挖掘供熱熱源節(jié)電潛力

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(1.黑龍江省龍聚科技發(fā)展有限責(zé)任公司，哈爾濱 150001；2.哈爾濱國(guó)安特種設(shè)備技術(shù)服務(wù)有限公司，哈爾濱 150000)

挖掘供熱熱源節(jié)電潛力

劉鳳玲，趙新宇

(1.黑龍江省龍聚科技發(fā)展有限責(zé)任公司，哈爾濱 150001；2.哈爾濱國(guó)安特種設(shè)備技術(shù)服務(wù)有限公司，哈爾濱 150000)

供熱企業(yè)是電耗大戶，若熱源動(dòng)力設(shè)備選型不當(dāng)，很容易造成電能的大量浪費(fèi)。必需嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，強(qiáng)化施工監(jiān)管，確保設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量。供熱行業(yè)中熱源節(jié)電節(jié)能的潛力無(wú)處不在，新技術(shù)、新工藝層出不窮，企業(yè)開源節(jié)流、挖潛增效迫在眉睫。

供熱系統(tǒng)；電耗；循環(huán)泵；節(jié)能

0 前 言

對(duì)于供熱企業(yè)來(lái)說(shuō)，要生存、發(fā)展必須充分重視供熱質(zhì)量、經(jīng)營(yíng)管理、熱費(fèi)收繳和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面的問題，這些問題是互相關(guān)聯(lián)、缺一不可的，否則會(huì)給企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益帶來(lái)不良影響。電耗在供熱成本中所占比例很大，目前供熱熱源系統(tǒng)的電耗過(guò)大、電能浪費(fèi)是一個(gè)嚴(yán)重問題。

供熱企業(yè)的各種水泵、風(fēng)機(jī)、上煤及粉碎、出渣、氣力輸送、照明等都消耗電能。如果動(dòng)力設(shè)備選型不當(dāng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，極易造成電能的大量浪費(fèi)。一些先進(jìn)的供熱企業(yè)熱網(wǎng)循環(huán)水泵每平方米面積的電耗只有0.5～0.75 W。但許多企業(yè)卻超過(guò)了3～4倍，電能浪費(fèi)非常嚴(yán)重。

經(jīng)多方調(diào)查、研究，供熱熱源目前存在多種節(jié)能節(jié)電潛力可以挖掘，具體分析如下。

1 鍋爐主輔機(jī)設(shè)備選型

供熱鍋爐主機(jī)設(shè)備選型必須與燃料相適應(yīng)，滿足各項(xiàng)要求，確保鍋爐熱工性能、環(huán)保性能、水動(dòng)力性能最佳。主輔機(jī)設(shè)備布置應(yīng)合理，相關(guān)輔機(jī)選型配置要科學(xué)，特別是除塵設(shè)備選擇既要滿足環(huán)保要求，又要盡量減少系統(tǒng)阻力損失。煙風(fēng)道、管道長(zhǎng)度、截面積及彎頭數(shù)量、入口導(dǎo)向等等力求合理，以減少水動(dòng)力及煙風(fēng)阻力,滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，降低水泵、鼓引風(fēng)機(jī)類配套功率，降低動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行電耗。

鍋爐配套風(fēng)機(jī)應(yīng)選擇高效節(jié)能和低噪聲的風(fēng)機(jī)，對(duì)于大功率風(fēng)機(jī)盡量選擇高壓風(fēng)機(jī)。風(fēng)量、風(fēng)壓應(yīng)根據(jù)鍋爐的額定出力、燃料品種、燃燒方式和煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力計(jì)算數(shù)據(jù)確定。

2 熱網(wǎng)循環(huán)泵選擇

供熱鍋爐房的循環(huán)水泵是供熱系統(tǒng)的心臟，它擔(dān)負(fù)著驅(qū)動(dòng)熱媒傳遞熱能的功能，其選用的動(dòng)力設(shè)備匹配是否合理，直接影響著輸送效果和能耗的高低。由泵的并聯(lián)工況可知，單臺(tái)泵運(yùn)行效率要高于多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行。但目前許多設(shè)計(jì)者都習(xí)慣選擇二用一備、三用一備，甚至多用一備的方式，有時(shí)不但達(dá)不到所需要流量，而且造成了電能的巨大浪費(fèi)。合理的設(shè)計(jì)是在每種工況下盡量單臺(tái)泵運(yùn)行。因此可根據(jù)運(yùn)行的工況，在同一個(gè)熱源或熱力站中同時(shí)選擇兩種不同型號(hào)的水泵。

