文 _ 王赟 王妍 尹巖巖 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

按照中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保體系化要求，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“一院”）以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，注重整體性、關(guān)聯(lián)性和拓展性，深入研究動(dòng)力能源管控的最優(yōu)化措施和方法，實(shí)施動(dòng)力站房節(jié)能和信息化改造，取得了良好節(jié)能效果。

換熱站是集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分，上面承接供熱鍋爐，下面連接熱能用戶(hù)，是熱能轉(zhuǎn)換的重要樞紐，更是供熱系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一院在實(shí)施完成鍋爐“煤改氣”后，將節(jié)能重點(diǎn)放在換熱站和熱力管網(wǎng)方面，逐步實(shí)現(xiàn)從鍋爐→換熱站→熱力管網(wǎng)的供熱全系統(tǒng)、全過(guò)程的節(jié)能管控。

1 換熱站存在的問(wèn)題

換熱站因設(shè)計(jì)年代久、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、熱能負(fù)荷變化大等原因，主要存在以下問(wèn)題。

1.1 原換熱站設(shè)計(jì)規(guī)劃趨于不合理

換熱站因設(shè)計(jì)年代較早，未區(qū)分供熱用戶(hù)性質(zhì)，造成供熱峰谷負(fù)荷變化大，進(jìn)一步造成熱能轉(zhuǎn)換效率降低。同時(shí)因時(shí)代限制，原換熱站主要設(shè)備選型、變頻技術(shù)和自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)已不能滿(mǎn)足當(dāng)前供熱換熱的實(shí)際需求。

1.2 換熱站供熱負(fù)荷的不匹配性

隨著供熱用戶(hù)的不斷增加，原換熱站的容量已不能滿(mǎn)足新增負(fù)荷的容量需求，甚至出現(xiàn)超標(biāo)供熱。加劇供熱與用熱負(fù)荷間的不匹配，造成換熱器阻力損耗加大。同時(shí)，水泵和管網(wǎng)不匹配、管網(wǎng)保溫不達(dá)標(biāo)，造成熱量損失過(guò)大，產(chǎn)生換熱效率低等問(wèn)題。

1.3 換熱站自動(dòng)化程度不高

換熱站因設(shè)計(jì)年代比較久，未考慮自動(dòng)化和變頻管控等措施。缺少自動(dòng)化變頻調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，僅依靠運(yùn)行值班人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，易造成供熱流量不平衡和超標(biāo)供熱等問(wèn)題。人工運(yùn)維成本居高不下。

2 換熱站節(jié)能一體化改造方案

針對(duì)換熱站存在的主要問(wèn)題，我們制定了一體化節(jié)能改造方案。重點(diǎn)從分區(qū)設(shè)計(jì)、供熱負(fù)荷匹配、變頻化改造、自動(dòng)化控制和管網(wǎng)更新等五個(gè)方面組織實(shí)施。

根據(jù)供熱用戶(hù)性質(zhì)不同，針對(duì)科研生產(chǎn)和居民生活供熱負(fù)荷的不同情況進(jìn)行換熱系統(tǒng)分區(qū)獨(dú)立設(shè)計(jì)。其中，科研生產(chǎn)白天負(fù)荷量高、夜間負(fù)荷量低；而生活負(fù)荷則恰恰相反。利用熱能峰谷差進(jìn)行熱量供給互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)熱量供需平衡。

根據(jù)新增用熱負(fù)荷，增加換熱站總換熱能力，采用節(jié)能型變頻循環(huán)水泵、換熱器等設(shè)備設(shè)施。采用低壓供電系統(tǒng)替代高壓供電，利用成熟的低壓變頻技術(shù)對(duì)原高壓電機(jī)進(jìn)行改造，將二次水循環(huán)泵供電電壓由高壓（6kV）改造為低壓（380V），在滿(mǎn)足使用的條件下，低壓變頻電機(jī)具有啟停靈活、對(duì)電路干擾小和節(jié)電等優(yōu)勢(shì)。

在換熱站內(nèi)加入信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其具備對(duì)溫度、壓力、流量的實(shí)時(shí)采集、分析和報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)供暖溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)、負(fù)荷的分時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)和水泵遠(yuǎn)程控制。改造局部熱力管道和管溝，修復(fù)室外管線(xiàn)的外保溫層，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的合理布局。

