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二次网平衡是热企迈向成功的第1步

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  • 发布时间:2020-07-08 15:15
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【概要描述】智能二次网平衡系统是采用用户室温+二网单元回温平衡方案,在楼栋单元典型用户家里安装室温采集器,在二次网楼栋单元前安装物联网动态平衡调节阀。此平衡阀具有供回水温度采集功能,平衡阀具有NB/Lora通讯模块,通过通讯基站将平衡阀数据实时传输给智慧热网平台(或云平台),运行人员可通过电脑或手机终端对智慧热网平台进行调控阀门。智慧热网平台具有全网平衡的软件策略,根据上传数据自动运行平衡策略,实现全网水力平

二次网平衡是热企迈向成功的第1步

【概要描述】智能二次网平衡系统是采用用户室温+二网单元回温平衡方案,在楼栋单元典型用户家里安装室温采集器,在二次网楼栋单元前安装物联网动态平衡调节阀。此平衡阀具有供回水温度采集功能,平衡阀具有NB/Lora通讯模块,通过通讯基站将平衡阀数据实时传输给智慧热网平台(或云平台),运行人员可通过电脑或手机终端对智慧热网平台进行调控阀门。智慧热网平台具有全网平衡的软件策略,根据上传数据自动运行平衡策略,实现全网水力平

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对于热力公司来讲,如何解决二次网水力失调问题一直以来都令人头疼不已,其中,投入成本是每一家供热企业管理者最为关注的重点,特别是今年受疫情和经济大环境冲击影响,资金极为紧张、供热企业采取各种手段开源节流以期实现良性运转。那么就借助下面的案例来详细探讨,如何在不购置、安装大量设备的前提下,实现二次网水力平衡及换热站节能降耗。

 

 

(一)庭院管网水力平衡调节部分

 

内蒙古呼伦贝尔地区位于中蒙俄边境,年平均气温0.7℃,冬季严寒期漫长,供暖期长达7个半月,历史最低气温零下五十摄氏度,为中国冬季气温最低的地区,素有中国冷极之称。与中国北方其它城市集中供热系统相比,如何在这种极寒地区、极为复杂的庭院管网、单座供热面积几十万平米的超大型换热站,用极短的时间快速完成二次网水力平衡工况精细化调节,而且是在不增加、更换任何阀门、只利用现有阀门进行调节的零改造投入的前提下,实现最大程度节热、节电效果,可见是一项极其具有挑战性的任务,在我国供热史上未有先例,能否打破记录,让我们接着往下看。

 

由于此案例的供热管网及热力站设计时间较早,如北方其他城市一样,整个热网超大型供热面积的换热站占比较多,各换热站二次网所带建筑物因保温结构、标准和采暖形式均不相同,新建节能建筑与老旧小区非节能建筑、挂暖与地暖系统共存,能耗需求指标不同、采暖用热方式不同;现有热网自控系统只覆盖到热力站层级的调控,在各热力站不同的、情况各异的庭院管网运行工况下,各站的二次网水力平衡调节十分不便。案例中两座换热站供热面积分别在四十万、三十万平米以上,且供热半径较大,受条件所限暂时无法采取拆分换热站的方法进行节能优化改造,为满足不利环路用户供热效果,只能采取大流量小温差的运行方式,从而带来供热系统整体能耗水平偏高、造成能源的浪费的问题。

 

各换热站二级网调节主要依靠人工辅助测温仪器、便携式流量计手动调节,采用系统的回水温度和流量作为判断依据,对各楼栋的主阀门进行调节,但由于热惰性的原因,每一次调节需等回水温度稳定后才能进行下一次操作,不但耗时耗力,而且难于掌握系统的变化规律、无法使系统管网达到水力平衡,因此无法保证调节效果。供热运行人员缺乏科学的方法和仪器来对情况不同热力站的支线管网、不同的用热建筑能耗、进行有针对性的平衡调节,无法及时有效的发现处理导致高能耗运行的关键节点和问题。

 

目前市场上常见的二次网水力平衡调节方案,主要采用传统的平衡阀、恒流阀或基于物联网电调阀、热计量表的户端(楼栋、单元)调控系统等。无论哪种方式,解决问题的前提都是装阀、需要购置安装和维护大量的设备,对于供热企业来讲这就意味着大量的财力投入。单位平米供热面积安装、调试投入成本在1到3元之间,而且还要面临较高设备后期维护、更换的综合成本,鲜有供热企业能够承受每年几百万、几千万元的投入来解决换热站二次网节能降耗问题。

