節(jié)能技術(shù)在城市集中供暖中的應用

雷東

【摘 要】城市發(fā)展建設日新月異，大量新增的供熱面積需要配套建設更多的熱源來保障，日益嚴峻的環(huán)境治理要求制約著集中供熱熱源的發(fā)展建設。為兼顧環(huán)境保護和解決供熱需求，近年來，長輸管網(wǎng)超大型集中供熱工程的建設，為城市集中供熱發(fā)展提供了新的解決方案。本文就針對城市集中供暖中節(jié)能技術(shù)的應用進行了探討。

【關鍵詞】集中供暖;節(jié)能技術(shù);應用

當前在供熱系統(tǒng)的運行過程中，節(jié)能措施已經(jīng)成為了供熱管理部門工作環(huán)節(jié)的重中之重，在供熱工作領域具有極為重要的作用。不過，現(xiàn)在我國的供熱系統(tǒng)中能源消耗仍較為嚴重，這與國家提倡的綠色節(jié)能發(fā)展不相符合，也不能很好地適應當前社會的進步和發(fā)展需求。因此，相關部門和工作者應制定出可行性高且有效的節(jié)能措施，促使供熱系統(tǒng)的正常有序和穩(wěn)定運行，從而有效實現(xiàn)資源能源的優(yōu)化配置，并最大限度發(fā)揮其利用率，更好地順應時代的發(fā)展。

1存在的問題

1.1 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理造成水力失調(diào)

超大型集中供熱系統(tǒng)中繼能源站處于熱網(wǎng)邊界，位置遠離熱網(wǎng)負荷中心，熱網(wǎng)是根據(jù)熱源項目的調(diào)整，由多個小型熱網(wǎng)逐步連接成大網(wǎng)的，部分管網(wǎng)尚未按需匹配各區(qū)域熱負荷。我單位沈陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)熱電項目服務范圍約900km2，熱用戶分布范圍廣，熱網(wǎng)涵蓋沈陽開發(fā)區(qū)一期二期，區(qū)域內(nèi)工廠林立密集、熱負荷集中且離熱源較遠，其中管線部分老化，輸配管路熱源損失較多，形成熱網(wǎng)輸送瓶頸，管網(wǎng)輸送能力相對不足，從客觀條件上限制了水力工況改善條件，加大了調(diào)節(jié)難度，區(qū)域內(nèi)整體性出現(xiàn)資用壓差不足的情況，達到相對穩(wěn)定的水力平衡狀態(tài)較為困難。

1.2 水力失衡問題引起的熱力失調(diào)

因為供熱管路各段流量、壓力不同，將會產(chǎn)生用戶室內(nèi)供熱不均問題。究其原因在于以下幾點。第一，管網(wǎng)作用壓力存在差異，將會產(chǎn)生水力失調(diào)問題，從而出現(xiàn)熱力失調(diào)現(xiàn)象。第二，用戶量增加，供熱需求隨之加大，管網(wǎng)規(guī)模進一步擴大，供熱系統(tǒng)管道布設面積日益增大，當管網(wǎng)流量控制調(diào)節(jié)不到位時，很難達到水力平衡條件，從而產(chǎn)生熱力失調(diào)現(xiàn)象。當出現(xiàn)水力失調(diào)現(xiàn)象，不僅會導致用戶室內(nèi)冷熱不均，還會造成嚴重的能源損失。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，在總供熱量中，因冷熱不均造成的能源損失高達20%左右。

1.3 自控系統(tǒng)不匹配

管網(wǎng)由十個供熱單位的子網(wǎng)組成，各子網(wǎng)獨立運行，自控系統(tǒng)相對獨立，數(shù)據(jù)互通及系統(tǒng)遠程統(tǒng)一操作實現(xiàn)難度大，不利于水力工況的實時比對及統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)整，導致區(qū)域性的失衡和流量調(diào)整動作緩慢，管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)不能與熱負荷需求及時進行合理匹配，直接或間接浪費了能源和影響了供熱質(zhì)量。

2 城市集中供暖中節(jié)能技術(shù)的應用

2.1 全面水力系統(tǒng)平衡的優(yōu)化方案

全面水力系統(tǒng)平衡是一項綜合性的優(yōu)化方案，其實施的主要依據(jù)在于，任何一項系統(tǒng)都會有靜態(tài)水力失調(diào)與動態(tài)水力失調(diào)同時存在的狀況，而僅僅只解決其中一項并不能解決兩大方面問題。所以，全面水力平衡這個優(yōu)化方案是通過靜態(tài)與動態(tài)兩類同步進行調(diào)節(jié)的，進而保證整個供熱系統(tǒng)的水力得到平衡。該方案可以實現(xiàn)相對復雜化的供熱系統(tǒng)中的水力平衡調(diào)節(jié)工作，同時還能從基礎和根本上來解決好靜態(tài)和動態(tài)失調(diào)的兩大問題，總體來說，它能最大限度地節(jié)約能源資源的消耗。然而由于這種解決方案投入較大、施工難度偏高，所以適用范圍相對有限。除此之外，還可以通過附加阻力的方式來消除供熱用戶的富余壓頭，使得富余壓頭可以得到較好的調(diào)節(jié)，進而更為有效地解決水力失調(diào)這一問題。此技術(shù)也可以在一定程度上減少熱量浪費，有一定的節(jié)能效果。