(1)正確認(rèn)識(shí)水泵并聯(lián)運(yùn)行工況

單臺(tái)泵運(yùn)行效率要高于多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行，但目前較普遍存在多臺(tái)循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行的方式。

如某熱電廠首站經(jīng)過(guò)多次技術(shù)改造，陸續(xù)配備了13臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，實(shí)際參與運(yùn)行的循環(huán)泵有五六臺(tái)之多，此現(xiàn)象與節(jié)電節(jié)能國(guó)策背道而馳。目前大功率雙吸泵參數(shù)完全可以滿足選型要求，應(yīng)力求選擇單臺(tái)泵運(yùn)行(一備一用)其效率最高。

循環(huán)水泵的選擇應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷和循環(huán)阻力的計(jì)算確定，循環(huán)水泵的匹配可以選用參數(shù)不同的產(chǎn)品，其中一臺(tái)為設(shè)計(jì)額定負(fù)荷參數(shù)，另一臺(tái)按設(shè)計(jì)參數(shù)的60%選擇，使循環(huán)水量在50%～100%設(shè)計(jì)負(fù)荷間調(diào)節(jié)，當(dāng)循環(huán)水量在50%～70%設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)阻力會(huì)大幅度地縮小，電機(jī)配套功率成幾何級(jí)數(shù)降低，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)為供熱系統(tǒng)分階段進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)和間歇調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件，以滿足采暖期不同室外溫度下的運(yùn)行節(jié)能要求。

(2)熱源循環(huán)水泵選擇問題

熱源的循環(huán)水泵必須同時(shí)滿足熱網(wǎng)和熱源鍋爐安全運(yùn)行的共同要求，在熱水鍋爐集中供熱系統(tǒng)不應(yīng)采取一臺(tái)爐配一臺(tái)泵，多臺(tái)爐配多臺(tái)泵的形式。這樣幾臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行后實(shí)際上既不能滿足鍋爐的要求，也不能滿足熱網(wǎng)的要求，許多工程技術(shù)人員認(rèn)為多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行其流量是各泵銘牌流量之和，實(shí)際上絕不是簡(jiǎn)單的代數(shù)和關(guān)系。

鍋爐的節(jié)電節(jié)能措施還有很多，如：提高鍋爐燃燒效率的各種措施，鍋爐增加分層分行分段給煤的措施，防止鍋爐水垢煙垢，鍋爐鼓引風(fēng)系統(tǒng)加裝變頻調(diào)速器等。對(duì)于熱水鍋爐采暖重要的是如何實(shí)現(xiàn)鍋爐在額定循環(huán)水量工況下安全運(yùn)行，節(jié)約電能，又不影響熱網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)總循環(huán)水量要求。

(3)鍋爐與熱網(wǎng)循環(huán)水量關(guān)系

每臺(tái)熱水鍋爐在設(shè)計(jì)中都給定了額定循環(huán)水量和供回水溫度。鍋爐循環(huán)水的總阻力損失就是在這個(gè)循環(huán)水量的情況下計(jì)算出來(lái)的，一般都不超過(guò)0.1 MPa。而整個(gè)供熱系統(tǒng)的總循環(huán)水量是根據(jù)系統(tǒng)的供熱負(fù)荷、管網(wǎng)投資、管網(wǎng)技術(shù)狀況、運(yùn)營(yíng)成本需求來(lái)合理確定供回水溫差。熱網(wǎng)總循環(huán)水量往往與幾臺(tái)鍋爐額定循環(huán)水量之和不同。

熱水鍋爐的額定循環(huán)水量是根據(jù)鍋爐供回水溫差等參數(shù)設(shè)計(jì)得出，且經(jīng)過(guò)水動(dòng)力計(jì)算，是確保熱水鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)條件。若循環(huán)水量過(guò)大，則鍋爐阻力增加，使鍋爐水阻力損失大大增加。當(dāng)鍋爐的實(shí)際循環(huán)水量達(dá)到了額定循環(huán)水量2倍時(shí)，鍋爐本體的水循環(huán)阻力就是額定阻力損失的4倍，而此時(shí)用于克服鍋爐水循環(huán)阻力的電耗就會(huì)是額定電耗的8倍，此時(shí)循環(huán)泵工作點(diǎn)偏移，電耗增加；循環(huán)水量過(guò)小，鍋爐阻力降低，水動(dòng)力性能惡化，鍋爐會(huì)出現(xiàn)過(guò)冷沸騰現(xiàn)象，易造成爆管等事故，危及鍋爐安全運(yùn)行，同時(shí)循環(huán)泵工作點(diǎn)也偏移，流量過(guò)大，電機(jī)電流增加，易燒毀電機(jī)。

