热电联产供热系统的自动调节与节能分析

热电联产供热系统的自动调节与节能分析

刘建奎

天津市蓟州区房地产管理局天津市301900

摘要：热电联产集中供热具有明显的节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是治理大气污染和提高能源利用率的重要措施，是集中供热的重要组成部分，是提高人民生活质量的公益性基础设施。本文以天津市蓟州区津能蓟州热电有限公司为例，对热电联产集中供热系统进行了节能技术分析与环保效益评价。

关键词：热电联产；供热系统；自动调节；节能

1、供热系统智能控制技术

1.1技术原理

热力管网在供热系统中完成热的传递，热水经过热力管网将热量传送到热用户，热用户的性质不同，需要的热量也会不同，另外，由于距离热源的远近不同，输送热能的管径大小不同等因素，会造成系统中个别用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致现象，被称之为水力失调。该技术主要针对目前供热领域中普通存在的水力失调问题，设计一套智能阀门，解决复杂的供热网管系统的热量平衡问题，某个阀门的调节不会影响其它阀门，使得每个阀门控制的支路按用户需求输送合适的热量，通过确保管路的热量平衡达到节能的目的。在确保各管路的流量按需分配之后，为进一步节能，还集成了列入智能变频技术，保证水泵的频率跟随管路阻力的变化而变化，彻底摆脱传统的顶压供水变频技术。在此基础上，该技术还整合了物联网和EAOC（能效分析与运行优化控制）技术，把智能阀门打造成一个通用的物联网结点，把阀门控制的建筑所消耗的能量数据以及管道内的流动数据发送到控制中心，帮助管理人员分析系统的节能量。

1.2关键技术

1.2.1智能温控平衡技术

在集中供热系统中，由于供热规模较大，管网的水力工况变得十分复杂，其水力失调问题变得十分突出，从而使其供热质量下降，出现不能满足用户要求的情况。对于一个设计合理的系统，一般可以通过初调节，使各用户的流量达到设计值。但对于一个规模大管网复杂的系统，使用目前常用的方法（如阻力系数法、正常流量法、回水温度法和经验试凑法），由于受到各种条件的制约，存在准确度不高，需反复调试，工作量过大等问题，其效果不是很理想。智能温控平衡技术可利用现代控制理论和计算机模拟分析相集合，利用水力管网系统实际运行工况动态检测数据对系统的水力工况进行模拟分析，进而使用分析的数据对系统运行工况进行远程自动控制，这不仅可以提高调节的精度，避免人工调节的工作量，而且可以实现系统水力工况的动态控制。

1.2.2智能变频技术

智能变频节电技术，指在供热系统中加装一套智能变频节电装置，利用水泵的原有电机系统控制，将阀门的开度控制变为水泵的转速控制，两者相结合实现调节热平衡目的。这样在节约热能的同时也节约了电能。

1.2.3无线传感技术

该技术为智能变频和能效分析提供了基础，保障各项数据的传输与共享。远传式智能控制器，具有各种输入形式选择，实现各种不同的调节功能。也可配室外温度传感器，起到随室外温度的变化而自动调整供水温度，也就是通常所说的室外温度补偿的作用。根据控制需要，可组成智能化网络控制系统，优化控制，实现远程监控。

1.2.4EAOC技术

EAOC即能效分析与运行优化控制技术，该技术用于分析供热系统的各项运行参数，合理配置优化运行策略，降低能耗，确保系统实现管理上的节能。

1.3智能型动态平衡控制阀

智能型动态平衡控制阀是由智能控制器和电动调节阀两部分组成，是动态平衡与电动调节一体化的产品。通过配置智能模块控制装置，可方便地对各环路的流量、温度进行自动控制，实现合理利用能量，节能降耗。调节阀用于调节热水的流量和压力，根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而实现调节作用。

1.4调节参数

由于供热系统设备和建筑物有很大的热惰性，室外气温、日照和供水温度、流量等参数的变化对用户室温的影响并不是立刻发生，而是滞后一段时间。因此，为保证用户室温的设计要求，热源当天的供热量，不但与当天的室外气温、供回水温度、流量、日照、风速有关，而且和几天前的上述参数都有关。比如以某天为例，若前几天一直阴天，热源供热情况又不好，与几天前阳光明媚，热源供热良好相比较，为满足同一用户室温要求，则当天热源供热量将是不同的，相应的系统供水温度、循环流量也应不同。为了更好地实现按需供热，必须用动态方法分析热力工况，并用预测参数的方法对供热系统进行动态调节。

