熱水輸送系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

韓軍 肖敦紅 李衛(wèi)軍 王金明 李國義 周俊

（大港油田第三礦區(qū)管理服務(wù)公司，天津大港 300280）

一、前言

隨著供熱技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，供熱技術(shù)水平不斷提高，供熱單耗逐年下降。在熱水輸送系統(tǒng)上，逐步使用了很多新技術(shù)，使萬平米電功率有了明顯下降。本文作者根據(jù)多年供熱運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了目前熱水輸送系統(tǒng)中存在的能源浪費(fèi)現(xiàn)象及原因，介紹了針對這些現(xiàn)象和原因的優(yōu)化解決方案以及實(shí)際應(yīng)用效果。

二、當(dāng)前熱水輸送系統(tǒng)常見的電能浪費(fèi)現(xiàn)象和原因分析

通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大部分供熱系統(tǒng)的熱水輸送仍然采用的是直供水方式。這里所說的直供水方式是指鍋爐（換熱器）出水不與回水進(jìn)行混合而直接用于供暖的供熱方式，該方式的一個典型特點(diǎn)是鍋爐（換熱器）出水總流量等于系統(tǒng)回水流量。在這種方式下，存在以下幾種電能浪費(fèi)的現(xiàn)象和原因：

1、鍋爐（換熱器）循環(huán)水量超過額定流量致使鍋爐（換熱器）阻力增大

在現(xiàn)實(shí)中，很多供熱系統(tǒng)的循環(huán)水量都大于，有的甚至成倍大于鍋爐（換熱器）額定循環(huán)水量之和。如果把總循環(huán)水量不作處理地分配到每臺鍋爐（換熱器），大多數(shù)鍋爐（換熱器）本體的循環(huán)水量都會高于額定的流量，這樣會導(dǎo)致兩個問題，一是可能造成設(shè)備內(nèi)部水力分配不均導(dǎo)致爆管，二是使設(shè)備阻力損失成平方關(guān)系地高于設(shè)備額定阻力損失：當(dāng)鍋爐（換熱器）的循環(huán)水量是額定流量的2倍時，鍋爐（換熱器）本體的阻力損失就會是額定阻力損失的4倍。

2、循環(huán)水泵動力浪費(fèi)現(xiàn)象在一個供熱系統(tǒng)的大多數(shù)環(huán)路中存在

無論環(huán)路負(fù)荷大小、距離遠(yuǎn)近，所有環(huán)路都由一臺（組）循環(huán)水泵提供循環(huán)動力，且在循環(huán)水泵（組）揚(yáng)程和流量的選取上，都以滿足最不利環(huán)路需求為標(biāo)準(zhǔn)，必然地造成了各環(huán)路間的水力失調(diào)，雖然近年來推廣使用管路平衡閥、流量控制器等方式來解決水力失調(diào)問題，但這種解決方式仍然是以增加有利環(huán)路阻力的方法來進(jìn)行的，所以，循環(huán)水泵所提供的動力對大多數(shù)環(huán)路而言都是偏高的，這樣就造成了輸送電能的浪費(fèi)。

3、多臺循環(huán)水泵并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行造成泵效下降

由于水泵制造技術(shù)的限制和其它原因，原來很多規(guī)模較大的供熱系統(tǒng)都采用多臺循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行的方式來提供足夠的流量，在水力條件比較惡劣地環(huán)路采用中繼加壓泵方式 （實(shí)際上是水泵串聯(lián)）來提供足夠的揚(yáng)程。多臺泵并聯(lián)（或串聯(lián)）運(yùn)行時的實(shí)際參數(shù)是由水泵并聯(lián)（或串聯(lián)）后的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)所決定的，眾所周知，并聯(lián)（或串聯(lián)）后的泵效低于相同工況下單泵泵效。

4、循環(huán)水泵出口安裝止回閥增加了管網(wǎng)局部阻力

一般認(rèn)為，循環(huán)水泵出口安裝止回閥主要是起到防止水擊損壞設(shè)備的作用，但作者認(rèn)為，在循環(huán)泵的進(jìn)出口母管之間加裝帶有止回閥的旁通管可以更好地防止水擊產(chǎn)生的危害。循環(huán)泵出口的止回閥會在管路中造成較大的局部阻力，進(jìn)而消耗電能，而后者不會產(chǎn)生阻力損失。作者在不同規(guī)模的供熱系統(tǒng)中做過多年試驗(yàn)，取消泵出口止回閥后并未見造成明顯的后果。所以作者認(rèn)為，在35萬平米以下的供熱系統(tǒng)中取消循環(huán)泵出口止回閥的做法是可行的。