通過(guò)制定上述改造方案，統(tǒng)籌換熱站更新改造的全部?jī)?nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)換熱站的一體化節(jié)能改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)換熱站節(jié)能化、自動(dòng)化和信息化。

3 實(shí)例分析

一院2號(hào)換熱站始建于2001年，承擔(dān)著部分科研生產(chǎn)和居民生活等兩部分的供暖任務(wù)，總供暖負(fù)荷40MW。該換熱站有3臺(tái)流量1260m3/h、揚(yáng)程46m的循環(huán)水泵，2用1備；有6臺(tái)板式換熱器，總換熱能力42MW，已接近滿(mǎn)負(fù)荷。

隨著負(fù)荷增加和供暖技術(shù)的發(fā)展，該換熱站供暖區(qū)域和供暖面積過(guò)大、自動(dòng)化程度較低等問(wèn)題日益凸顯，需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)化改造升級(jí)，并提升自動(dòng)化水平。

我們以一體化改造方案為指導(dǎo)，綜合考慮分區(qū)設(shè)計(jì)的需求，在2號(hào)換熱站原址內(nèi)新建2個(gè)供暖系統(tǒng)，分別承擔(dān)科研區(qū)和生活區(qū)的供暖任務(wù)。其中，科研分系統(tǒng)，二次水按16℃溫差計(jì)算，選用3臺(tái)720m3/h、揚(yáng)程37m的循環(huán)水泵，2用1備，水泵功率90kW。生活分系統(tǒng)，二次水按16℃溫差計(jì)算，選用3臺(tái)720m3/h、揚(yáng)程43m的循環(huán)水泵，2用1備，水泵功率110kW。2個(gè)系統(tǒng)分別采用3組換熱器160m2的水水換熱器，并實(shí)施1.0MPa水壓試驗(yàn)。

新建低壓供電系統(tǒng)，將二次水循環(huán)泵供電電壓由6kV降低為380V，采用低壓變頻循環(huán)水泵替代原高壓循環(huán)泵。分別建設(shè)科研區(qū)自控系統(tǒng)和生活區(qū)自控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。采用水泵變頻控制柜、系統(tǒng)PLC柜、遠(yuǎn)傳式儀表等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量的實(shí)時(shí)采集、分析和報(bào)警功能，具備將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至燃?xì)忮仩t房總監(jiān)控系統(tǒng)的能力。新安裝科研區(qū)和生活區(qū)總供回水管道至2號(hào)換熱站站內(nèi)的管道，改造局部熱力管道、地溝和井。

通過(guò)以上改造，實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)科研區(qū)與生活區(qū)分區(qū)供暖，實(shí)現(xiàn)二次水供水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，具備了自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控能力和無(wú)人值守能力，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性大幅提升。

4 效果評(píng)價(jià)

以一個(gè)采暖季為考核期，2號(hào)換熱站實(shí)現(xiàn)科研區(qū)和生活區(qū)分區(qū)供暖后，通過(guò)優(yōu)化管網(wǎng)壓力和低負(fù)荷時(shí)段分區(qū)分時(shí)調(diào)節(jié)供水溫度，系統(tǒng)總補(bǔ)水量由25m3/h降低到15m3/h，節(jié)約軟化水3萬(wàn)t/a。采用氣候補(bǔ)償技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)科研區(qū)分時(shí)段供暖，節(jié)省天然氣30萬(wàn)m3/年。采用低壓供電和變頻技術(shù)后，節(jié)電率達(dá)到30%以上，節(jié)電25萬(wàn)kWh/a。綜合節(jié)省能源費(fèi)用約180萬(wàn)元/a，節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，依靠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了換熱站無(wú)人值守，每年可節(jié)省人工成本36萬(wàn)元。

5 結(jié)論

以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，從供熱系統(tǒng)整體考慮，通過(guò)對(duì)換熱站分系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。制定換熱站一體化的改造方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)供熱的合理優(yōu)化配置。通過(guò)局部的最優(yōu)化改造實(shí)現(xiàn)供暖系統(tǒng)整體的最大化效果，取得良好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王偉.換熱站循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能增效[J].應(yīng)用能源技術(shù).2010(08).

[2]新疆奎屯供熱分公司.換熱站節(jié)能措施[J].電力設(shè)備.2016(05).