 

 

此外,任何宣称“智能”、“智慧”的设备都离不开人的因素、都需要借助人来操作使用,因为最终人才是最智慧的,离开了人,设备只能是一堆废铜烂铁。而且现在还没有哪种智能的调节设备能够完全脱离开人独立运行,自己来分析判断复杂的庭院管网,比如建筑物类型、采暖用热形式、节能建筑、非节能建筑、每栋建筑物乃至于具体特殊用户的用热需求。完全的自动化、免维护智能调节,在现阶段未实现机器学习、神经网络、大数据计算前均如梦幻泡影。

 

由于供热系统中每座换热站都各不相同,即使站内设备配置相同,但是其错综复杂的庭院管网互相之间却差异很大。而目前供热行业沿用至今的水力平衡调节设备和能耗分析、运行调节控制策略均为基于上世纪九十年代的单一供热系统运行工况和采暖用热形式而研发,并不完全适用于现在复杂多样的供热采暖系统。其采用的流量、压差平衡策略和回水温度一致调节法,都是基于换热站所带建筑物、用户为同一类型或采暖方式的理想情况下为主,以同一尺度标准进行二级网平衡调节。

 

但是对于现实当中,多数换热站的二级网系统中节能建筑和老旧小区非节能建筑共存、还存在散热器与地暖混杂的情况,面对不同类型的建筑物、二级网敷设分布方式、不同的采暖用热形式以及用户不同的用热需求,采用单一调节方法无法根据具体情况有效合理平衡分配流量、热量,从而造成节电不节热、冷热不均情况无法有效解决、调节效果不佳等一系列新问题的出现。

 

(二)水力平衡调节应先于循环泵优化改造

 

从我们以往对换热站内压力损失测试结果总体情况来看,压力损失所占比例最大的是用户端的压力损失。换热站的电耗主要以循环泵电耗为主。水泵为整个输配系统提供的扬程,被循环过程中的各个部件和管道消耗。

 

大流量的运行在一定情况下能缓解系统热力工况的失调,但是大流量运行会需要大水泵、大热源、大能耗,还会增加设备的投资、降低系统的可调性。要实现降流量运行,首先要解决的就是如何有效的完成庭院管网的调节过程,初调节主要是依靠改变管道阻抗值来实现的,如果我们通过大泵换小泵将流量从3.5kg/(m2h)降为2.5 kg/(m2h),势必会导致有的换热站热力工况的严重失调,而供热系统热力失调的根本原因是水力失调即流量分配不均所致。因此消除系统热力失调最有效、最经济的方法应是对系统进行流量的精细化均匀性初调节。

 

 

二次网水力平衡调节是供热企业节能降耗工作中不可或缺的关键环节,对换热站的测试及能耗分析首先应建立于庭院管网处于初调节后,即较佳水力平衡工况之下,才能确保数据分析结果的准确性。

 

对于二次网循环泵的选型优化问题,许多供热运行人员简单的认为二次网循环泵选型优化,就是大泵换小泵那么简单,这样做虽然能够节约一部分电耗,但是用户冷热不均的问题依然存在、甚会更加恶化。任何不首先对二次网进行水力平衡调节,就贸然测试、计算选型、更换换热站二次网循环泵的方法,都是隔靴搔痒,治标不治本。

 

(三)零改造投入案例调节过程及效果展示

 

智慧供热不是花费巨额资金

安装一大堆“智能”设备去笨拙的实现

而是要用最少的设备、最便捷的方式、最低的投入

足以简单到即使任何一名普通水暖工

都能够很快上手熟练操作

在二次网水力平衡方面

几天内达到专家级水平

本案例实现方法是通过应用手机下载的智能供热云端调节系统APP,连接便携式热平衡模块测量各支线、楼栋、单元热量,由调节人员根据手机APP输入管径、建筑物面积、建筑物类型、采暖用热形式等参数,由云端大数据专家系统自动分析计算,返回三种最简化提示:“开阀”、“关阀”、“停止操作”,来手动操作调节阀门进行平衡调节,对阀门类型无特殊要求,闸阀、蝶阀、球阀均可。

普通运行维修人员通过简单培训即可熟练操作,达到甚至超过供热专家级别的水力平衡技能水平。通常情况下30万平米以上换热站两名工作人员用一到两天时间就可以将二次网调节平衡,10万平米左右及以下换热站用几个小时就可以调节平衡,应用智能供热云端调节系统APP及热平衡模块只需对庭院管网调节1次,即可快速有效建立水力平衡工况。