如何處理好鍋爐與外網(wǎng)循環(huán)水量之間的關(guān)系相當(dāng)重要，通常的解決辦法是在循環(huán)水泵與鍋爐的供回水干管之間加設(shè)一個(gè)旁通管。

例如某鍋爐房設(shè)置三臺(tái)58 MW熱水鍋爐，鍋爐供回水溫度為130/70 ℃，鍋爐理論循環(huán)水量約為Gg=800 m3/h，三臺(tái)鍋爐合計(jì)流量為2 400 m3/h。若外網(wǎng)的循環(huán)水量Gz=4 800 m3/h，調(diào)節(jié)旁通管調(diào)節(jié)閥的開度，使流經(jīng)旁通管的循環(huán)水量為2 400 m3/h。而此時(shí)鍋爐本體的供回水溫差為60 ℃，而熱網(wǎng)的供水溫度實(shí)際為鍋爐供水溫度與系統(tǒng)回水溫度的混合，熱網(wǎng)運(yùn)行溫度參數(shù)為100/70 ℃，此時(shí)熱網(wǎng)供回水溫差為30 ℃，這樣鍋爐本體的水循環(huán)阻力為設(shè)計(jì)值。

旁通管管徑的大小應(yīng)根據(jù)流經(jīng)旁通管水量的大小來(lái)確定，旁通管比摩阻宜選擇200～250 Pa，以便同鍋爐阻力匹配，降低造價(jià)。

提高供回水溫差是節(jié)電的重要途徑，根據(jù)熱量計(jì)算公式：Q=G×C×(Tg-Th)可知，當(dāng)供熱系統(tǒng)向熱用戶提供相同的熱量時(shí)，供回水溫差△T與循環(huán)水量G成反比例關(guān)系，即系統(tǒng)的供回水溫差越大，則循環(huán)水量就越小，水泵的電耗就會(huì)相應(yīng)降低。為了進(jìn)一步減小供熱循環(huán)系統(tǒng)的總阻力損失，做到節(jié)電節(jié)能，供回水溫差易選擇較大值，可降低一次投資和運(yùn)行費(fèi)用。

3 采用變頻調(diào)速技術(shù)

(1)合理采用變頻調(diào)速技術(shù)

采暖期隨室外溫度變化各階段需要熱負(fù)荷不同，嚴(yán)寒季節(jié)鍋爐熱負(fù)荷大，鼓引風(fēng)機(jī)、熱網(wǎng)循環(huán)泵等運(yùn)行接近額定參數(shù)，而在采暖期的初期和末期供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷低，鍋爐動(dòng)力設(shè)備需要調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，以往是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板的開度或調(diào)整泵出口閥門的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣人為地加大阻力，使動(dòng)力設(shè)備在不同負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)功率也基本保持不變，這種“低負(fù)荷、高消耗”造成電能的很大浪費(fèi)。采用變頻調(diào)速技術(shù)可以通過(guò)變頻調(diào)速改變電機(jī)的輸入頻率，進(jìn)而調(diào)整鼓、引風(fēng)機(jī)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)。在實(shí)際運(yùn)行中，可以根據(jù)環(huán)境溫度通過(guò)變頻器來(lái)自動(dòng)設(shè)定鼓、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵最大技術(shù)參數(shù)，同時(shí)調(diào)節(jié)給煤量，從而達(dá)到“低負(fù)荷、低消耗”運(yùn)行的目的，隨室外溫度變化調(diào)節(jié)鍋爐熱負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能目的。

供熱熱源熱水鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等主要耗電設(shè)備由工頻改為變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。設(shè)備采用變頻節(jié)電的同時(shí)，大大減小了對(duì)機(jī)械和電網(wǎng)電流的沖擊，提高了設(shè)備啟、停的安全性。采用設(shè)備變頻技術(shù)以后，供熱熱源節(jié)電明顯,比單純工頻設(shè)備節(jié)能30%左右。

