供热管网节能改造与智能化运行研究

张永强

(太原热力集团责任有限公司，山西 太原 030000)

1 供热管网节能改造的必要性

现阶段，能源紧张已经成为全国甚至全世界通病，能源消耗量大已经成为抑制我国经济规模化发展的关键性因素。在我国发展中，能源消耗结构中建筑能源消耗已占据14以上，其中空调工程以及供热工程中能源消耗占据建筑工程能源消耗的1/3。当前人们对生活品质要求不断提升，逐渐关注冬天采暖问题，供暖中将会消耗大量能源，使得供暖工程面临巨大的发展难题，供热管网工程开展节能改造成为当前发展的必然趋势。当前集中供热系统凭借能源消耗相对较低、提供稳定的热源、供暖污染较小等优势，逐渐取代分散供暖形式，以集中供暖系统为主。集中供暖系统是由热网、用户、换热站三部分构成，其中能够控制能源消耗分别为锅炉热效率以及热网效率，基于实际情况制定改造方案，降低集中供热系统能源消耗，推动该产业可持续发展[1]。

2 供热管网改造措施

2.1 运行方式改造

季节不同用户对于热能需求量不同，因此，在供热管网改造发展中，倡导开展冬季连续供热以及分式供热结合进行热网运行方式。与24h持续供热区域相比，间歇供热的室内温度变化分为3～4个阶段，在相同能耗基础上，连续供热锅炉效率为73.6%，间歇供热锅炉效率为55.6%，相比之下连续供热运行方式下室内的温度明显高于间歇供热运行方式，室内温度高出0.7℃～2℃，连续供热运行模式下的室内温度较为稳定，室温变化不大，而间歇供热运行方式下的室内温度变化在3℃～3.5℃之间，用户在室内能够明显感受到温度变化。分时供热特指冬季室内人多，对于热能需求量较大，适当增加运行锅炉数量。当室内无人时，自动降低供热，达到节省热能的作用，降低能源消耗。

2.2 汽暖改水暖

水暖供热具有供热效率高和供热安全性高等特点，现阶段已经逐渐取代汽暖方式，水暖已经成为我国供热首选方式，因此，在未来发展中将持续加大汽暖改水暖工作力度。在实际改造施工中，由于水暖与汽暖的供热方式不同，管道存在一定的差异，在施工中一定要控制好管道坡度。传统汽暖方式不能放气漏气，而水暖供热方式设置放气阀，通过控制放气阀能够轻松的排除暖气片中的空气，进而提升热水循环供热效果。

3 供热管网智能化节能降耗监测系统设计及运行

3.1 换热站实时监控设计

在智能化技术飞速发展背景下，将其与供热管网节能改造技术相融合，打造供热管网智能化节能降耗监测系统，实现对供热管网中换热站进行实时监控，提升供热管网节能改造质量以及效果。在本次供热管网系统智能化改造中，换热站已经采用无人值守运行方式，为了保证该模式运行稳定性，积极开展检测。换热站实时监控系统共分为四个板块，系统服务。编码维护、换热站控制、数据采集。

3.2 换热站节能运行控制模式

3.2.1 分组分段实施策略

换热站分组控制内容主要是加热具体时间，基于该地区的气象变化情况以及用户热量需求，优化换热站供热系统运行设计，完善加热操作设置，保证特殊时段恒温以及常规时间操作规范达标，避免能源浪费。曲线回路功能是改善传统供热管网能源浪费的主要形式，分组主要是划分公共区域与住宅区域的换热站，基于两种建筑用途科学划分热量，例如，公共区域人类活动集中在白天，尤其是办公区域活动时间较为固定，在工作人员下班后不需要热能，降低热量供应。而针对住宅区域，国家有明确规定，室内温度不得低于18℃，经过相关数据研究，室内宜居温度为22℃。其中用热时间段集中在完善。但是，由于晚间室外温度较低，建筑物要想保证室内温度需要提供更多热源，能源消耗将会提升。换热站分段控制受室外温度变化影响，一天会被分割为不同时间段，每个时间段对于热量需求不同，需要结合实际情况设置换热站运行参数。