2、节能技术分析

2.1设计安全高效的管网监控系统

为了节能，提高供热效率，取得较好的经济效益和社会效益，有必要建立计算机监控系统。计算机控制系统将实时、全面的了解热网的运行情况，同时还是热网安全、可靠、高效运行的保证。

2.2进行合理的热网运行调节

热网运行调节方式主要有质调节、量调节和质量综合调节。热电厂2×600MW热电机组，既发电又供热，监控系统应达到一定的水平，另外尚有供热站作为调峰热源，为减少建设投资和运行费用，供热管网采用质量综合调节方式较佳。

质量综合调节方式要求热网和热源要有较高的监控水平，并要求热源首站的热网循环水泵按变频调速泵设计，流量调节范围为30%～100%。主热源担负基本负荷，根据室外温度的变化启动调峰热源。采暖初期系统流量维持主热源的设计流量不变，随着室外温度的降低，供水温度逐渐升高，当室外温度下降至－9℃以下及春节限电停备时，2×600MW热电联产热电达到满负荷，随着室外温度进一步下降，2×600MW热电联产热将25座换热站切给调峰热源供热。

2.3其他节能措施

2.3.1管网节能降耗

为减少热损失，要求所有供热管道及设备附件均应作保温处理，保温后的表面温度小于50℃，每公里热损失控制在0.5℃以内，热损失控制在5%以内，以提高供热质量，降低供热成本，以节约热能。供热系统与末端用户全部采用间接连接方式，以便降低热网补水率，提高热网输送热效率。按《城镇供热系统安全运行规程》要求，该设计方案一级管网改造后，失水率控制在1%以内；二级管网改造后，失水率控制在2%以内。设计采用直埋供热管道以满足热水管道散热损失控制在每公里小于0.1℃。换热站采用控制系统，设置气候补偿器、流量、压力平衡设备、流量表。

2.3.2水泵节能降耗

通过配置高效循环泵、切削循环泵叶轮，对供热循环系统局部改造并对循环泵原有的运行方式进行调整等措施，可以显著降低循环泵流量，供热效果也能明显提高，并对热源的生产运行效果产生积极影响，煤、电的消耗下降，取得明显的节能经济效益。

2.3.3采暖建筑节能降耗

原有住宅水平供暖管串联用户过多，不少楼栋使用年限较长，供暖水质不合格，管网结垢造成末端用户阻力较大，介质流量少，供水温度较低，用户室内温度较低。可将原有几户人家水平串联供暖方式改造为每户独立供暖循环，减少楼内用户阻力。对于未采用建筑节能设计的老式住宅、办公楼，逐步进行建筑改造，降低建筑热指标。住宅室内采暖改造应采用分户控制，独立循环。

3、结束

随着热电联产集中供热技术的推广应用，取缔了原来的煤锅炉供热状况，人们的居住环境得到了彻底改善。但随着城市的建设，供热面积不断增加，热电厂的能源消耗也在逐渐增大。由于现有供热系统的调节能力有限，导致热用户出现近端过热、远端过冷的不平衡现象，并浪费了大量的能源。如果推广应用此项供热节能改造技术，可以实现按需供热，合理降低供热能耗，节约原煤的消耗。这不但可以为我们带来直观的经济效益，而且，社会效益也很明显，通过该项技术的改造与运用，避免了热能的浪费，节省了大量宝贵的能源，并由此对一系列生态、环保等起到积极的作用。供热系统智能控制节能改造技术现已正式列为国家重点节能技术推广项目。

参考文献：

[1]鄢宇鑫．沈阳市城区供热模式及热电联产技术经济评价的研究［D］．华北电力大学，2012．

[2]吴伟．热网监控系统在集中供热系统的应用［J］．煤气与热力，2008，（1）：21－24．

[3]王子然．热电联产节能减排技术改造及评价研究［J］．黑龙江科技信息，2013，（25）：102－103．