基于太古大温差供热一级网系统分析回水温度的主要影响因素

基于太古大温差供热一级网系统分析回水温度的主要影响因素太原市热力集团有限责任公司

王林文

郑治中

揖摘要铱太古大温差长输供热系统分为高温网尧一级网及用户换热站后的二次

网袁已运行三个供暖季袁供热面积逐年增加遥降低回水温度主要措施在一级网侧的换热站袁本文详细介绍太古一级网各用热单位大温差机组热力站和板换热力站供热面积比例及运行情况袁并对各用热单位每一供暖季一级网回水温度进行对比分析袁发现受板换换热性能袁在同一室外气温下袁面积相当换热形式不同的热力站袁板换热力站一级网流量偏大袁导致系统回水温度较理论加权平均温度高遥另外袁大温差机组运行异常比例较高袁也是造成系统回水温度较高的主要原因遥将用热单位供热面积按照不同采暖方式统计袁暖气片采暖比例明显较大袁但实际供暖时袁暖气片采暖控制二次网回水温度较地暖采暖高袁对一级网回水温度有一定影响遥为保证供热效果袁实际供热指标偏高袁耗热量增加并不多袁但供热能力下降袁影响大温差效果遥

揖关键词铱回水温度曰换热形式曰运行效果曰调节方式曰耗热量DOI编码:10.161/j.cnki.cn11-3241/tk.2019.05.011

1引言

程中袁由于大温差机组体积较常规板换体积大几倍袁部分已建热力受站空间袁不能进行改造袁导致大温差机组设置比例达不到设计比例遥

2成

太古供热系统已运行三个供暖季袁2016-2017供暖季太古大温差供热系统总供热面积大温差供热面积占总供热面积的28.87%曰2017-2018供暖季总供热面积约4100万m2袁大温差机组热力站200座袁实现大温差供热面积占总供热面积的51.4%遥2018-2019供暖

-73-约2600万m2袁大温差机组热力站69座袁实现

太古大温差供热一级网系统基本组

为实现太原市清洁供热全覆盖的目标需求袁解决太原市供热热源严重不足的瓶颈问题袁太原市热力集团有限责任公司采用清华大学提出的野基于吸收式换热的热电联产集中供热技术冶袁在市区一级网热力站设置大温差吸收式换热机组袁电厂配合在厂内设置余热回收专用热泵机组袁建成规模宏大的太古供热系统袁回收电厂凝汽余热并降低传热环节的不可逆传热损失袁增加了电厂供热能力袁提高了热网输送能力遥根据可研设计方案袁市区一级网热力站大温差机组设置比例达到

70%时袁可将供回水温差提升至100益渊供水温度130益袁回水温度30益冤遥但在实际建设过

季袁太古供热系统向九家供热单位提供热源袁

区域供热2019.5期

计供热面积袁大温差机组热力站336座袁实现大温差供热面积占总供热面积的60.99%遥可见袁2018-2019供暖季在供热面积增加的基础上袁大温差供热面积实现了更大规模的增加袁九家用热单位管辖范围内热力站均设有一定比例大温差机组袁具体情况见下表1遥

由表1可以看出太古低海拔一级网供热系统中安装大温差机组热力站数量已有50%之多袁其中部分大温差机组热力站因空间限

表1

供热面积达到6115.73万m2袁已基本达到设

制袁只有个别系统装有大温差机组袁其余系统仍采用常规板换遥按照热力站系统个数与大温差机组安装台数情况袁将现有大温差机组热力站分为两类院1冤系统个数与大温差机组台数一致曰2冤系统个数大于大温差机组台数袁各用热单位具体情况见下表2遥

