某城区集中供热改造优化设计

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【摘 要】我国城区集中供热已进入了快速发展时期，供热系统是集中供热改造的重要组成部分。本文以某城区集中供热系统改造为例，利用该市区的发电厂进行热电联产，从提高能源利用率出发，满足城市热力网设计规范参数的同时，在换热站采用不同的热网管道运行方式，通过GPRS技术采集用户端的信息反馈到计算机智能监控中心，通过对温度、压力、流量的调整，实现供热系统优化控制，取得良好的节能减排效果。

【关键词】集中供热；换热站；供热运行方式；计算机智能监控

前言

某城区先前的取暖设备比较落后，大部分是自建小锅炉房分散供暖，能源利用率低，造成大量的能源浪费和严重环境污染，随着我国经济的快速发展及人民群众生活水平的不断提高，节约能源观念的增强,城市环保要求越来越严格，供热方式由过去的小区供热转变为大型集中供热以及热电联产，实现了节能降耗、减少城市污染的目标。

1、集中供热

集中供热系统包括热源、热网和用户3部分，它是将热源所产生的蒸气或热水，通过管网向全市或部分地区的用户供应生产和生活用热，又称区域供热，是相对分散供热的供热方式。

1.1 集中供热的优点。集中供热能提高能源利用率、节约能源，区域锅炉房的大型供热锅炉的热效率可达80％~90％，而分散的小型锅炉的热效率只有50％~60％，有条件安装高烟囱和烟气净化装置，便于消除烟尘，减轻大气污染，改善环境卫生，还可以实现低质燃料和垃圾的利用，可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料、灰渣堆放的占地，用于绿化，改善市容，减少司炉人员及燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，改善环境卫生，易于科学管理，提高供热质量。实现集中供热是城市能源建设的一项基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一项重要措施。

1.2 集中供热的问题。当供热负荷接近或达到系统的设计能力时，就出现全网水力工况失调，造成各热用户之间冷热不均。（即一级管网水力失调）；当系统按统一标准向各用户供热时，热用户内部各建筑物之间也出现水力工况失调，造成各建筑物之间冷热不均。（即二级管网水力失调）。当热源的供热量不足，温度偏低流量不够，供回水压力不稳或回水压力偏低，普遍存在热源设备（锅炉和水泵）能源浪费严重的现象。以上问题在直接连接的供热系统中问题最突出，在间接连接的供热系统中也普遍存在，但影响小些。这些问题严重的影响了供热质量，影响了集中供热的社会效益和经济效益，同时也造成能源浪费，使供热事业的普及和发展受到阻障。

2、供热系统

供热系统主要有高压蒸汽、换热站、供热站、用户组成，其核心部分是换热站。

2.1 换热站的工作原理。换热站的工作原理：汽轮机抽汽或背压排汽作为一次热源通过管道送到换热站，并进入换热器内，通过换热器的换热，将一次热源交换到二次供热管道内，二次供热管道引出至热用户，这样能充分利用资源，达到节能减排的效果，使能源利用得到最优化。

2.2 换热站的的主要设备构成

（1）换热器：它是连接一次管网和二次管网的中间环节，它的主要功能是将一次管网的蒸汽和循环水混合，加热循环水送至用户。

（2）流量计：在一次管网和二次管网之间都应装有流量计，用以测量流量。

（3）循环水泵：它的主要作用是水力循环以及补水定压。

（4）温度计和压力计：测量供水、出水温度和进气、出气压力，给其运行调节提供依据。

2.3 换热站的供热运行方式种类。换热站是城市集中供热城区供热改造工程的重要组成部分，选择合理的热网管道运行方式，能显著提高用户供热质量，同时不会造成能源的流失。该市换热站的热网管道运行方式根据负荷情况分三种：

