節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用研究

馬妍

摘 要：隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，集中供熱已成為當(dāng)前最主要的供熱方式。節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展，不僅為供熱單位提供了良好的經(jīng)濟(jì)效益，更是環(huán)保節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展觀的重要體現(xiàn)。尤其近年來，國家對建筑節(jié)能提出了新的要求，更促進(jìn)了供熱系統(tǒng)的節(jié)能降耗發(fā)展。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用

前言：集中供熱是我國冬季采暖的普遍方式，為此我國花費(fèi)了大量人力物力進(jìn)行了熱網(wǎng)的建設(shè)和管理。節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，保障能源的有效利用，更對社會可持續(xù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

1? 節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)應(yīng)用的重要性

供熱系統(tǒng)是由熱源、輸配管網(wǎng)、熱用戶組成的系統(tǒng)的、嚴(yán)密的、復(fù)雜的綜合工程。供熱管網(wǎng)作為供熱系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著熱源的輸送和配置功能，同時也是發(fā)生熱損耗最嚴(yán)重的部分。如何降低供熱管網(wǎng)輸熱能效，使其運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、安全和可靠具有重要的發(fā)展意義。（1）當(dāng)前能源短缺問題日益突出，供熱系統(tǒng)的熱源供給大多為不可再生能源，降低供熱能耗，對節(jié)約能源具有決定作用;（2）節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用發(fā)展，更提高了供熱保障能力，不僅滿足人民生活需求，更對構(gòu)建和諧社會具有重要意義;（3）供熱管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化，對保障能源利用的最優(yōu)化，保護(hù)大氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展都具有現(xiàn)實(shí)意義。

2? 節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)應(yīng)用的影響因素

2.1水力失衡。水利失衡就是在供熱系統(tǒng)中，熱用戶的實(shí)際流量與需求流量不一致，造成室溫偏差大，冷熱不均的問題。究其原因，主要由于供熱管網(wǎng)是由眾多串、并聯(lián)管路以及熱用戶組成的復(fù)雜管道系統(tǒng)，運(yùn)行中由于各種原因造成管網(wǎng)流量分配與設(shè)計(jì)不符，造成近端用戶流量大，室溫高，遠(yuǎn)端用戶流量小，室溫低。水力失衡不僅造成供熱管網(wǎng)輸送效率低，熱損失大，更需增加循環(huán)流量，增加功率消耗。

2.2熱源。熱源對供熱管網(wǎng)節(jié)能的影響主要體現(xiàn)在兩方面，第一，熱源類型;第二，熱源調(diào)節(jié)。（1）當(dāng)前，我國部分地區(qū)仍采取汽暖供熱，同水暖供熱相比，氣暖供熱的溫度要高出水暖約20°，熱損失高出水暖約25%左右，這就大大增加了熱損能耗，同時也對管線提出了更高的要求，從建設(shè)到運(yùn)行都增加了成本和耗能，且極易造成運(yùn)行的安全隱患。（2）對于采取水暖供熱的系統(tǒng)，熱源運(yùn)行目前主要靠工作人員經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，不能根據(jù)用戶熱量情況進(jìn)行總體調(diào)節(jié)，經(jīng)常造成供熱量大于需熱量，熱源運(yùn)行調(diào)節(jié)較差，效率普遍偏低。

2.3保溫。由于供熱管網(wǎng)高于周圍環(huán)境溫度，熱量常常通過管道及其他介質(zhì)散失到周圍環(huán)境，不僅大大降低了管網(wǎng)的載熱量，更造成巨大能源浪費(fèi)。因此，提高供熱管網(wǎng)的保溫就至關(guān)重要。供熱管網(wǎng)在保溫方面的節(jié)能效果受多方因素影響，主要包括保溫設(shè)計(jì)的合理性、保溫材料的選取、保溫施工質(zhì)量等。其中，由于保溫材料種類繁多，保溫功效不盡相同，且節(jié)能潛力巨大，一直是節(jié)能降耗的首選要素。