根据表2中数据计算袁第一类大温差机组热力站供热面积占总供热面积的51.87%袁第二类大温差机组热力站供热面积占总供热面积的9.12%遥因无法区分第二类大温差机

2018-2019供暖季太古供热系统热力站详情

换热形式

小计

热力站个数

21129792016223301166676

面积/万m2

1597.8226.4406.18172.571562.2228.42348.431316.24257.56115.74

用热单位大温差机组

热力站个数

面积/万m2

753.11188.6217.9283.431150.8108.54205.817.66257.53730.37

常规板换

热力站个数

139546953914650340

面积/万m2

844.6937.8188.26.14411.4119.88142.62551.5802385.37

一供热二供热四供热城南城西晋源双良二热力太重合计

722433111091416516336

表2

用热单位一供热二供热四供热城南城西晋源双良二热力太重合计

两类大温差机组热力站统计表

第二类大温差机组热力站热力站个数

1312015005036

面积/万m2

168.7330.3.080246.20069.30557.91

面积/万m2

584.38158174.8483.43904.6108.54205.81695.36257.53172.46

第一类大温差机组热力站热力站个数

592331119414166300

-74-

区域供热2019.5期

组热力站中大温差机组供热面积与板换供热面积袁实现大温差供热面积无法准确统计袁但由数据可知袁大温差实际供热面积占总供热面积的比例高于51.87%袁低于60.99%遥假设第二类大温差机组热力站大温差机组供热面积与板换供热面积相同袁大温差供热面积占总供热面积的比例高达56.43%

3太古大温差供热一级网系统运行情况太古大温差供热系统总供热面积逐年增加袁大温差机组热力站数量也在逐年增加袁且吸收换热机组热力站面积比例增加显著袁统计三个供暖季系统运行参数及大温差机组投运比例袁具体情况见下图1尧图2遥

由图2可以看出袁随着供热面积的增加袁需热量增加袁系统供水温度逐年升高袁虽然大温差机组投运比例增加显著袁但系统回水温度降低程度不明显袁与设计回水温度30益仍相差较大遥

统总供热面积较小袁运行初期渊11月冤系统采用小温差大流量方式运行袁供水温度较低袁启动大温差机组经济性较差袁各用热单位大温差机组投运比例较小袁系统回水温度高于12月份遥2018-2019供暖季由于系统总供热面积接近设计供热面积袁运行初期渊11月冤系统采用大温差大流量方式运行袁供水温度较高袁各用热单位大温差机组投运比例较高袁所以该供暖季11月系统回水温度在三个供暖季内最低遥为保证系统回水温度不至过高袁进入供热严寒期时袁要求各用热单位将产权范围内大温差机组全部投运袁从表3中可看出袁三个供暖季内12月与1月尧2月大温差机组投运比例基本一致袁但1月尧2月系统回水温度明显较12月高袁说明系统回水温度不仅与大温差机组投运比例有关袁与系统运行参数尧调节方式等其他因素也有一定关系遥

2016-2017及2017-2018供暖季由于系

图1一级网系统运行参数图2各供暖季大温差机组投运比例

表3南中环滨河西路关口供热区域运行参数

用热单位

热力站换热类型大温差机组

城南

板换合计大温差机组

四供热

板换合计

南中环滨河西路关口计算平均值/益南中环滨河西路关口实际值/益

一级网回水温度加权平均值/益12月11日28.138.2433.3924.4335.3429.7130.7331

1月11日26.9844.4636.127.6542.5434.8635.240

-75-

区域供热2019.5期

4系统运行调节

太古供热系统庞大袁涉及用热单位较多袁目前按照主管线路由及各用热单位供热范围将系统划分成若干区域袁并在各区域主管网设置电动调节阀及热量表计作为监控关口遥太古供热系统严寒期按照控制总量袁平均分配的原则袁通过调整各个关口电动调节阀的开度袁将一级网总流量平均分配到各个用热区域袁使供热区域内万平方米流量一致袁根据天气变化调整供水温度袁总体实现定流量的质调节袁确保末端水力工况良好遥热力站采用质尧量相结合的调节方式袁在一级网设置电动调节阀及回水加压泵袁根据全网平衡软件计算出每座热力站目标控制温度渊二次网供回水平均温度值冤袁通过泵阀联动控制袁实现区域内热力站之间热量平衡遥