5、循環(huán)泵進(jìn)出口不安裝擴(kuò)散管導(dǎo)致管網(wǎng)沿程阻力增大

大部分循環(huán)水泵由于結(jié)構(gòu)原因，制作時泵體的出口法蘭公稱直徑小于進(jìn)口法蘭公稱直徑。我們在設(shè)計(jì)安裝循環(huán)泵時大多數(shù)都不對配管的大小做經(jīng)濟(jì)比摩阻驗(yàn)算，而是按照水泵進(jìn)出口法蘭大小直接配管。在一般情況下，按照水泵流量驗(yàn)算，循環(huán)水泵進(jìn)口配管往往比經(jīng)濟(jì)比摩阻稍大一些，而出口的配管卻大大超過經(jīng)濟(jì)比摩阻，長時間運(yùn)行浪費(fèi)了大量電能。

6、循環(huán)水泵的揚(yáng)程選取偏高現(xiàn)象普遍存在

循環(huán)水泵揚(yáng)程偏高是供熱系統(tǒng)普遍存在的問題，這是供熱系統(tǒng)電能浪費(fèi)最嚴(yán)重的地方。之所以會出現(xiàn)這種情況，其主要原因是設(shè)計(jì)人員“寧大勿小”的心理使之在套用相關(guān)規(guī)范時采用 “上線疊加”，再乘以安全系數(shù)的做法照成的。在大多數(shù)時候，這種現(xiàn)象難以避免。

三、熱水輸送系統(tǒng)節(jié)能技改的思路和方法

1、將直供水方式改造成為混水直供方式。這里所說的混水直供方式，是指鍋爐（換熱器）出水與部分回水進(jìn)行混合后供暖的供熱方式，該方式的一個典型特點(diǎn)是鍋爐（換熱器）出水總流量一般小于系統(tǒng)回水量。

改造的總體思路是改變以往循環(huán)泵選擇以最不利環(huán)路為依據(jù)的做法，做到分環(huán)路循環(huán)，盡量減少循環(huán)泵總功率，以節(jié)約電能。改造的具體做法是：熱源水單獨(dú)循環(huán)，各環(huán)路單獨(dú)循環(huán)，各個環(huán)路分別計(jì)算，分別配備適合于本環(huán)路工況需求的循環(huán)泵。具體原理圖如下：

如圖所示，鍋爐循環(huán)泵從各環(huán)路總回水管上抽取適量回水送到鍋爐進(jìn)行加熱，然后再從各環(huán)路循環(huán)泵前混入環(huán)路循環(huán)回水，使環(huán)路循環(huán)水溫提高，從而保證供暖。

這樣，鍋爐循環(huán)泵只負(fù)責(zé)克服鍋爐阻力，各環(huán)路循環(huán)泵單獨(dú)克服本環(huán)路阻力。通過合理選擇鍋爐循環(huán)泵參數(shù)和變頻調(diào)節(jié)，可以使鍋爐流量、溫差均達(dá)到滿負(fù)荷，通過合理選擇各環(huán)路循環(huán)泵參數(shù)和變頻調(diào)節(jié)，可以方便地調(diào)節(jié)各環(huán)路的各種運(yùn)行指標(biāo)，達(dá)到在滿足供暖要求的情況下，盡量減少循環(huán)泵功率的目的。

在各環(huán)路循環(huán)泵轉(zhuǎn)速不變，閥門開度不變，補(bǔ)水量充足的情況下，泵的運(yùn)行曲線不變，管路特性曲線不變，所以，二者的交點(diǎn)，即環(huán)路運(yùn)行平衡點(diǎn)不變，也就是說，不論本環(huán)路以外的其它各種參數(shù)如何變化，本環(huán)路的總循環(huán)量是基本恒定的。因此，各環(huán)路被鍋爐循環(huán)泵抽走的水量始終等于鍋爐循環(huán)泵注入環(huán)路的熱水量，整個系統(tǒng)水量能夠保持相對平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過適當(dāng)合并工況近似環(huán)路，通過優(yōu)化管道工藝流程等方式方法，達(dá)到設(shè)備相互備用、降低設(shè)備數(shù)量的目的，以減少占地，降低初期投資或改造成本。

2、安裝鍋爐（換熱器）旁通管。除上述分環(huán)路供水的方式外，還可采用從循環(huán)泵出口安裝旁通管至分水器的做法來實(shí)現(xiàn)混水供熱方式，該方式的主要作用是在無法減少系統(tǒng)總流量或鍋爐 （換熱器）運(yùn)行臺數(shù)調(diào)整時，盡量控制鍋爐（換熱器）循環(huán)水量在額定值?？刂频姆绞绞窃谂酝ü苌习惭b調(diào)節(jié)閥門和減壓閥，有條件地還可以安裝流量計(jì)，通過閥門調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。這樣，既能保證設(shè)備處于額定工作狀態(tài)以提高工效，又能防止設(shè)備內(nèi)部發(fā)生水力失調(diào)危及設(shè)備安全，還能減少不必要的阻力損失以降低能耗。

