,當室外溫度發(fā)生變化時,需要通過運行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。運行調(diào)節(jié)是指在熱源處進行的隨室外溫度的變化進行的溫度和流量的調(diào)節(jié),即運行調(diào)節(jié)是對熱量的調(diào)節(jié)。運行調(diào)節(jié)按調(diào)節(jié)方式又可以分為質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)和間歇調(diào)節(jié)。隨著室外溫度的變化,根據(jù)總的熱負荷及流量的情況計算的結(jié)果,相應(yīng)的調(diào)整供水溫度、變化循環(huán)流量或是當室外最低溫度低于某一值或者根據(jù)當?shù)貙嶋H的經(jīng)驗氣象數(shù)據(jù)到達嚴寒狀況時,需要增大供水流量然后再通過調(diào)節(jié)供水溫度進行調(diào)節(jié)(即分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié))及改變每天的供熱小時數(shù)來實現(xiàn)調(diào)節(jié)目標。對于大型集中供熱而言,由于一次管網(wǎng)距離遠,從熱源到熱用戶循環(huán)時間長,調(diào)節(jié)時效差,以及頻繁改變流量造成的水力工況變化,因此一般不采用間歇調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)方式運行。當運行流量沒有變化時,水力工況不會發(fā)生變化。流量增加后,會使沿程和局部阻力增大,原先在小流量大溫差方式下運行正常的末端熱力站出現(xiàn)資用壓頭不足,二次側(cè)供、回水溫度逐漸降低,此時可采取以下幾種方式進行調(diào)節(jié):1)啟動中繼泵;2)啟動末端資用壓頭不足熱力站的一次側(cè)回水加壓泵;3)配合啟動中繼泵同時啟動末端熱力站的回水加壓泵;以上幾種方法都是從增加負阻力方面進行調(diào)節(jié)。對于這幾種運行方式,第一種方法在啟動中繼泵站后,全網(wǎng)各站的資用壓頭均得到提升,管網(wǎng)的壓力有所下降,但弊端是對于前段和資用壓頭可以滿足的熱力站來說需要通過站內(nèi)截流來實現(xiàn)全網(wǎng)平衡運行,增加了不必要的損失,同時由于中繼泵站和電廠主循環(huán)泵串聯(lián)運行,也增加了運行費用,加大了安全運行的風(fēng)險;第二種方法的問題在于最末端資用壓頭不足的熱力站在啟動一次側(cè)回水加壓泵后,使次末端熱力站的一次側(cè)流量減少,資用壓頭降低,造成次末端的熱力站也需要通過啟動回水加壓泵來實現(xiàn)正常運行,進而使需要安裝一次側(cè)回水加壓泵的熱力站逐年增多。

以太原市熱力公司第二供暖分公司運行為例,熱源為大唐太原第二熱電廠,采用間接方式供熱,一次網(wǎng)調(diào)節(jié)方式為分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。通過兩條主干線提供熱源,兩條主干線在市區(qū)北大街和旱西關(guān)街連通,四、五期主干線全長12.8 km,六期主干線全長10.6 km,根據(jù)往年的運行經(jīng)驗,最不利環(huán)路是澗河路末端的2265熱力站。在投運六期管網(wǎng)之前,運行熱負荷達到設(shè)計負荷,運行初期采用設(shè)計流量6 100 t/h運行。先進行初調(diào)節(jié),前端的熱力站通過關(guān)小站內(nèi)一次網(wǎng)供水側(cè)閘閥、蝶閥以及一次網(wǎng)回水上的電動調(diào)節(jié)閥,使資用壓頭達到設(shè)計的10 m,實際調(diào)節(jié)時供、回水進站球閥不可參加調(diào)節(jié)。隨著運行距離的增加,各熱力站調(diào)節(jié)閥門開度不斷增大,至2265熱力站,一次網(wǎng)站內(nèi)所有閥門均保持大開,這時可以滿足10 m的資用壓頭的要求。判斷平衡最直觀的方法是各熱力站二次網(wǎng)回水溫度是否一致,根據(jù)自控系統(tǒng)計算結(jié)果,各站回水溫度盡量控制在平均回水溫度±1℃之內(nèi)。在初寒期,采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式運行,即根據(jù)事先計算好的數(shù)值,隨著室外溫度的變化,及時聯(lián)系電廠進行相應(yīng)調(diào)整,進入嚴寒期后,必須啟動中繼泵,這時一次網(wǎng)運行流量從運行初期的6 100 t/h提高至6 880 t/h,一次網(wǎng)的運行壓力略有降低,隨著流量的增加末端的2265熱力站資用壓頭不足,水力計算的結(jié)果最高達到-50 m,需啟動站內(nèi)的一次網(wǎng)回水加壓泵,才能滿足運行條件,中繼泵運行后,末端澗河路、建設(shè)路熱力站啟動回水加壓泵后,造成次末端的北大街2240,2241熱力站流量降低,形成搶水現(xiàn)象。六期主干線投運后,與四、五期主干線并聯(lián)運行,在市區(qū)的北大街支干線和旱西關(guān)街支干線連通,初寒期的循環(huán)流量為8 000 t/h,嚴寒期增加9 500 t/h～10 000 t/h,熱源的增加和運行流量的提高,環(huán)狀管網(wǎng)的形成,管網(wǎng)運行壓力下降,在嚴寒期不需要啟動中繼泵便可實現(xiàn)穩(wěn)定運行,末端熱力站在嚴寒期雖然還需要啟動回水加壓泵,但實際運行的水力工況有了明顯好轉(zhuǎn)。

