雷東

【摘 要】城市發(fā)展建設(shè)日新月異，大量新增的供熱面積需要配套建設(shè)更多的熱源來(lái)保障，日益嚴(yán)峻的環(huán)境治理要求制約著集中供熱熱源的發(fā)展建設(shè)。為兼顧環(huán)境保護(hù)和解決供熱需求，近年來(lái)，長(zhǎng)輸管網(wǎng)超大型集中供熱工程的建設(shè)，為城市集中供熱發(fā)展提供了新的解決方案。本文就針對(duì)城市集中供暖中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】集中供暖;節(jié)能技術(shù);應(yīng)用

當(dāng)前在供熱系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)能措施已經(jīng)成為了供熱管理部門(mén)工作環(huán)節(jié)的重中之重，在供熱工作領(lǐng)域具有極為重要的作用。不過(guò)，現(xiàn)在我國(guó)的供熱系統(tǒng)中能源消耗仍較為嚴(yán)重，這與國(guó)家提倡的綠色節(jié)能發(fā)展不相符合，也不能很好地適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展需求。因此，相關(guān)部門(mén)和工作者應(yīng)制定出可行性高且有效的節(jié)能措施，促使供熱系統(tǒng)的正常有序和穩(wěn)定運(yùn)行，從而有效實(shí)現(xiàn)資源能源的優(yōu)化配置，并最大限度發(fā)揮其利用率，更好地順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

1存在的問(wèn)題

1.1 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理造成水力失調(diào)

超大型集中供熱系統(tǒng)中繼能源站處于熱網(wǎng)邊界，位置遠(yuǎn)離熱網(wǎng)負(fù)荷中心，熱網(wǎng)是根據(jù)熱源項(xiàng)目的調(diào)整，由多個(gè)小型熱網(wǎng)逐步連接成大網(wǎng)的，部分管網(wǎng)尚未按需匹配各區(qū)域熱負(fù)荷。我單位沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)熱電項(xiàng)目服務(wù)范圍約900km2，熱用戶分布范圍廣，熱網(wǎng)涵蓋沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區(qū)一期二期，區(qū)域內(nèi)工廠林立密集、熱負(fù)荷集中且離熱源較遠(yuǎn)，其中管線部分老化，輸配管路熱源損失較多，形成熱網(wǎng)輸送瓶頸，管網(wǎng)輸送能力相對(duì)不足，從客觀條件上限制了水力工況改善條件，加大了調(diào)節(jié)難度，區(qū)域內(nèi)整體性出現(xiàn)資用壓差不足的情況，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的水力平衡狀態(tài)較為困難。

1.2 水力失衡問(wèn)題引起的熱力失調(diào)

因?yàn)楣峁苈犯鞫瘟髁?、壓力不同，將?huì)產(chǎn)生用戶室內(nèi)供熱不均問(wèn)題。究其原因在于以下幾點(diǎn)。第一，管網(wǎng)作用壓力存在差異，將會(huì)產(chǎn)生水力失調(diào)問(wèn)題，從而出現(xiàn)熱力失調(diào)現(xiàn)象。第二，用戶量增加，供熱需求隨之加大，管網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，供熱系統(tǒng)管道布設(shè)面積日益增大，當(dāng)管網(wǎng)流量控制調(diào)節(jié)不到位時(shí)，很難達(dá)到水力平衡條件，從而產(chǎn)生熱力失調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)水力失調(diào)現(xiàn)象，不僅會(huì)導(dǎo)致用戶室內(nèi)冷熱不均，還會(huì)造成嚴(yán)重的能源損失。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在總供熱量中，因冷熱不均造成的能源損失高達(dá)20%左右。

1.3 自控系統(tǒng)不匹配

管網(wǎng)由十個(gè)供熱單位的子網(wǎng)組成，各子網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，自控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，數(shù)據(jù)互通及系統(tǒng)遠(yuǎn)程統(tǒng)一操作實(shí)現(xiàn)難度大，不利于水力工況的實(shí)時(shí)比對(duì)及統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)整，導(dǎo)致區(qū)域性的失衡和流量調(diào)整動(dòng)作緩慢，管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)不能與熱負(fù)荷需求及時(shí)進(jìn)行合理匹配，直接或間接浪費(fèi)了能源和影響了供熱質(zhì)量。

2 城市集中供暖中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 全面水力系統(tǒng)平衡的優(yōu)化方案

全面水力系統(tǒng)平衡是一項(xiàng)綜合性的優(yōu)化方案，其實(shí)施的主要依據(jù)在于，任何一項(xiàng)系統(tǒng)都會(huì)有靜態(tài)水力失調(diào)與動(dòng)態(tài)水力失調(diào)同時(shí)存在的狀況，而僅僅只解決其中一項(xiàng)并不能解決兩大方面問(wèn)題。所以，全面水力平衡這個(gè)優(yōu)化方案是通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩類同步進(jìn)行調(diào)節(jié)的，進(jìn)而保證整個(gè)供熱系統(tǒng)的水力得到平衡。該方案可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜化的供熱系統(tǒng)中的水力平衡調(diào)節(jié)工作，同時(shí)還能從基礎(chǔ)和根本上來(lái)解決好靜態(tài)和動(dòng)態(tài)失調(diào)的兩大問(wèn)題，總體來(lái)說(shuō)，它能最大限度地節(jié)約能源資源的消耗。然而由于這種解決方案投入較大、施工難度偏高，所以適用范圍相對(duì)有限。除此之外，還可以通過(guò)附加阻力的方式來(lái)消除供熱用戶的富余壓頭，使得富余壓頭可以得到較好的調(diào)節(jié)，進(jìn)而更為有效地解決水力失調(diào)這一問(wèn)題。此技術(shù)也可以在一定程度上減少熱量浪費(fèi)，有一定的節(jié)能效果。