（1）直供运行：利用该市的换热首站直供城区，高温水不经过循环泵及换热器。

（2）作为中继泵站运行：利用循环泵为城区一次网回水加压后打回新区回水管道，一次网回水经过循环泵，不经过换热器。

（3）作为隔压站运行：一次网高温水与供应城区的二次网高温水间接换热，为相互独立系统。二次网高温水经过循环泵及换热器。

3、计算机网络控制

换热站必须配置检测和调节供回水温度、压力、流量等运行参数的设施，实施检测与调节，要保证热力网末端供、回水压差能满足用户系统所需的总用力要求，保证良好的水利工况,为了更快更准确地知道热力网末端供信息，能及时作出合理的供热运行方式，需建立计算机网络控制中心。

3.1 计算机网络中心的构成。它由热网控制中心与各PLC远程子站及相关的通讯网络组成。远程子站通过GPRS通讯方式与热网控制中心实现通讯,数据传输，热网控制中心通过GPRS向各远程子站采集过程数据。

3.2 计算机网络中心的实现功能

（1）负责各远程子站运行参数的采集计算、数据分析和控制调节指令，提供人性化的人机操作界面,方便运行、管理人员浏览数据, 分析数据，下达控制命令。

（2）对各类运行参数采集分析和数据库存档，完成各种运行参数的趋势显示，完成报表系统，可根据用户需要形成多种报表格式, 并对所有远程子站的重要参数汇总形成报表,报表系统的打印，诊断报警及系统查询等功能。

（3）分析确定当前总供热量及各换热站供热量的合理性,实时分析供热平衡情况并提出调节建议，将各换热站热平衡控制在不超过5%的不平衡度范围内。

（4）实时监测各换热站主体设备运行的安全性和合理性,对主要参数作出超限报警及相应处理,强调了一次网阀门的缓慢关断处理,以防止当多个换热站同时停电快速关断阀门造成一次网主管网的安全问题，对能耗进行统计计算,作出经济效益分析，局域网络系统等内容。

（5）通过通讯网络对各站的参数实施在线监测,并将监测数据提供给热网控制中心。并要求热网控制中心依据各换热站的一次网回水温度的加权平均值与各换热站的一次回水温度相比较,通过其差值来调节各换热站电动调节阀的开度,最终达到热力相对平衡。为了适应国家节能要求,本工程若用户端调节手段完善时,则换热站循环水泵应考虑设变频装置。

4、优化运行方案

4.1 供热质量。满足用户的供热质量是换热站优化运行的前提，热电联产供热，热力网供热温度一般控制在110℃~120℃以上，回水60℃~70℃；其它回水温差，直接连接不小于20℃，间接连接不小于35℃。

4.2 热网管道运行方式的切换。换热站在满足供热质量的同时，应尽量充分利用能源，合理选择热网管道运行方式，能使供热效率达到最大，这样能减少能源的浪费，并且减少污染，达到最优化的效果。

该市换热站的热力管网运行有三种情况直供运行、中继泵站运行、隔压站运行。每一种运行的条件在计算机网络控制中心都有严格的规定，无论是那种运行方式都必须满足城市热力网设计规范参数限定，主要是温度、压力、流量等，每种运行情况的温度、压力、流量都有上限和下限，当换热站正在运行的方式已经低于或超出临界范围时，计算机网络中心根据GPRS通讯方式获得温度、压力、流量等参数，进行智能控制，并及时调整比较理想的供热运行方式，这种通过运行方式之间的切换既能保证供热质量的同时，又能尽量节约能源，是一种比较节能减排的优化方案，避免了单一运行方式无法灵活调控的缺点，造成大量的能源浪费，并且会给我们的生态环境造成大的污染。

5、结束语

（1）城市集中供热是我国城市化进程中,市政基础设施建设中的重中之重,改造工作是一件利国利民的重要工作,不仅具有节能减排的效果,同时还有改善民生和经济社会的良好效果。

（2）换热站是城市集中供热的重要组成部分，建立不同的热网管道运行方式即直供运行、中继泵站运行、隔压站运行，通过采集供回水温度、压力、流量等运行参数的信息传送给计算机网络智能控制中心，调整合理的运行方式，即节能又环保，响应国家节能减排的政策。

（3）保证城市集中采暖系统供热质量是一个较复杂的问题，要不断吸收国内外先进的设计、管理经验，在今后的规划设计中不断的学习先进的知识，把新知识新经验运用到设计中，提高设计质量，智能化监控是主要方向。

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