在運行調(diào)節(jié)過程中需注意以下幾個問題:1)自控系統(tǒng)在初調(diào)節(jié)和平均溫度的計算方面起到非常重要的作用,由于初期熱力站較少、擴網(wǎng)后通訊不能及時完成和通訊線路等原因,現(xiàn)在可實現(xiàn)集中控制的熱力站數(shù)量只有一半左右,大大降低了集中調(diào)控的效果,需要盡量完善,才能發(fā)揮出效果。2)末端熱力站一次網(wǎng)回水上的加壓泵設(shè)計為工頻運行,在實際運行過程中,當啟動回水加壓泵時,存在搶水現(xiàn)象,需要臨近次末端的原先資用壓頭滿足的熱力站也啟動回水加壓泵,如果回水加壓泵采用變頻控制,末端部分的運行工況將有明顯改善。3)設(shè)計熱負荷為64 W/m2,太原市是按照-12℃的室外平均溫度進行設(shè)計的,隨著設(shè)備和技術(shù)的革新以及現(xiàn)代建筑對節(jié)能投入的增加,在運行過程中實際的熱負荷要遠小于設(shè)計熱負荷,在實際運行中依據(jù)50 W/m2進行計算調(diào)整,實際的單位面積熱負荷更低。功率比等于流量比的三次方,當流量適當減小時,功率就會有較大的變化,當室外平均溫度較高時適當降低一次網(wǎng)循環(huán)流量,可改善水力工況,也可降低電耗。4)質(zhì)調(diào)節(jié)的過程就是熱源溫度調(diào)整,熱源受煤質(zhì)及設(shè)備故障等原因在正常運行過程中可能出現(xiàn)供水溫度的大幅度波動,在嚴寒期一次網(wǎng)供水溫度波動最高可達20℃左右,前端熱力站為維持正常溫度而調(diào)大一次網(wǎng)閥門開度,造成水力不平衡,給全網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)造成很大的困難,在運行中需要加強管理,嚴格控制自行調(diào)節(jié)。5)北大街支干線和旱西關(guān)支干線通過三墻路支線連接后通過水力計算發(fā)現(xiàn)旱西關(guān)可向北大街提供流量,同時末端的水力工況有所改善,證明環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)比支狀網(wǎng)絡(luò)可以改善水力工況。6)北大街支干線總的熱負荷過大,高于其他線路,負荷分配不合理,也是造成水力失調(diào)的原因,在六期管網(wǎng)投運后,末端熱力站的運行工況有了很大提高。

造成水力失調(diào)的原因是多方面的,與設(shè)計和實際運行及后續(xù)熱負荷的增加都有直接關(guān)系。在設(shè)計過程中要充分考慮各條線路負荷的基本一致,實際運行中要充分注意各種問題。不同管網(wǎng)可能出現(xiàn)的情況不同,運行中需要根據(jù)實際情況采取不同的方式進行調(diào)節(jié)。

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