對供熱管網數據調研換熱站流量分析 提高管網運行水平
對供熱管網數據進行調研、換熱站流量實測分析，并模擬水力工況，調整減小了供熱管網存在的水力失調問題；根據濟南市標準氣象年參數和實測的溫度參數，分析提出將分階段改變流量的質調節方法用于管網供熱季調節，確定了各階段的實際運行方法、逐日隨溫度調節的方案，并考慮了本供熱管網中熱慣性的影響，計算得出了管網水力工況達到穩態后到各換熱站的反應時間。結合建立的換熱站控制末端進行控制，可提高管網運行的經濟水平。濟南市南郊熱電廠--栗建明
引言
高溫熱水集中供熱是一種高效節能的供熱方式，目前宏觀政策也鼓勵采用熱水供熱系統降低集中供熱的能耗。根據濟南市集中供熱發展規劃要求，濟南市新發展采暖方式均為熱水采暖，現有的蒸汽采暖管網也要逐步轉換成熱水采暖管網。但是，根據濟南市南郊熱電廠多年來的供熱運行管理經驗，由于種種原因，高溫熱水集中供熱方式的節能潛力還沒有得到充分發揮。從技術層面上講，有以下幾個方面：熱水供熱系統面積的不斷增加，導致熱源、管網配置不盡合理或資料不全、不準；熱水供熱管網固有的水力失調；供熱系統調節技術落后等。圍繞這些問題，近年來濟南市南郊熱電廠與山東建筑大學等高校、科研機構合作，進行管網資料調研，根據實際管網結構數據進行水力模擬，以此為依據進行供熱季管網調節并實測流量，在各換熱站建立了控制末端。通過對管網水力、熱力的調查、計算、分析，參考標準氣象年參數和額定負荷，考慮管網的運行改造和氣候變化，制定熱水管網在供熱季的運行調節方案，并通過動態模擬考察制定的調節方案，確定采用分階段改變流量的質調節方式來進行供熱季調節，與標準氣象年的負荷計算、往年實際負荷相比，達到了經濟運行的目的。
一、管網水力工況調研分析
用超聲波流量計對供熱熱水管網未調節時實測流量，實測顯示，大部分換熱站內流量比設計流量偏小，但經過合理調節可以進一步減小水力失調，從而滿足階段內控制溫度的要求。
管網的實際流量為1644m3/h。兩臺運行中熱水管網循環泵參數如下：額定流量：1100m3/h,揚程96m,功率500kW；
由此可見每臺循環泵的流量為850m3/h，而揚程94m；η=Ne/N=Q×P/N得到每臺泵的效率為59.5%，比設計工況效率78%低。運行工況偏離高效區，存在運行節能潛力。經分析發現，在進行管網運行調節時，為使管網各換熱站進行流量合理分配，對大量閥門采取了節流，造成了管網的特性曲線陡峭，使循環泵位于低效工作區。減少一臺循環泵，并把管網上節流的大部分閥門全部打開，對熱水管網再次進行了流量實測，得到流量數據。管網總流量減少了，而整個管網所帶換熱站流量沒有明顯變化。整個管網的運行情況如圖１所示，單臺泵的流量增大，揚程略有減小，但仍能達到兩臺泵時的流量分配關系。在保證泵不過載的前提下，只運行一臺泵，一個供暖季可降低運行費用為：
500kW×24h/d×140d×0.5元=840000.0元
二、分階段改變流量的質調節方案的制定
由供熱季逐日負荷情況（見圖2），可見在標準氣象年里大部分時間逐日供熱負荷小于50MW。同時參照標準氣象年室外溫度逐時變化（見圖3）和太陽輻射逐時變化（見圖4），并考慮一定的安全系數。將供熱季大致分為三個階段：
第一階段： 11月5日~12月5日。在本階段內，室外溫度在波動中呈下降趨勢，已降至10℃以下，平均在5℃左右；太陽輻射強度較低，均小于10MJ/m2，平均在6~7MJ/m2。按照室外溫度計算的逐日負荷在30~35MW左右，考慮一定的安全系數（本文取1.2），逐日負荷在36~42MW內。
第二階段：12月5日~2月15日。在本階段內，室外溫度在波動中繼續下降，大部分日平均溫度在0℃以下，大部分逐日最高溫度也降至7℃以下；太陽輻射強度也均小于10MJ/m2，某些時段驟降至4MJ/m2以下。按照室外溫度計算的逐日負荷在大部分時間大于50MW，考慮安全系數后，逐日負荷均在60MW以上，某些時刻達到90MW以上。本階段為供熱季的嚴寒期，同時也是耗能最大時段。
第三階段：2月15日~3月25日。在本階段內，室外溫度在波動中呈回升趨勢，但溫度仍然較低，平均溫度在5℃左右，在某些時刻也出現溫度驟降；太陽輻射強度波動中逐漸上升，平均在10MJ/m2以上，但波動比較嚴重。由于溫度和太陽輻射強度的較大波動，本階段逐日負荷變化較明顯，但整體與第一階段相似，按照室外溫度計算的逐日負荷在30~35MW左右，考慮一定的安全系數（取1.2）后，逐日負荷在36~42MW內。在波動明顯的時段內可單獨考慮。