南中环滨河西路关口监控区域为四供热和城南袁关口回水温度为四供热与城南热力站一级网回水温度的混合袁择取2018-2019供暖季初寒期与严寒期四供热和城南供热区域内热力站运行参数袁具体情况如表3所示遥初寒期择取时间为12月11日袁当日关口流量为31口益袁2200t/h流量为严寒2200t/h期袁择供水温取袁时供水温间度为约度198月益袁约11回107日水温益袁袁当度回日约水温关度约40益遥

经比较分析袁1月11日较12月11日关口流量基本一致袁供尧回水温度均升高袁两日大温差30水温益袁度变机组明化显幅热升度力站一高不大袁升袁高但级约板换网回6-7热水温益袁力站一度均低于说明级在二次网回网需热量增加时袁受板换换热性能袁板换热11力站一级网回水温度级网日回四水温供热度与加城权南平分升高幅度较大遥12月均公司值与所有运行关口表热计力站一

回水温度值基本一致袁而1月11日一级网回水温度加权平均值明显高于关口表计回水温度值袁约高5益遥在同一时刻面积相当的热力站袁应提供相同热量袁在对比面积相当换热形式不同-76-

的热力站的运行参数时袁发现各热力站供水温度相同袁但板换热力站一级网流量较大温差机组大袁具体情况见图3遥所以在供水温度升高时袁虽然大温差机组比例不变袁但板换热力站一级网回水温度升高幅度较大袁导致关口一级网回水温度较理论加权平均温度高遥

图3换热类型不同的热力站一级网流量

5不同换热形式热力站运行效果

根据热力站换热形式的不同袁目前判断热力站运行效果按以下标准院大温差机组热力站运行效果判断主要以一级网回水温度能否有效降低袁严寒期二次网回水温度与一级网回水温度差值为标准曰而板换热力站运行效果判断主要以一级网回水温度与二次网回水温度差值为标准遥按照以上标准将热力站运行评价度低于1冤大温差分为三机组个指热标力站一院

级网回水平一级2网冤大温差30益曰

均温回水温度机组差值热高力站二次网回水温度与

回水温3冤板换度差热值低于力站一3益遥

级于网回15益曰

水温度与二次网选取2018-2019供暖季严寒期室外气温波动不大尧系统运行平稳的某一时间段袁该时间40段力站运行益袁系统供水温依据参数各用热度约袁计算单为出位各统102益袁回水温度约为用热计所单管位一辖范围级网内尧热

二次网回水温度面积加权平均值袁计算结果如表4所示遥

根据表4计算结果袁各用热单位板换热力站一级网回水温度加权平均值整体较高袁

区域供热

表4

用热单位一供热二供热四供热城南城西晋源双良二热力太重平均

2019.5期

单位院益

各用热单位热力站运行参数

板换热力站回水温度加权平均值一级网45.9845.241.4243.7540.7241.442.8545-43.93

二次网38.8340.8840.41.537.7538.4739.7436.56-38.55

一级网与二次网差值

7.154.320.782.252.972.933.118.44-5.38

大温差热力站回水温度加权平均值一级网26.8527.4625.6928.7226.0023.7424.2226.2022.2526.18

二次网40.6039.8340.8241.6738.37.5738.2835.2038.0338.49

二次网与一级网差值13.7512.3715.1312.9512.13.8314.069.0015.7812.31

一级网回水温度加权平

均值38.2130.433.1235.930.333.2533.0632.9422.2533.72

45.98益袁最低为城西40.72益曰一级网与二次网回水温度加权平均差值中二供热尧双良略高于3益袁一供热尧二热力远超过3益袁说明板换热力站换热效果整体较差曰大温差热力站一级网回水温度加权平均值均低于30益袁太重最低为22.25益袁主要原因为太重供热区域所有建筑均完成节能改造袁能耗较低遥大温差热力站换热效果整体较好袁但二次网与一级网回水温度加权平均差值只有太重和四供热高于15益袁其他用热单位均大于10益袁小于15益袁距离理想状态仍有一定差距袁统计大温差热力站运行参数发现袁第二类大温差热力站大温差机组系统一级网回水温度基本都低于30益袁板换系统均高于30益袁但热力站一级