3.2.2 控制曲线动态调节

集中供热系统运行主要是满足用户对于室内温度需求，保证室内处于适宜的温度下，提升用户居住感受。因此，为了保证室内温度处于适宜的指标下，需要在室内安装温度检测设备，通过换热站PLC将感知并上传室内温度，进而实现室内温度智能化监控，控制中心基于室内温度开展智能化节能调节，并将数据上传至换热站中，例如表二所示。

从串联无功补偿技术原理入手，阐述串补技术在配电线路中改善电压的基本原理，分析影响串补技术电压调节的影响因素，结合实际案例仿真分析各因素对配电线路串补调压的影响，提出工程实施合理化建议，最后以工程实施案例证明串补技术在配电网调压中的有效性。

室外温度是换热站运行控制曲线的关键条件，在运行中选取典型的室内温度作为标准，确定控制曲线加权，如果控制曲线动态调节中室内温度持续保持在稳定数值范围内，完成曲率训练[2]。

3.3 智能化节能改造前后对比

在集中供热系统运行中，受管网问题的影响，供热效果以及能源消耗不均衡，导致能源浪费严重以及室内温度较低，不能满足当代发展需求。在供热循环系统节能发展中，以冬季为例，在室内温度变化在1℃时，热能变化在5%左右。因此，为了提升能源利用率，提升室内温度，开展供热管网平衡节能改造是关键。集中供热系统在经过供热管网平衡节能改造后，经过一个采暖期运行，整体运行稳定性较高，前后端管网水利失调问题明显得到优化，整体室内温度控制效果较好，平均温度在21℃左右，其能源消耗量得到控制，用户的满意度逐渐上升[3]。

4 供热管网节能改造案例分析

4.1 工程概况

A供热公司集中供热面积高达800万m2，企业内拥有5台65MW热水锅炉热源，58个换热站，采用热电联产高温余热供暖。现阶段，电厂余热供暖管网主管线为DN400，供热量达到60MW，冬季有3台热水锅炉完成供热。但是，当前A供热公司供热管网存在严重的问题，能源浪费现象较为严重，同时企业生产运行成本较高。随着我国节能环保绿色发展理念的不断发展，将集中供热系统发展中注入节能理念，优化供热管网设计，实现降低集中供热系统能源消耗，促进我国可持续发展。因此，A供热企业开展供热管网节能改造势在必行。

4.2 存在的问题

4.2.1 供热管网运行效率低，污染严重

由于A供热公司的发展起步较早，城市供热管网以及供热设备的运行年限较差，部分管道以及设备处于老化状态，容易发生运行安全事故，同时其维修的难度较大。A供热公司采用锅炉燃煤供热，我国规定锅炉运行热效率需要在68%，但是，在实际运行中，锅炉热效率实际数值只有63%，存在热能浪费的情况。同时煤炭燃烧过程中产生大量的污染气体以及污染颗粒物，影响我国生态环境建设。经过相关数据调查，A供热公司下的供热管网运行中的供水温度平均在70℃左右，与系统要求的温度存在一定的差距。并且锅炉房内部没有安装节能降耗设备，采用粗放型管理模式，供热管网整体管理效果较差。A供热公司虽然与电厂签订余热供暖合同，但电厂余热供暖主管规格较细，热量输送受到限制，浊度的热量运输不出去，同时，受热源锅炉设备的影响，设备老化故障出现的频次较多，严重影响供热系统运行的稳定性，严重较低集中供热系统运行稳定性，室内温度得不到保证，不能满足用户的需求，A供热公司被用户投诉的问题严重[4]。

