淺談集中供熱系統(tǒng)如何實現(xiàn)節(jié)能運行

唐智德

(沈陽鐵路局沈陽土地房產(chǎn)管理辦公室錦州管理站，遼寧 錦州 121000)

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淺談集中供熱系統(tǒng)如何實現(xiàn)節(jié)能運行

唐智德

(沈陽鐵路局沈陽土地房產(chǎn)管理辦公室錦州管理站，遼寧 錦州 121000)

煤充分燃燒后產(chǎn)生的熱能，首先實現(xiàn)鍋爐本體內(nèi)各環(huán)節(jié)的高效傳熱、再經(jīng)熱力平衡調(diào)節(jié)后的一級網(wǎng)系統(tǒng)將從爐內(nèi)充分換取的熱能靠循環(huán)泵的動力輸送并恰當?shù)胤峙浣o各個換熱站，再由換熱站經(jīng)二級網(wǎng)按需所求并均衡地供給各熱用戶；送回水循環(huán)過程中的管網(wǎng)防漏水、水泵節(jié)電運行等均是集中供熱中節(jié)能的重要措施。從增強熱傳導、增強介面換熱、實現(xiàn)外網(wǎng)熱力平衡、杜絕室內(nèi)超溫使用等切實可行的有效途徑同時入手，可更好地實現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能運行。

集中供熱；節(jié)能；運行

在生產(chǎn)實踐中，集中供熱能源消耗一般指鍋爐房的煤水電及所屬各換熱站水電消耗的總和。因現(xiàn)實工作中諸多因素影響可能會忽略集中供熱運行中的某些節(jié)能細節(jié)，基于熱傳導、介面換熱、外網(wǎng)水力平衡及熱力平衡的理論衡量，要求集中供熱的節(jié)能工作從這幾方面同時入手，并切實可行地重點抓好一級網(wǎng)的熱平衡調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能運行。

1 常規(guī)設計及目的

集中供熱方案一般設計為二環(huán)制間接供熱系統(tǒng)，其中一環(huán)為鍋爐、一級網(wǎng)、換熱站組成的130℃/70℃高溫水供熱系統(tǒng)；二環(huán)為換熱站、二級網(wǎng)、熱用戶組成的80℃/55℃熱水供熱系統(tǒng)。一、二環(huán)間由換熱器換熱傳遞熱量，一級網(wǎng)幾乎都是枝狀網(wǎng)，二級網(wǎng)也多為枝狀網(wǎng)，最終目的是使煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量，以最少的能耗損失供應給取暖用戶，且每個用戶室內(nèi)溫度均同時達標。節(jié)能工作就是在保證供暖質(zhì)量的前提下最大限度地減少熱量傳遞過程中的煤水電消耗。

2 傳統(tǒng)誤區(qū)

目前在生產(chǎn)實踐中一些人往往產(chǎn)生認識上的許多誤區(qū)：如，鍋爐只要單臺噸位大就已經(jīng)實現(xiàn)節(jié)能了；爐膛內(nèi)只要煤燃燒充分就實現(xiàn)節(jié)能；無論一級網(wǎng)的送回水溫差多大，通過鍋爐本體的循環(huán)流量基本不變；一級網(wǎng)的循環(huán)泵低頻運轉(zhuǎn)能大量節(jié)電而不影響其它；量調(diào)節(jié)法中大泵帶小泵一定可行；單純追求一級網(wǎng)小流量大溫差就能實現(xiàn)節(jié)能；單純追求大流量小溫差就能克服熱力失調(diào)；換熱站不需要水處理等。

3 現(xiàn)實生產(chǎn)中的合理應用

3.1 鍋爐本體內(nèi)的熱量傳遞與務實

除了調(diào)整燃燒工況使煤充分燃燒外，是否能把鍋爐燃煤后產(chǎn)生的熱量盡可能多地置換出來供給熱網(wǎng)，而不是讓熱量隨著煙氣跑掉，可從四個方面入手。

(1)促使高溫煙氣在爐膛內(nèi)與鍋爐受熱面鋼管充分換熱。這要求鍋爐受熱面鋼管外表面潔凈，避免附著過多的煙垢和粉塵阻擋傳熱，這就是100 t/h高溫熱水鍋爐要安裝吹灰裝置并且在供暖期結(jié)束后必須進行爐膛內(nèi)受熱面外表面徹底清潔的原因。也可以在鍋爐受熱面鋼管外壁及旗式壁表面涂刷增強熱傳導的節(jié)能涂料，增強高溫煙氣與鍋爐受熱面鋼管的換熱量。