 

通过下面两座典型换热站的调节案例,一号站及二号站均有效改善了楼栋水力失调度,在各楼栋回水温度接近一致的情况,同时达到了缩小用户间室内温度的目的,并通过水力平衡调节找出了两座换热站不同的节能关键点,通过在建立水力平衡工况的基础上对换热站二次网循环泵进行倒泵运行(停热后重新匹配更换循环泵),达到了大幅节电节热的目的。

 

1、 一号站

供热面积41万㎡,供热半径1公里,2018-2019年度采暖期电耗2.4KWh/㎡·采暖期,我们通过两天的精细化水力平衡调节与热力站运行工况测试,调节前后对比情况如下:

2、二号站

供热面积32万㎡,供热半径0.7公里,2018-2019年度采暖期电耗2.2KWh/㎡·采暖期,我们通过两天的精细化水力平衡调节热力站运行工况测试,调节前后对比情况:

调节前,水力失调度前端最高达到3.12,末端最低达到0.59,在满足末端供热效果的前提下,前端过量供热现象十分严重。

 

调节后,在解决了末端用户热量不足、供热效果获得改善的前提下,有效控制了前端用户过量供热的问题。

 

 

平衡调节前1号站各支线回水温度最高36.6℃,最低30.2℃,回水温度最高与最低之间差值达6.4℃(±3.2℃);平衡调节后1号站各支线回水温度最高33.2℃,最低31.0℃,回水温度最高与最低之间差值2.2℃(±1.1℃);

 

平衡调节前2号站各支线回水温度最高36.2℃,最低28.4℃,回水温度最高与最低之间差值达7.8℃(±3.9℃);平衡调节后2号站各支线回水温度最高31.6℃,最低30.4℃,回水温度最高与最低之间差值1.2℃(±0.6℃);

 

 

调节完成后组织人员对两座换热站的典型用户进行了测温,每条支线上选取支线前端、中端、末端3户热用户进行室温测量(包含居民用户、公用户、一楼商厅)。

 

一号站:测温支线共计26条,抽查测温用户67户,整体平均室内温度为23.6℃。热用户室内温度高于23.6℃的有42户,室温低于于23.6℃度的有25户,其中低于22℃的有7户。

 

二号站:测温支线共计10条,抽查测温用户30户,整体平均室内温度为24℃。热用户室温低于24℃度的有11户,室温高于24℃的有19户。

 

根据测温数据我们可以看出用户室内温度整体达到了基本平衡,以往末端只有18℃的用户室温得到较大改善,这两个站节热量可达10%左右。

 

 

(四)水力平衡调节后对换热站进行分析测试及优化

 

(1)换热站运行设备合理选型优化

 

运行设备设计参数与实际运行工况不符导致设备运行效率低下,造成能源浪费。匹配合理的运行设备是降低能耗的重要手段之一。

 

①一号站:在严寒期循环流量的工况下,换热站二次网总损失为29m。站内实际匹配循环水泵的扬程分别为32m和40m。

②二号站:在严寒期循环流量的工况下,换热站二次网总损失为18m。站内实际匹配循环水泵的扬程分别为28m和32m。

 

(2)减小站内局部阻力

 

换热站局部阻力过大是造成运行电耗过高的原因之一,这部分阻力完全是多余的阻力,通过对站内系统进行优化改造完全可以将这部分阻力大幅降低。

 

①一号站在严寒期循环流量的工况下,庭院管网损失13m,站内损失为16m,其中换热器的损失为3m,其它损失为13m。

优化后可降低水泵扬程至18m,其中庭院管网损失13m、热力站内损失5m,

 

②二号站在严寒期循环流量的工况下,庭院管网损失7m,站内损失为11m,其中换热器的损失为3m,其它损失为8m。

优化后可降低水泵扬程至12m,其中庭院管网损失7m、热力站内损失5m

 

在二次网水力平衡调节后,对换热站的站内系统进行合理优化,以及对二次网循环泵进行重新选型匹配,还可以大幅降低换热站电耗。

 

最后,如果您认为我们这个平台仅仅是一个

强大的二次网水力平衡调节系统

那您想的可就太简单了

它既是一个硬件平台也是一个软件平台

二次网水力平衡仅仅是我们这个云平台里

其中的一项软件功能模块

借助手机APP连接云端平台可以一机多用!

可以让便携式热平衡硬件模块

随时变身为4种不同功能的设备:

1.水损监测仪

2. 换热站能耗分析仪

3.热量计

4.超声波流量计

 

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