(2)不可盲目采用變頻技術(shù)

變頻并不是萬(wàn)能的，加裝變頻器是在原動(dòng)力設(shè)備特性曲線的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。變頻器的選擇，如采用通用型的，其功率應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備電機(jī)功率相一致。例如對(duì)于流量和揚(yáng)程同時(shí)偏大的泵，也可以采用增加變頻器或車削葉輪的方法解決。但對(duì)于只是揚(yáng)程偏高，而流量合適或偏小的泵，只能更換動(dòng)力設(shè)備，不能用加裝變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楫?dāng)電的頻率降低時(shí)，動(dòng)力設(shè)備的揚(yáng)程和流量會(huì)同時(shí)降低，使本來(lái)偏小的參數(shù)偏差更大。

變頻調(diào)節(jié)必須在原動(dòng)力設(shè)備特性曲線的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)電。對(duì)于那些動(dòng)力設(shè)備型號(hào)同實(shí)際需要相差甚大，必須重新選型才能達(dá)到根本的節(jié)電，盲目加裝變頻器的做法不可取。

4 循環(huán)水泵出口不宜加裝設(shè)止回閥

在給排水系統(tǒng)中，給水泵或排水泵出口設(shè)止回閥是必要的。因?yàn)檫@些系統(tǒng)都是開式系統(tǒng)，都是把水由低處往高處送，或者把水從低壓處送往高壓處。停泵時(shí)如果沒有止回閥，則水會(huì)倒流。而供熱系統(tǒng)是一個(gè)閉式系統(tǒng)，循環(huán)水泵的作用是克服網(wǎng)路的循環(huán)阻力，使水在網(wǎng)路中循環(huán)。當(dāng)水泵停止工作時(shí)，水泵兩側(cè)的壓強(qiáng)相等，不會(huì)作反向流動(dòng)。因此安裝止回閥只會(huì)增加網(wǎng)路的阻力，無(wú)謂的消耗電能。熱源和換熱站的循環(huán)水泵出口都可不設(shè)止回閥。但直供混水系統(tǒng)的混水泵和回水加壓泵，同補(bǔ)水系統(tǒng)與給水系統(tǒng)一樣，泵的出口應(yīng)設(shè)止回閥。

對(duì)于多臺(tái)水泵并聯(lián)安裝的情況，按離心水泵操作規(guī)程，不工作的水泵應(yīng)關(guān)閉水泵進(jìn)出口閥門，不需要由止回閥起隔離作用。

5 降低動(dòng)力設(shè)備進(jìn)出口阻力

動(dòng)力設(shè)備進(jìn)出口阻力的大小取決于動(dòng)力設(shè)備進(jìn)出口各種元器件的阻力和進(jìn)出口管道的阻力。正常情況下，從動(dòng)力設(shè)備入口管與母管連接處到動(dòng)力設(shè)備出口與系統(tǒng)母管的連接處，之間的阻力損失在30～60KPa之間，而實(shí)際在供熱系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備中，這個(gè)阻力多達(dá)到50～100 kPa之間。

一般情況下動(dòng)力設(shè)備的出口比進(jìn)口截面積要小，例如鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣流速在15～20 m/s，出口煙氣流速在25～45 m/s；循環(huán)泵進(jìn)口的介質(zhì)流速在2．5～3 m/s，出口的水流速度一般3～4 m/s， 上述出口介質(zhì)流速均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)計(jì)值，因此須作擴(kuò)徑處理，降低介質(zhì)出口流速，在條件許可的情況下，動(dòng)力設(shè)備進(jìn)出口的管徑應(yīng)盡量加大，減少損耗節(jié)約電能。

6 動(dòng)力設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行問題

動(dòng)力設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行工況普遍存在，如多臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)共用一個(gè)煙橋，多臺(tái)水泵共用一個(gè)匯水集箱。下面以多臺(tái)水泵共用一個(gè)匯水集箱為例分析：

循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口都裝設(shè)匯水集箱，當(dāng)總出水管設(shè)置在匯水集箱端部時(shí)，靠近匯水集箱總出口位置的循環(huán)泵(1#)出口與匯水集箱連接處要裝設(shè)水流導(dǎo)向裝置，最好幾臺(tái)并聯(lián)循環(huán)泵出口處三通均裝設(shè)導(dǎo)向裝置，如圖1所示。