文獻[1]顯示，煙垢熱阻相當于鋼的200倍，每毫米厚的煙垢增加熱損失4%～5%，嚴重影響鍋爐熱交換，而且由于煙垢中含有硫，遇到氧氣時生成二氧化硫，再與水蒸氣接觸生成亞硫酸后，對鍋爐造成腐蝕。

(2)要求鍋爐受熱面鋼管內(nèi)表面無水垢阻擋傳(換)熱。這要求在鍋爐受熱面鋼管內(nèi)通過的水必須是軟化水，或者經(jīng)物理方法處理后的水本身能克服在鋼管內(nèi)壁結(jié)垢。文獻[2]顯示，由于鍋爐的工作壓力不同，以及水垢的導熱系數(shù)與厚度的不同，燃料的消耗數(shù)量也不同。如對于工作壓力為1.4 MPa的鍋爐,結(jié)生1 mm厚的混合水垢，大約增加燃料消耗約8%。據(jù)統(tǒng)計，僅東北三省每年因鍋爐結(jié)垢浪費的煤碳就達200多萬噸。

因此，一級網(wǎng)系統(tǒng)的補水必須是除氧的軟化水(除氧的目的是為了防止電化學腐蝕發(fā)生)，而且一級網(wǎng)無論失水量大與小，GB1576—2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標準規(guī)定，采用鍋外水處理的熱水鍋爐，要求鍋爐(補)給水(也即一級網(wǎng)系統(tǒng)補水)硬度≤0.6 mmol/L、濁度≤5 FTU、pH值為7.0～11.0、溶解氧≤0.1 mg/L、含油量≤2.0 mg/L；鍋水pH值為9.0～11.0。額定功率大于等于7.0 MW的承壓熱水鍋爐給水應除氧。故冬季運行期要嚴格堅持《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標準，夏季維修期要對水處理設備搞好維修。

(3)要求有足夠的循環(huán)水量從鍋爐承壓本體內(nèi)通過。一則把熱量通過與一級網(wǎng)的循環(huán)水的交換帶給外網(wǎng)所連接的各個換熱站，二則鍋爐鋼管得到及時冷卻而不至于過燒變形損壞，鍋爐進出水的溫差越小則通過鍋爐的循環(huán)流量就要求越大。

以70MW高溫熱水鍋爐為例，鍋爐本體所需最小循環(huán)流量

G=Q×860/Δt

(1)

式中：

G——鍋爐最小循環(huán)流量，t/h；

Q——鍋爐供熱量,MW；

Δt——鍋爐進出水溫差，℃；

860——常數(shù)。

當鍋爐出水溫度為130℃、進水溫度為70℃時(即溫差60℃)，要求單臺爐最小循環(huán)流量為1 003 t/h；而當鍋爐出水溫度為95℃、進水溫度為70℃時(即溫差25℃)，要求單臺爐的理論循環(huán)流量為2 408 t/h。這就涉及到了一級網(wǎng)啟用幾臺循環(huán)泵耗電的問題，不能為單純節(jié)電而低頻運轉(zhuǎn)導致循環(huán)泵的揚程降低使循環(huán)水到不了相對較遠的末端換熱站，造成部分用戶室內(nèi)溫度不達標。

以2014年冬山海關地區(qū)鐵路集中供熱為例，由于2014年山海關紅旗西村鍋爐房及第一乘務員公寓鍋爐房聯(lián)網(wǎng)并入長城西街集中供熱鍋爐房供暖，用2臺20 t/h鍋爐帶42萬多平方米建筑的熱負荷，相當于小馬拉大車了，要想把2臺鍋爐的供熱能力盡可能多地送給用戶，就要靠一級網(wǎng)的循環(huán)泵全力發(fā)揮作用吸收鍋爐的潛能，再靠二級網(wǎng)的循環(huán)泵積極努力地吸收一級網(wǎng)內(nèi)的熱能傳送給用戶。與配套大馬拉小車的鍋爐相比，或與2013年冬相比，電的單耗要較之提高10%左右，而總體上煤的單耗略有下降，所以小馬拉大車的做法也不一定可取。