均高于一级网回水温度40益袁最高为一供热度较高主要原因为板换结垢或堵塞袁导致换热效率下降曰大温差热力站一级网回水温度较高主要原因有以下几方面院

1冤第二类大温差热力站板换与大温差机2冤模块型机组一级网回水温度高于30益曰3冤大温差热力站有多台机组袁机组之间流量调节不平衡袁导致部分机组系统一级网回水温度高曰

4冤部分大温差机组存在真空度低等异常组共用袁一级网总回水温度偏高曰

情况袁换热效率降低曰

5冤因机组厂家保密袁机组发生异常情况

后袁运行人员不能自行处理袁且机组发生异常频率较高袁厂家不能及时维保袁导致机组实际投运比例较低遥运行过程中袁部分热力站一级网电动调节阀开度已调至5%袁但一级网流量仍偏大袁导致一级网回水温度较高遥

6采暖方式尧耗热量及供热指标分析

供暖期间袁大部分用热单位采用野忌冷冶不野忌热冶的保守供热模式袁不同用热单位所辖用户的采暖方式尧供热管网建设年代尧建筑保温等一般也不同袁这导致不同用热单位在同一时间的二次网回水温度存在差异袁进而影响一级网回水温度遥同一室外温度下袁采用

-77-

网总回水温度高于30益袁部分第一类大温差机组热力站一级网回水温度高于30益袁换热效果较差袁经统计各用热单位第一类大温差热力站中一级网回水温度高于30益的比例高达14.29%袁比例较大袁按照设计工况及运行参数袁所有大温差机组一级网回水温度均应低于30益遥

各用热单位对一级网回水温度较高热力站进行调查发现袁板换热力站一级网回水温

区域供热2019.5期

地板辐射采暖时袁控制二次网回水温度较暖气片采暖回水温度低4益遥

统计部分用热单位地暖及暖气片采暖供热面积如表5所示遥从表中可看出暖气片采暖面积为地暖采暖面积的2倍之多袁所以有三分之二供热面积二次网回水温度较高袁造

表5

用热单位一供热二供热四供热城南城西晋源合计

地暖采暖面积/万m2

395.1933.685.518.671090.211333.1

成一级网回水温度较高袁尤其是板换热力站遥按照采暖方式为暖气片袁室外气温计算平均温度为-11益时袁热指标为45W/m2袁对应供尧回水温度为85益尧60益袁分别计算出用户室内温度18益尧20益时袁单位面积热负荷尧耗热量及供尧回水温度袁计算结果如表6所示遥

暖气片采暖面积/万m2

1202.61192.8320.68153.97852.2138.212860.47

部分供热区域地暖和暖气片的比例构成

占总供热面积比例/%

24.7314.8421.0510.7845.4539.4931.79

占总供热面积比例/%

75.2785.1678.95.2254.5560.5168.21

表6

室外计算温度/益-11-9-8-7-6-5-4-3-2-1012345678持续时间/h120相对热指标0.970.930.900.860.830.790.760.720.690.620.590.550.520.480.450.410.380.340.661.00热负荷/W43.4541.9040.3438.7937.2435.6934.1432.5931.0327.9326.3824.8323.2821.7220.1718.6217.0715.5229.4845.00不同室温下二次网耗热量及运行参数

室内温度20益

相对热指标1.000.970.940.900.870.840.810.770.740.710.680.650.610.580.550.520.480.450.420.39热负荷/W45.0043.5542.1040.6539.1937.7436.2934.8433.3931.9430.4829.0327.5826.1324.6823.2321.7720.3218.8717.42耗热量渊GJ冤0.0190.0180.0230.0240.0250.0250.0250.0250.0250.0240.0240.0230.0220.0210.0210.0200.0190.0110.0050.006供水温度回水温度/益/益85.0083.2981.5779.8378.0976.3374.5772.7970.9969.1967.3765.5363.6761.8059.9158.0056.0754.1152.1350.1260.0059.0958.1857.2556.3155.3754.4153.4352.4551.4450.4349.4048.3547.2946.2045.1043.9742.8241.6540.44室内温度18益耗热量

