混水連接及遠程監控技術在熱力站改造的應用

摘 要

摘要：結合工程實例，對熱力站實施混水連接及遠程監控技術改造進行了探討。對改造后的熱力站流程進行了介紹，分析了改造后熱力首站、熱力站的節能經濟性。關鍵詞：熱力站；混水連接；遠
摘要：結合工程實例，對熱力站實施混水連接及遠程監控技術改造進行了探討。對改造后的熱力站流程進行了介紹，分析了改造后熱力首站、熱力站的節能經濟性。
關鍵詞：熱力站；混水連接；遠程監控；無人值守
Application of Water-mixing Connection and Remote Monitoring Technologies to Substation Reconstruction
LV Laisheng，ZHOU Qing，LIU Xianghua
Abstract：The reconstruction of substation with water-mixing connection and remote monitoring technologies is discussed with an engineering example.The process of reconstructed substation is introdueed，and the energy-saving economy of reconstructed first station and substation is analyzed.
Key words：substation；water-mixing connection；remote monitoring；unattended operation
1 概述
    混水連接方式作為直接連接方式的一種，造價、維護費用低于間接連接方式，并具有供熱性能穩定、對不同類型用戶適應性強等特點[1]。
    臨沂市恒源熱力有限公司(以下簡稱恒源熱力公司)是臨沂市最早發展熱電聯產的供熱企業，供熱面積為460×104m2。2000年投入運行的東北線熱網，以熱電廠為熱源，熱力首站汽一水換熱器二級側的設計供、回水溫度為130、70℃，設計供熱能力為100×104m2。熱力站由用戶自行建設，規模小(每座站供熱能力為2000～20000m2)，數量多達49座，缺乏專業運行管理人員，站內換熱設備得不到及時維護，二級管網供水參數高低不均，一級管網供回水溫差小，雖然實際供熱面積僅為60×104m2，但水力失調現象十分明顯，熱能浪費極大。
    因此，在原有熱網基礎上實施混水連接及遠程監控技術改造，實現熱力站自動調控無人值守，以提高效率、降低運行成本，最終實現在不增大原有熱網管徑的前提下擴大供熱能力。
2 混水連接的優勢及連接方式
    ① 優勢
    混水連接由于取消了換熱器，減少了中間換熱損失，一級管網的供回水溫差相對增大。與間接連接方式比較，具有多方面的優勢(見表1)。
表1 混水連接與間接連接性能比較
對比項目
混水連接
間接連接
換熱器設置
不設置
須設置
換熱設備占地
混水裝置占地較小
換熱裝置占地較大
熱力站造價
造價低
造價高
一級管網供回水溫差
溫差較大
溫差小
中間換熱損失
無換熱損失
存在換熱損失
一級管網造價
管徑小，造價低
管徑大，造價高
一級管網循環泵耗電量
大溫差小流量運行，
耗電量較低
小溫差大流量運行，
耗電量較高
二級管網循環泵耗電量
混水泵耗電量低
循環泵耗電量較高
   ② 混水連接方式
   混水連接方式可分為混水泵旁通加壓、混水泵供水加壓、混水泵回水加壓連接方式[4]，這3種連接方式分別見圖1～3。通過改變混水比調整二級管網供水溫度，從而改變一級管網回水溫度，滿足熱力首站二級側回水溫度的要求。
 

3 混水系統改造方案
3.1 改造內容
   恒源熱力公司自2009年8月開始，對東北線熱網進行混水連接、遠程監控技術改造。已將49座熱力站進行整合改造成混水連接熱力站30座，建設監控中心，對熱力首站和熱力站實施監控。改造項目包括將原有熱力站水-水換熱器、補水泵等設備拆除，進行站內管道的改造，安裝自動調節閥、現場控制器。2009年11月10日，所有改造工作全部完成，至11月30日全部調試完畢，正式投入運行。改造主要考慮采用混水泵旁通加壓、混水泵供水加壓兩種連接方式。
3.2 熱力站內流程
    熱力站原采用間接連接方式，見圖4。參照圖1，采用混水泵旁通加壓連接方式對熱力站內管道進行改造，并安裝現場控制器，改造后的熱力站流程見圖5。參照圖2，采用混水泵供水加壓連接方式對熱力站內管道進行改造，并安裝現場控制器，改造后的熱力站流程見圖6。
 