綜上所述，室外溫度是進行供熱調整的主要依據，合理的利用每個階段的不同，可實行節能，反之，將造成能源的巨大浪費。
三、各階段的調節方案制定
在每個階段保證基本的流量，在每個階段內考察流量的合理性和溫度的制定：
a） 在第一個階段內（11月5日~12月5日）
在本階段內逐日負荷在36~42MW范圍內，可只運行一臺58MW熱水鍋爐。熱水鍋爐的額定循環水量為840m3/h，可考慮實際的運行工況增大到1000m3/h，仍小于1700m3/h，只運行一臺14SH-6B單級雙吸臥式離心泵，額定流量1100m3/h，揚程96m。應該合理的進行管網調節，減小管網的等效阻抗可增大總流量，從而減小水力失調程度。進行實測試驗時單泵運行流量在1500m3/h左右，可以滿足要求。
溫度調節方案的制定：當單臺泵的實際流量在1200~1500m3/h左右變化時，即在額定流量的67%~83%范圍內，可按照表1和調節曲線調節供回水溫度。
b） 在第二個階段內（12月5日~2月15日）
逐日負荷均在60MW以上，某些時刻達到90MW以上，需要運行兩臺58MW熱水鍋爐，整個管網的額定流量為1862.79m3/h。05~06供暖季兩臺循環泵的總流量為1700m3/h，計算的效率為59.5%，較設計效率78%偏低。在運行調節時，在保證各換熱站水力失調程度最小的前提下盡量增大各閥門開度，這樣可以增大循環流量和泵的效率；蛘卟⒙撘慌_小流量的循環泵。這樣可以節約部分能量。
溫度調節：溫度的范圍：120℃~70℃。具體的溫度變化可查表1和圖5。
c） 在第三個階段內（2月15日~3月25日）
本階段逐日負荷在36~42MW內，與第一階段相似？梢钥紤]同樣的單臺58MW熱水鍋爐、單臺14SH-6B單級雙吸臥式離心泵運行。但本階段內天氣變化波動較大，階段內調節時應單獨考慮。
溫度調節：
當單臺泵的實際流量在1200~1500m3/h左右變化時，即在額定流量的67%~83%范圍內，可按照表和調節曲線調節供回水溫度。
四、每日隨溫度調節的方案制定
每年的某日溫度逐時變化規律不會完全一樣，但存在相似的變化規律。下面在每個階段選取幾個典型日，得到其逐時變化規律，可作為每日溫度調節方案的參考。
a） 在第一個階段內
★ 典型日1：11.13~11.17溫度逐時變化規律，溫度大部分在0度以上，變化規律近似余玄函數。
★ 典型日2：12.6~12.9溫度逐時變化規律，溫度大部分在0度上下波動，變化規律近似余玄函數。
b） 在第二個階段內
★ 典型日1：1月5日~1月6日溫度逐時變化規律，溫度大部分在0度上下波動，變化規律近似余玄函數。
★ 典型日2：1月15日~1月18日溫度逐時變化規律，溫度大部分在0度以下，變化規律近似余玄函數。
c） 在第三個階段內
★ 典型日1：2.26~2.28溫度逐時變化規律，溫度大部分在0度以上，變化規律近似余玄函數。
由以上變化規律可見，在每個階段溫度變化規律都近似余玄函數，但第一、三階段溫度大部分時間在0度以上或左右，而第二階段較低在0度以下或左右。
每日的供回水溫度應按照室外溫度的變化擬合出的變化曲線進行調節。同時考慮熱慣性的影響，計算得出大部分換熱站在鍋爐供水溫度升高（降低）后2小時內可以升溫（降溫），最遲為3個小時。進行逐時溫度調節時至少應該提前2~3個小時。
五、考慮逐日調節時的熱慣性問題
在本調節方案中，考慮管網內熱水水力穩定后，進行質調節的熱慣性。即熱源內改變供水溫度后，到達不同位置換熱站的時間。進行流量調節后，管網水力變化比較復雜，但本方案中只有在改變階段時流量變化較大，可通過經驗確定穩定的時間。綜合考慮簡化后的管網調節反應時間，可用于管網調節方案制定。
六、總結
1、 根據采暖季的運行調節，測試發現管網水力失調現象減小，實現了節約水量5％~15％。
2、依據標準氣象年供熱熱負荷變化情況，劃分供熱季為三個階段：第一、三階段變化規律相似，運行一臺58MW熱水鍋爐和一臺14SH-6B循環泵；第二階段為嚴寒季，運行兩臺58MW熱水鍋爐和兩臺14SH-6B循環泵（或并聯一臺小流量泵流量,可利用現12SH-6循環泵）。每個階段內流量基本保持不變，溫度按照室外溫度變化情況查溫度調節表和溫度調節曲線調節。這個方案切實可行。
3、根據季末總結核算，進行的管網調整與調節提高了供熱管網的運行效率，節約了集中供熱管網運行費用20％~25％，節約熱源耗煤費用15％~20％。
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