2.2 相變儲(chǔ)熱技術(shù)

儲(chǔ)熱技術(shù)包括兩個(gè)方面的要素，其一是熱能的轉(zhuǎn)化，它既包括熱能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，也包括熱能在不同物質(zhì)載體之間的傳遞;其二是熱能的儲(chǔ)存，即熱能在物質(zhì)載體上的存在狀態(tài)，理論上表現(xiàn)為其熱力學(xué)特征，現(xiàn)在廣泛采用的儲(chǔ)熱方式主要有三種，包括顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱（也稱相變儲(chǔ)熱）和熱化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱。相變材料按物理狀態(tài)可分為固液相變和固固相變，其過(guò)程完全可逆，又以固液相變的應(yīng)用更多，具體可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和復(fù)合相變材料;按溫度來(lái)分可以分低溫、中溫和高溫材料，常把相變溫度為120℃和400℃作為低、中、高溫相變儲(chǔ)熱材料的溫度節(jié)點(diǎn)。相變材料在相變過(guò)程中可吸收或釋放大量的熱，其主要吸放熱量來(lái)自相變潛熱，而供熱系統(tǒng)多采用低溫相變材料，使用較多的為醋酸鈉、磷酸鹽等，這類材料的優(yōu)點(diǎn)是：熔解熱大、導(dǎo)熱系數(shù)高，相變體積小，價(jià)格便宜。相變儲(chǔ)熱材料具有能量密度高且釋熱過(guò)程穩(wěn)定等特點(diǎn)，成為了儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向。因?yàn)橄嘧儾牧系臏囟仍诓粩嗌哌^(guò)程中，當(dāng)達(dá)到相變點(diǎn)其物理狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)有大量的相變潛熱被釋放或者吸收，其溫度在相變結(jié)束前幾乎不發(fā)生改變，與常規(guī)供熱方式有一定的銜接契合點(diǎn)。隨著供熱設(shè)施老舊導(dǎo)致故障頻發(fā)，而換熱站空間有限，管網(wǎng)運(yùn)行壓力高，必須采取閉式循環(huán)。因此，供熱公司急需一種安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的輔助能源提高供熱系統(tǒng)保障性，相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)正適應(yīng)了這種需要。

2.3 應(yīng)用分布式變頻加壓技術(shù)

（1）適應(yīng)管網(wǎng)熱負(fù)荷的變化能力強(qiáng)由于站內(nèi)回水加壓泵功率小、揚(yáng)程低、頻率可根據(jù)熱負(fù)荷與熱網(wǎng)匹配需求在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)整，安裝及調(diào)換也比較方便，所以分布式變頻泵方式適應(yīng)熱網(wǎng)變化的能力遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的供熱方式。（2）降低管網(wǎng)管道公稱壓力，減少管網(wǎng)建設(shè)投資采用一般的閥門(mén)調(diào)節(jié)的方法時(shí)，主循環(huán)泵須滿足系統(tǒng)最不利用戶資用壓頭的要求，采用分布式變頻泵系統(tǒng)時(shí)，主循環(huán)泵只需提供系統(tǒng)循環(huán)的部分動(dòng)力，其余動(dòng)力由各熱力站的回水加壓泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，這使得主循環(huán)泵的揚(yáng)程降低，管網(wǎng)總供水壓力降低。管道的公稱壓力相應(yīng)降低，也使得管網(wǎng)建設(shè)的投資下降。（3）增加管網(wǎng)輸送效率，降低管網(wǎng)輸送能耗采用一般閥門(mén)調(diào)節(jié)的方法時(shí)，為了滿足系統(tǒng)最末端用戶的資用壓頭要求，近端不得不用閥門(mén)將大量的剩余壓頭消耗掉，截流損失很大，輸送效率低下。采用分布式變頻泵系統(tǒng)時(shí)，熱力站采用回水加壓變頻泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，熱源主循環(huán)泵及分布式變頻回水加壓泵各自為熱網(wǎng)提供部分循環(huán)動(dòng)力，能夠降低閥門(mén)截流消耗的能量，減少熱媒輸送過(guò)程中的無(wú)效電耗，直接節(jié)省了能源的消耗，這種系統(tǒng)的綜合動(dòng)力輸送效率較高。結(jié)合相關(guān)歷史數(shù)據(jù)和測(cè)算，采用分布式變頻加壓技術(shù)后，節(jié)能率可達(dá)10%至50%。同時(shí)主循環(huán)泵的揚(yáng)程及電機(jī)功率都有所降低，運(yùn)行更為安全，還可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，降低了設(shè)備損耗，直接降低了運(yùn)行成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

以現(xiàn)今的管網(wǎng)情況和調(diào)控手段，必然出現(xiàn)不同程度的水力失調(diào)。本文通過(guò)研究分布式變頻加壓技術(shù)與泵閥聯(lián)控技術(shù)，將理論分析與實(shí)際數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化運(yùn)行方案，并在運(yùn)行期參照研究成果對(duì)水力工況實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)流量科學(xué)分配，快速準(zhǔn)確達(dá)到水力平衡、熱量按需分配的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而從整體上提升供熱質(zhì)量，改善全網(wǎng)用戶的供熱效果。

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（作者單位：沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)熱電有限公司）