2.2 相變儲熱技術(shù)

儲熱技術(shù)包括兩個方面的要素，其一是熱能的轉(zhuǎn)化，它既包括熱能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，也包括熱能在不同物質(zhì)載體之間的傳遞;其二是熱能的儲存，即熱能在物質(zhì)載體上的存在狀態(tài)，理論上表現(xiàn)為其熱力學特征，現(xiàn)在廣泛采用的儲熱方式主要有三種，包括顯熱儲熱、潛熱儲熱（也稱相變儲熱）和熱化學反應儲熱。相變材料按物理狀態(tài)可分為固液相變和固固相變，其過程完全可逆，又以固液相變的應用更多，具體可分為無機、有機和復合相變材料;按溫度來分可以分低溫、中溫和高溫材料，常把相變溫度為120℃和400℃作為低、中、高溫相變儲熱材料的溫度節(jié)點。相變材料在相變過程中可吸收或釋放大量的熱，其主要吸放熱量來自相變潛熱，而供熱系統(tǒng)多采用低溫相變材料，使用較多的為醋酸鈉、磷酸鹽等，這類材料的優(yōu)點是：熔解熱大、導熱系數(shù)高，相變體積小，價格便宜。相變儲熱材料具有能量密度高且釋熱過程穩(wěn)定等特點，成為了儲熱技術(shù)發(fā)展的重點方向。因為相變材料的溫度在不斷升高過程中，當達到相變點其物理狀態(tài)發(fā)生改變時有大量的相變潛熱被釋放或者吸收，其溫度在相變結(jié)束前幾乎不發(fā)生改變，與常規(guī)供熱方式有一定的銜接契合點。隨著供熱設施老舊導致故障頻發(fā)，而換熱站空間有限，管網(wǎng)運行壓力高，必須采取閉式循環(huán)。因此，供熱公司急需一種安全、清潔、經(jīng)濟的輔助能源提高供熱系統(tǒng)保障性，相變儲熱系統(tǒng)正適應了這種需要。

2.3 應用分布式變頻加壓技術(shù)

（1）適應管網(wǎng)熱負荷的變化能力強由于站內(nèi)回水加壓泵功率小、揚程低、頻率可根據(jù)熱負荷與熱網(wǎng)匹配需求在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)整，安裝及調(diào)換也比較方便，所以分布式變頻泵方式適應熱網(wǎng)變化的能力遠勝于傳統(tǒng)的供熱方式。（2）降低管網(wǎng)管道公稱壓力，減少管網(wǎng)建設投資采用一般的閥門調(diào)節(jié)的方法時，主循環(huán)泵須滿足系統(tǒng)最不利用戶資用壓頭的要求，采用分布式變頻泵系統(tǒng)時，主循環(huán)泵只需提供系統(tǒng)循環(huán)的部分動力，其余動力由各熱力站的回水加壓泵進行調(diào)節(jié)，這使得主循環(huán)泵的揚程降低，管網(wǎng)總供水壓力降低。管道的公稱壓力相應降低，也使得管網(wǎng)建設的投資下降。（3）增加管網(wǎng)輸送效率，降低管網(wǎng)輸送能耗采用一般閥門調(diào)節(jié)的方法時，為了滿足系統(tǒng)最末端用戶的資用壓頭要求，近端不得不用閥門將大量的剩余壓頭消耗掉，截流損失很大，輸送效率低下。采用分布式變頻泵系統(tǒng)時，熱力站采用回水加壓變頻泵進行調(diào)節(jié)，熱源主循環(huán)泵及分布式變頻回水加壓泵各自為熱網(wǎng)提供部分循環(huán)動力，能夠降低閥門截流消耗的能量，減少熱媒輸送過程中的無效電耗，直接節(jié)省了能源的消耗，這種系統(tǒng)的綜合動力輸送效率較高。結(jié)合相關歷史數(shù)據(jù)和測算，采用分布式變頻加壓技術(shù)后，節(jié)能率可達10%至50%。同時主循環(huán)泵的揚程及電機功率都有所降低，運行更為安全，還可以延長系統(tǒng)的使用壽命，降低了設備損耗，直接降低了運行成本。

3 結(jié)束語

以現(xiàn)今的管網(wǎng)情況和調(diào)控手段，必然出現(xiàn)不同程度的水力失調(diào)。本文通過研究分布式變頻加壓技術(shù)與泵閥聯(lián)控技術(shù)，將理論分析與實際數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定一個安全經(jīng)濟的優(yōu)化運行方案，并在運行期參照研究成果對水力工況實施動態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)流量科學分配，快速準確達到水力平衡、熱量按需分配的運行狀態(tài)，進而從整體上提升供熱質(zhì)量，改善全網(wǎng)用戶的供熱效果。

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（作者單位：沈陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)熱電有限公司）