(4)重視鍋爐尾部煙氣的余熱回收，如在尾部煙道增設超導管換熱器等節(jié)能技術(shù)措施。

3.2 一級網(wǎng)熱力調(diào)節(jié)與務實

3.2.1 現(xiàn)狀

一級網(wǎng)熱力平衡是節(jié)能的關鍵也是難點，其實質(zhì)是克服部分用戶出現(xiàn)的超溫使用浪費，使各個換熱站間熱力平衡，總網(wǎng)內(nèi)98%以上的熱用戶室內(nèi)溫度達標。試想在一級網(wǎng)中若單純因為兩三個換熱站的供水溫度低而提高整個一級網(wǎng)的供熱量會浪費多少煤和電。解決各個換熱站間的熱力均衡也就是要求一級網(wǎng)能分配給每個換熱站的熱量(與之相對應的就是一級網(wǎng)分配過來的循環(huán)水量)不多也不少，剛好滿足各自的熱負荷需求，使各換熱站間的用戶室內(nèi)溫度均衡一致，室內(nèi)溫度差異越小越節(jié)能。常規(guī)的一級網(wǎng)熱平衡調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)閥門實現(xiàn)熱力均衡。這一般是在一級網(wǎng)大流量小溫差狀態(tài)下運作的，這種常規(guī)的方法對于換熱站較多的大型集中供熱系統(tǒng)效果不顯著。若是在采用枝狀布置的一級網(wǎng)小流量大溫差狀態(tài)下運作，較難實施。為了安全穩(wěn)妥起見，為有效防止高溫熱水鍋爐汽化，以及防止一級網(wǎng)系統(tǒng)管路因個別部位承受壓強過高而造成破裂，建議一級網(wǎng)的一環(huán)水系統(tǒng)以95℃送70℃回比較可行。

3.2.2 新辦法

目前，最為科學有效的辦法是，在換熱站內(nèi)，在進入熱交換器前的一級網(wǎng)管路上串聯(lián)一臺額定流量和揚程適當?shù)难h(huán)泵(可比照公式G=Q×860/Δt并考慮2.0倍的安全系數(shù)估算循環(huán)泵的額定流量，式中Q用面積熱指標估算。揚程下限可參考換熱器廠家估算的板片阻力乘1.5倍的保險系數(shù)確定)，采用變頻控制。有條件的可借助于無線溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)平臺，在集中供熱鍋爐房的熱網(wǎng)監(jiān)控中心計算機上人工或自動調(diào)整各個換熱站內(nèi)一級網(wǎng)管路上串聯(lián)的循環(huán)泵的運行頻率，可以把串聯(lián)的循環(huán)泵的運行頻率作為自變量，把換熱站的二環(huán)水系統(tǒng)送水溫度(或回水溫度)統(tǒng)一作為因變量，目的是實現(xiàn)每個換熱站的因變量相同或幾乎相同。

3.3 換熱站內(nèi)的設備運行與務實

3.3.1 二級網(wǎng)循環(huán)泵的啟用方式

掌控換熱站循環(huán)水泵的運行方式也是節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)。循環(huán)泵的流量、揚程和臺數(shù)一般都是在設計時經(jīng)過核定的，一般情況是兩用一備，個別有一用一備的。循環(huán)泵的揚程是根據(jù)外網(wǎng)工況特性而確定的。實際應用中需要引起足夠重視的是，無論幾臺循環(huán)泵并聯(lián)使用，它們的額定流量可以不同，但運行時每臺泵的揚程必須相同，否則低揚程的泵雖運轉(zhuǎn)卻送不出去多少水，這是明顯的浪費電能。系統(tǒng)的補水穩(wěn)壓泵一般都是小流量的，揚程視系統(tǒng)最高樓層的高度而定，一用一備且最好是變頻使用，這樣可以相對準確地給系統(tǒng)定壓。但需要考慮的問題是：當二級網(wǎng)管路內(nèi)的水流速偏低(低于放熱器內(nèi)壁表面的最小沖刷流速)時，會造成放熱器內(nèi)壁表面泥垢沉積而影響散熱。因此換熱站內(nèi)二級網(wǎng)的循環(huán)泵是否需要變頻運行，或以多大的頻率運行要慎重而定，不應該因低頻運行導至揚程不足。