4.2.2 供热管网水力失衡，能源消耗大

首先，小区的供热管网已经超出正常的使用周期，设备腐蚀老化严重，企业地沟内管道采用传统保温材料膨胀珍珠岩，由于该种材料的防水性、抗氧化性较差，长时间浸泡在积水中，膨胀珍珠岩的保温效果大幅度下降。其次，我国对集中供暖管网工程改造的认知不断提升，改造工程体量不断加大，主要是由于以往管理机制以及运行机制的影响，集中供暖管网工程后期维修不到位，导致其存在大量的破损以及故障问题，存在管道“跑、冒、滴、漏”的现象，降低城市集中供暖的运行效率，增加资源浪费。另外，随着我国城市化不断发展，小区扩建的情况逐渐增加，导致行政的建筑物接近原有供热管网，施工导致供热管网原有的水力平衡遭到破坏，管网运行中缺乏智能化控制系统，导致实际运行产生的热量不能满足用户的实际需求，存在热源浪费的风险。

4.3 缺少自动化控制与参数监控系统

当前A供热公司供热管网设计存在严重的问题，智能化技术联合应用效果较差，缺乏自动化数据检测系统，导致企业不能实时掌握用户的热量需求数据，与供热设备连接不够紧密，存在盲目供热的情况，造成严重的能源浪费。在没有自动化数据信息检测系统的支撑下，集中供热系统设备运行故障检查效率较低，技术人员对于设备运行状态掌握不够，系统不能及时得到设备故障信息反馈，进而对系统造成一定的不良影响。

4.4 节能改造技术分析

4.4.1 热源改造

热源节能改造分为两部分，安装烟气热回收装置以及变频调速泵。首先，在一、二次网主出入口位置安装温度以及压力传感器设备，同时在供水管以及水管部位设置电动调节阀，在第二次管网部位安装自动泄压电磁阀以及温度、压力传感器设备，基于换热站的温度触发自动调节系统，基于室内温度自动调节供暖。其次，以变频器为载体，掌握用户对于室内温度的需求，制定变频器调节方案，加强系统网流量管理控制。经过变频器调节管理，发现二次网管的净化水量高出设计数值，如果针对二次网供水温度进行控制，将会影响工程项目整体控制水平，因此，积极结合实际情况，以二级泵回水温度为基础，保证变频器调节控制数据的精准度，合理应用变频调节技术，在满足用户日常需求量的同时降低能源浪费，体现出个性化需求。

4.4.2 换热站节能改造

换热站在长时间使用下，胶条以及内部零件均出现不同程度的老化，热量储存安全性降低，换热站热量流失的情况较为严重，严重威胁集中供热系统运行稳定性。同时，换热站设备故障将会诱发漏水问题，水温度较高，极易发生烫伤等情况。因此，为了提升换热站节能改造质量，定期对内部设备进行质量检查，以15年为期限，对使用年龄在15年以上的换热站进行质量检查，发现问题及时更换处理，结合情况更换零件设备，尽量压缩生产运行成本。

4.4.3 供热管网节能改造

A供热公司以自有锅炉房热源为主，电厂余热的热电联产为辅，基于经济适用性角度考量，逐渐将其改造为电厂余热的热电联产为主，降低自有锅炉房的供热地位。在城市供热期间，不论锅炉房还是电厂余热的热电联产热源发生故障，能够为用户提供最低标准热能，保证城市集中供热系统的安全性。另外，结合实际情况，优化管网设计布局，调整原有A供热公司供暖管网布局方式，强化资源利用率，以达到提升供热管网节能改造工程的社会价值以及经济价值为目标，积极应用现代化技术手段，在满足城市居民用户供暖需求量的同时降低能源损耗，满足绿色节能发展要求。因此，在供热管网节能改造施工中，结合城市集中供暖管网建设实际情况，积极采用针对性的节能改造方案，尽量将管网主线铺设在热负荷集中位置，尽量缩小管线之间的距离，降低管道成本消耗，节省供暖管网节能改造工程成本消耗。

5 结语

综上所述，在全球能源紧张的背景下，为了改善传统供热管网能源消耗的问题，积极开展节能改造工作，融入智能化手段，打造供热管网智能化节能降耗监测系统，提升能源控制的效果。加强供热管网节能改造工作质量，以分式供热与连续供热结合的方式，优化传统的供热模式，精确热网运行数据参数控制，以案例分析的形式重点阐述供热管网热源、换热站、管网节能改造的措施，为我国集中供热系统节能发展奠定基础。