    原有循環泵成為混水泵，通過混水泵，將部分二級管網回水加壓后送入一級管網供水管，混合后形成二級管網供水，二級管網的另一部分回水作為一級管網的回水，拆除原換熱器及定壓補水裝置。這樣，根據用戶的用熱要求，通過電動調節閥自動調節一級管網的流量，從而調整供熱量。根據二級管網供回水的壓差，由變頻器調節混水泵的轉速，控制二級管網的供水壓力。
    在熱力站內一、二級供回水管道上設置溫度、壓力測點，并安裝流量傳感器、電動調節閥、變頻器，通過現場控制器控制循環泵轉速和電動調節閥相對開度，實現熱力站的自動運行。現場控制器與監控中心通過GPRS數據遠傳模塊進行通信，實現熱力站的遠程監控。監控中心造價為50×104元。將原有49座熱力站整合改造為30座熱力站，改造費用共計210×104元。
4 節能經濟性分析
    改造后，二級管網水力失調現象得到改善，所有用戶供水溫度均勻。通過監控中心可以遠程調節熱力站的運行參數，根據天氣變化情況使二級管網供水溫度自動控制在55～65℃，供熱系統運行穩定，取得了預期效果。分析計算中供暖期按130d計算，蒸汽價格按150元/t計算，電價按0.45元/(kW·h)計算。由于改造后二級管網補水由熱力首站承擔，改造前后的補水量及費用基本一致，因此在進行經濟性分析計算時，不涉及補水費用。
4.1 熱力首站
    ① 節汽費用
   2006—2010年各供暖期熱力首站耗汽量見表2。由表2可知，改造前3個供暖期(2006—2009年)年平均耗汽量為89779t/a，改造后2009—2010年供暖期年耗汽量為75 262t/a，比2006—2009年平均耗氣量節省14517t/a。經計算可得，年節省蒸汽費用為217.8×104元/a。
表2 2006—2010年各供暖期熱力首站耗汽量
供暖期
耗汽量/(t·a-1)
2006—2007年
86921
2007—2008年
100675
2008—2009年
81740
2009—2010年
75262
   ② 節電費用
   改造后，一級管網回水溫度與二級管網回水溫度相同，與間接連接方式比較，一級管網回水溫度大幅降低。在供熱量不變的前提條件下，一級管網供回水溫差增大，循環量減小，因此一級管網循環泵功率隨之下降[5]。
    改造前一級管網采用兩臺循環泵運行，功率分別為355、200kW，改造后只運行一臺循環泵(功率為355kW)。經計算可得，2006—2009年供暖期年平均電費為77.9×104元/a，改造后2009—2010年供暖期年電費為49.8×104元/a，每年可節省電費28.1×104元/a。
4.2 熱力站
    熱力站原循環泵功率共計320kW，改造后供暖期混水泵的輸入電流為額定值的50%左右，可實現節電量約50%。經計算可得，改造前熱力站年電費為50.0×104元/a，改造后年電費為22.5×104元/a，年節省電費為27.5×104元/a。
4.3 經濟性分析
    經計算可得，改造后每年可節省運行費用273.4×104元/a。此次改造工程總造價為260×104元，因此當年即可回收成本。
參考文獻：
[1] 王宏揚，李軍，劉兆軍.供熱系統混水連接形式及調節方法[J].煤氣與熱力，2009，29(10)：A15-A17.
[2] 高奉春，宋景發.}昆水連接方式在供熱系統的應用[J].煤氣與熱力，2008，28(5)：A24-A25.
[3] 張秀娟，李興泉，田貫三，等.混水連接和間接連接方式的對比分析[J].煤氣與熱力，2010，30(12)：A16-A18.
[4] 湯惠芬，范季賢.熱能工程設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1999：352-362.
[5] 石兆玉.供熱系統運行調節與控制[M].北京：清華大學出版社，1994：123-135.
 
(本文作者：呂來生1 周青2 劉向華2 1.臨沂市住房和城鄉建設委員會公用事業管理處 山東臨沂 276000；2.臨沂市恒源熱力有限公司 山東臨沂 276004)