在資金不足的情況下，換熱站循環(huán)泵的運行節(jié)電，不一定必須是循環(huán)泵變頻運行，只要確定好室內(nèi)溫度范圍，控制好循環(huán)泵適當?shù)膯⑼囟戎稻涂尚?。至于起動幾臺循環(huán)泵才合理，建議在供暖初期和末期所需二級網(wǎng)的循環(huán)流量可少點，供暖中期所需二級網(wǎng)的循環(huán)流量可大些。也可以借助于無線溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)這個平臺，進一步實現(xiàn)無線溫度采集監(jiān)控自動化供暖調(diào)節(jié)，讓循環(huán)泵的啟停實現(xiàn)自動化。當然，若有資金條件，換熱站循環(huán)泵變頻更好，實現(xiàn)變頻軟啟動可減少電機故障率。

3.3.2 循環(huán)泵的耗電

循環(huán)泵的耗電量不是簡單的用額定功率乘以電機運行時間，這里面涉及到電機效率和電機功率因數(shù)的問題。

三相電動機用電量計算公式如下：(式中U、I均指實際運行三相電動機線電壓和線電流而非額定值):

(2)

式中：

A三相——三相電動機用電量(kW(h)；

U——三相電動機實際運行時的線電壓(V)；

I——三相電動機實際運行時的線電流(A)；

cos∮——三相電動機功率因數(shù)；

t——三相電動機實際運行時間(h)。

若要合理制定耗電計劃，掌握設備運行時的實際耗電量，需要能源管理專職人員實測和記錄每臺電機的運行電壓和電流，依電機檔案資料提供的功率因數(shù)值或經(jīng)驗值，用公式(2)計算得出計劃耗電量，并定期與計量表值相比較來修正下一步的計劃耗電量。

3.4 節(jié)水與務實

集中供熱系統(tǒng)的節(jié)水，要點之一是避免鍋爐房出渣、脫硫用水的滲漏及環(huán)境衛(wèi)生用水的浪費，要點之二是杜絕一級網(wǎng)管路大跑水，要點之三體現(xiàn)在二級網(wǎng)系統(tǒng)失水量不超標。要想杜絕一級網(wǎng)管路大跑水及二級網(wǎng)系統(tǒng)失水量不超標，首先要確保設備質(zhì)量，對停火期的夏季維修工作把好關，其關鍵是查勘到位、整治漏點到位，針對一級網(wǎng)要以預防為主。其次在設備運行期要時刻檢查系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的新漏點，一旦發(fā)現(xiàn)要及時修補，杜絕系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏情況出現(xiàn)。

3.5 減少板式換熱器的表面熱阻

避免水垢泥垢阻礙換熱器傳熱，每座換熱站均應設計安裝水處理設備，將大大增強換熱效果。夏季維修期間宜將板式換熱器的板片解體清除沉積的銹垢和泥沙。

3.6 減輕二級網(wǎng)熱力失調(diào)

同一個二級網(wǎng)內(nèi)的熱用戶之間室溫相差較大也是一種浪費，二級網(wǎng)的外網(wǎng)管路要力求熱力均衡，要結(jié)合夏季大維修工作解決二級網(wǎng)的因水利失調(diào)而造成的熱力失調(diào)，并合理安排人力組織沖洗散熱器疏通暖氣管路。

4 結(jié)論

錦州市內(nèi)鐵路集中供熱系統(tǒng)4臺QXL 70—1.6/130/70—AⅡ高溫熱水鍋爐、45個換熱站、總供暖面積312.3×104m2，兩年來積極效仿上述實用方法，收到良好效果。按照設計規(guī)范錦州地區(qū)鍋爐理論熱負荷為10 000 m2/0.7MW，而實際生產(chǎn)中運行2臺爐即能實現(xiàn)正常供暖。得出的結(jié)論是：從熱傳導、介面換熱、外網(wǎng)熱力平衡等幾方面同時入手，切實可行的攻克一級網(wǎng)熱力失調(diào)后，可實現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能運行。

[1] 全國節(jié)能監(jiān)測管理中心.鍋爐換熱管外壁煙垢藥劑清洗技術(shù)[EB/OL].http://www.jnjc.org/cpzs.asp?id=88.

[2] 張輝.低壓鍋爐用水處理[M].沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1984.

2095-1671(2015)05-0214-03

2015-08-04；

2015-09-22

唐智德(1963—)，男，本科，工程師。專業(yè)：給水排水、供熱通風、土木工程。供熱專業(yè)工作年限：29年。

TU995

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