圖1 循環(huán)水泵并聯(lián)三通連接導(dǎo)流裝置

若循環(huán)水泵并聯(lián)，靠近匯水集箱總出口位置的循環(huán)泵出口與匯水集箱連接處不裝設(shè)導(dǎo)流裝置，如圖2所示，當(dāng)只有1#循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，由于泵出口壓頭相當(dāng)高，一般都在幾十米，此時(shí)不設(shè)導(dǎo)流裝置，進(jìn)入?yún)R水集箱內(nèi)的高揚(yáng)程水柱，直接沖擊正前方匯水集箱管壁，然后左右分流，實(shí)際上分流到左側(cè)動(dòng)能是靠左側(cè)封頭產(chǎn)生的反作用力，然后向右側(cè)總出口方向流動(dòng)，此過(guò)程也損耗電機(jī)功率增加能耗，實(shí)際上這臺(tái)循環(huán)泵在此時(shí)所消耗的功率并不包括在水泵選型時(shí)水泵所需功率范疇之內(nèi)，因此嚴(yán)重造成了水泵有效性能不足，不能滿足供熱系統(tǒng)對(duì)循環(huán)泵參數(shù)的需求。

下面分析1#循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，再啟動(dòng)2#、3#循環(huán)泵的工況：

1#循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)其進(jìn)入?yún)R水集箱主流水束形成高強(qiáng)度的水墻，2#、3#循環(huán)泵水流欲穿透此水墻勢(shì)必需要額外多消耗循環(huán)泵功率，同樣會(huì)造成泵有效性能參數(shù)降低，也不可能達(dá)到泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)應(yīng)該滿足的參數(shù)要求。即使總出口設(shè)置在匯水集箱中部也存在著電機(jī)功率無(wú)謂增加消耗的問題。

通過(guò)上述分析還可以擴(kuò)展到其它動(dòng)力設(shè)備進(jìn)出口連接不當(dāng)情況，同樣也會(huì)無(wú)謂地增加系統(tǒng)阻力，必然增加電耗或影響設(shè)備性能。幾臺(tái)鍋爐共用煙橋時(shí)，將會(huì)危及到鍋爐能否正常運(yùn)行，因此煙氣導(dǎo)流尤為重要。

施工時(shí)更有甚者，在動(dòng)力設(shè)備共用一個(gè)三通時(shí)不僅不安裝導(dǎo)流裝置，甚至于支管不切割相貫線，將平頭管直接插入?yún)R集裝置內(nèi)，個(gè)別不負(fù)責(zé)任者將平頭管直抵匯集裝置對(duì)面管壁，此種施工方式將埋下難以查找的致命隱患。

可見精心設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)施工，強(qiáng)化施工監(jiān)管，確保設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量為重中之重。

7 結(jié) 論

在供熱行業(yè)中熱源節(jié)電節(jié)能的潛力無(wú)處不在，需要關(guān)注節(jié)電節(jié)能新技術(shù)，逐步做到采用新工藝、開源節(jié)流、 挖潛增效、 降低單耗 、科學(xué)管理、量化管理，憑借現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)數(shù)據(jù)與行業(yè)先進(jìn)節(jié)能指標(biāo)相比較，找出差距與不足，不斷升級(jí)改造，實(shí)施節(jié)能改造技術(shù)創(chuàng)新。

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MiningHeatingEnergy-savingPotential

LIU Feng-ling, ZHAO Xin-yu

(1.HeilongjianglongpolyTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.Harbin150001,China;2.HarbinGuoanconstructionequipmentTechnologyServicesLtd.Harbin150000,China)

Power consumption of heating enterprises is large, if the selection of heat power equipment properly, it is easy to cause a waste of electrical energy. Must strictly in accordance with relevant rules, standards, specifications for the design and construction, strengthen the construction supervision, to ensure that the design, construction quality.The heating industry in heat energy saving potential is everywhere, emerge in an endless stream of new technology and new process, enterprises, broaden sources of income and reduce expenditure, tapping the potential synergies imminent.

The heating system; Power consumption; Check valve; Circulating pump

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.010

2013-11-10

：2014-02-10

劉鳳玲，女，主要從事供熱系統(tǒng)運(yùn)行管理等工作。

TM621.4

：B

：1009-3230(2014)03-0039-05