3、大力推行單臺泵獨(dú)立運(yùn)行方式。隨著水泵制造技術(shù)的發(fā)展，單泵功率得以逐步提升，單泵提供的流量和揚(yáng)程也不斷放大，很多供熱系統(tǒng)已經(jīng)可以通過優(yōu)選循環(huán)水泵的方式實(shí)現(xiàn)單泵運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，盡可能不采用多臺泵并聯(lián)使用，即使并聯(lián)使用，也盡可能降低并聯(lián)臺數(shù)。

4、優(yōu)化泵的連接工藝。采取取消泵出口止回閥、泵出口閥門采用阻力較小的蝶閥、在泵的進(jìn)出口安裝擴(kuò)散器且使泵的進(jìn)出口管徑一致、在泵進(jìn)出口管道與母管連接處盡可能采取斜三通代替直角丁字形三通等方式，盡量減少阻力損失。

5、合理選擇循環(huán)泵的揚(yáng)程。在以上四種解決思路和方法的基礎(chǔ)上，參照原有系統(tǒng)的循環(huán)泵進(jìn)出口壓差及下表，合理確定系統(tǒng)或環(huán)路阻力，合理確定循環(huán)泵參數(shù)，再配以變頻調(diào)節(jié)，達(dá)到降低循環(huán)泵總功率的目的。

在調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，大部分供熱系統(tǒng)每萬平米電功率都超過5KW，甚至達(dá)到了8KW，遠(yuǎn)超出上表給出的狀態(tài)參數(shù)，因此作者認(rèn)為，目前還需要大力推進(jìn)供熱系統(tǒng)節(jié)能技改。

需要說明的是，上述節(jié)能技術(shù)改造措施，除了重新選用熱水循環(huán)泵以外，大部分技改措施投入都不大，并且見效較快。

四、熱水輸送系統(tǒng)節(jié)能技改的應(yīng)用及效果

2010 年，我們將上述節(jié)能技改的思路和方法運(yùn)用于大港油田華幸鍋爐房，取得了非常明顯的效果，見到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1、節(jié)能技改前鍋爐房系統(tǒng)狀況

華幸鍋爐房座落于大港油田華幸小區(qū)，除承擔(dān)華幸小區(qū)28萬m2的供暖面積外，還用一個單獨(dú)環(huán)路承擔(dān)與之相距2.6km的華福小區(qū)6萬m2供暖面積。 鍋爐房有三臺參數(shù)為 Q＝670 m3／h，H＝70m，P＝185kW的熱水循環(huán)泵，正常情況下啟用兩臺備用一臺，循環(huán)泵進(jìn)出口管道按照其法蘭直徑配管，并在每臺循環(huán)泵出口安裝止回閥。在華福小區(qū)啟用一臺參數(shù)為 Q＝150 m3／h，H＝44m，P＝30Kw 的中繼加壓泵。系統(tǒng)循環(huán)流量1450 m3／h，單臺鍋爐流量超出額定流量30%。

整個供暖系統(tǒng)分為五個環(huán)路，采用直供水方式。循環(huán)泵揚(yáng)程設(shè)計(jì)按照滿足華福環(huán)路為標(biāo)準(zhǔn)，其它四個環(huán)路出口安裝調(diào)壓閥來控制出口壓力，造成壓頭浪費(fèi)較大。既使如此，環(huán)路間水力失調(diào)現(xiàn)象仍然較嚴(yán)重，華福環(huán)路供暖流量不足，供暖效果不理想。

2、節(jié)能技改的主要內(nèi)容

按照上述思路和方法，主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)改造：一是改直供水方式為混水直供方式，二是改泵并聯(lián)運(yùn)行為單泵運(yùn)行（一用一備），三是去掉泵出口止回閥，四是安裝了循環(huán)泵擴(kuò)散管并盡量增大泵進(jìn)出口管徑，五是所有泵均采用變頻調(diào)節(jié)。

3、節(jié)能技改后的效果：

熱水輸送系統(tǒng)泵總功率由原有的400kw下降到254kw。由于采用了增加擴(kuò)散器、取消泵出口單流閥、增容總出口母管的口徑、改善出口系統(tǒng)斜三通連接方式等技術(shù)手段，進(jìn)一步降低了管道阻力，通過變頻調(diào)節(jié)，改造后總節(jié)電達(dá)到了55萬度/采暖期。

通過優(yōu)選循環(huán)泵，取消了華福中繼泵站，減少了4名中繼泵站值班人員，進(jìn)而減少了供暖成本。

華福小區(qū)供暖效果較改造前要好，平均供暖室內(nèi)溫度提高了近3℃，創(chuàng)造了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

五、結(jié)束語

把供暖系統(tǒng)循環(huán)水直供輸送方式改造成為混水直供方式，并對循環(huán)水泵的安裝實(shí)施本文所提到的技術(shù)改造，勢必大幅降低供暖企業(yè)的總體電耗。在改造投資資金相對寬裕的情況下，再對循環(huán)水泵的選型及運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化，會進(jìn)一步減少企業(yè)電能損耗。