/GJ0.0180.0190.0220.0240.0250.0250.0250.0250.0240.0240.0220.0210.0200.0190.0180.0170.0100.0040.0050.023供水温度回水温度

/益/益83.1285.0081.2279.3177.3975.4573.5071.5469.5667.5663.5161.4559.3757.2755.1452.9950.8048.5846.3265.5460.0058.9857.9456.9055.8454.7753.6852.5751.4650.3249.17.9946.8045.5844.3443.0741.7840.4539.0937.70-101161491651771861932002062112152202242272312342371447297-78-

由表中数据可计算出一个供暖季内单位面积耗热量为20加益袁单0.392GJ袁若将用户室内温度提高至GJ袁0.012GJ/m位面积耗热量为2增加耗热量袁则系统总耗热量增加0.404GJ袁耗热量增益时73.39总耗热

万量的3.1%袁说明约供热量增加为室内温度时18袁耗热量增加并不多遥但表中数据显示热负荷明显增大袁在系统总热负荷不变的前提下袁系统供热面积将会减少遥另外袁供尧回水温度都有一定程度升高袁一级网回水温度会随之升高遥

选取2018-2019供暖季90天运行参数袁利用统计室外平均气温计算出当日理论供热热指标袁根据当日耗热量及所带面积计算出实际供热热指标袁计算出实际供热热指标与理论供热热指标之比在0.8~1.15之间波动袁平均值为1.01袁总体来说实际供热量大于理论供热量遥

实际运行过程中袁实际供热热指标与理论供热热指标之比小于1袁主要原因为电厂机组或供热管线尧设备等发生故障袁输热量受限袁导致实际供热热指标偏低曰导致实际供热热指标与理论供热热指标之比大于1的主要原因有两方面院第一袁由于系统复杂袁输送距离较远袁在室外气温降低的同时系统增加热量袁需要1天~2天方能输送至用户袁为应对突然降温天气袁系统输出热量一般高于实际需求热量曰第二袁由于室外气温的不确定性袁个别天数室外气温突然回升袁运行人员观察室外气温稳定回升后才调整系统运行参数袁调整滞后袁使得实际供热量偏高遥虽然可以保证良好供热效果袁但耗热量增加袁必然导致一级网回水温度升高遥

6

结论

随着太古大温差供热一级网系统扩网增容袁各用热单位大力推进大温差机组改造袁大温差机组比例逐年升高遥通过对比三个供暖季运行参数发现袁大温差机组投运比例增加袁一级网回水温度有所降低袁但降幅较小遥

区域供热2019.5期

严寒期袁系统供水温度升高袁受板换换热性能袁板换热力站一级网回水温度升高幅度较大袁且在同一室外气温下袁板换热力站一级网流量较面积相当的大温差热力站大袁导致关口回水温度较理论加权平均温度高袁说明板换热力站对系统回水温度影响更大遥统计比较各热力站运行效果发现袁第二类大温差机组热力站一级网回水温度均超过30益袁与上述结论一致遥完成节能改造的建筑袁耗热量降低袁热力站一级网回水温度随之降低遥第一类大温差机组热力站因机组不平衡或机组运行异常袁导致一级网回水温度超过30益袁占第一类大温差供热面积比例为14.29%袁比例较大袁造成系统回水温度偏高遥

经统计用户采用暖气片采暖比例是地暖比例的2倍多袁但暖气片采暖二次网回水温度控制比地暖高袁导致热力站一级网回水温度偏高袁尤其是板换热力站遥理论上将室温由原来的18益提高至20益时袁一个供暖季二次网耗热量增加3.1%袁说明提高供热量袁供热消耗并不多袁但热负荷增大袁在总供热负荷不变的情况下袁供热能力下降袁一级网回水温度升高遥实际运行中袁由于系统供热面积庞大袁热量输送滞后袁为保证供热效果袁实际供热指标较理论供热指标大袁耗热量略有增加袁但供热能力衰减很厉害袁末端有热量不足情况袁与上述计算结果一致遥

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