3 節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1選取高效保溫材料。我國供熱管網(wǎng)的保溫材料種類繁多，根據(jù)我國相關(guān)熱網(wǎng)規(guī)范，在選取保溫材料時一般遵循以下原則：（1）導(dǎo)熱系數(shù)小，容量小;（2）堅(jiān)固耐用，有一定的抗壓強(qiáng)度;（3）不易燃，對管道腐蝕作用小;（4）吸水率低，不會因水泡受潮而損壞;5）原料性價比高，施工方便;（6）使用安全，運(yùn)維便捷。當(dāng)前，一般較常使用的管道保溫材料有巖棉、聚氨酯硬質(zhì)泡沫、珍珠巖、玻璃棉、橡塑、酚醛泡沫等。保溫材料性能參數(shù)如表1。經(jīng)研究應(yīng)用，聚氨酯硬質(zhì)泡沫是目前國際上性能最好的保溫材料，在歐美等國家廣泛應(yīng)用。在我國，聚氨脂硬質(zhì)泡沫在外網(wǎng)供熱管道保溫得到了廣泛的應(yīng)用，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐熱性好、耐老化、吸水率低，抗壓等特點(diǎn)。外保護(hù)殼一般選擇高密聚乙烯套管。

3.2調(diào)節(jié)供熱管網(wǎng)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)是節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)，主要從以下幾方面著手。（1）全面管網(wǎng)調(diào)查：運(yùn)行前，運(yùn)營單位實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)管線調(diào)查，查明各管網(wǎng)設(shè)備配置情況，制定調(diào)節(jié)方案。通過完成管網(wǎng)系統(tǒng)的平衡設(shè)計(jì)，可以提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性，提高資源的利用效率。目前供熱管網(wǎng)的主要熱量來源是煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的存儲量也在快速減少，為了更好地滿足供熱需求。需要做好相應(yīng)地平衡設(shè)計(jì)工作，在具體操作過程中：①考慮到原有供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，節(jié)流孔板和閘閥的可控性相對較低，對此在平衡設(shè)計(jì)過程中，需要對節(jié)流孔板進(jìn)行調(diào)整，平衡其運(yùn)行功能，從而有效改善供熱官網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況;②可以利用平衡閥來取代以往的閘閥或截止閥，相較于原有結(jié)構(gòu)，平衡閥會與智能測壓設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，監(jiān)督閥門前后的壓差情況，根據(jù)壓差情況進(jìn)行閥門運(yùn)行情況的調(diào)整，從而提高系統(tǒng)應(yīng)用的穩(wěn)定性。需要注意的是，為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，需要做好安全管理工作，不允許他人隨意調(diào)整閥門，提高結(jié)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。（2）水力平衡調(diào)節(jié)：供熱管網(wǎng)運(yùn)行中，通過安裝平衡閥、流量控制器等技術(shù)保障，適時調(diào)節(jié)熱網(wǎng)，保證供求熱量相等，并且始終維持在最小值，避免供熱管網(wǎng)近端用戶過熱，遠(yuǎn)端用戶不然的窘狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。近年來，國內(nèi)專家學(xué)者和企業(yè)單位為解決系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)的問題進(jìn)行深入研究和探索，總結(jié)得出主要供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)方法有溫差法、比例法、CCR 法和綜合調(diào)節(jié)法研究。其中，溫差法是固定管網(wǎng)供水溫度，反復(fù)的測量用戶和熱源總部的供回水溫差，根據(jù)用戶規(guī)模和溫差程度確定依次進(jìn)行調(diào)節(jié)，此方法調(diào)節(jié)周期長且只適用于保溫效果好的供熱管網(wǎng)。比例法是利用兩臺便攜式超聲波流量計(jì)和步話機(jī)實(shí)現(xiàn)對兩個可測得流量的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)方法對兩名調(diào)試人員操作要求高，操作難度大，容易出現(xiàn)失誤。CCR 法是在嚴(yán)格的對全系統(tǒng)進(jìn)行阻力分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，對全系統(tǒng)實(shí)行一次調(diào)整的新方法，它由采集數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)計(jì)算和現(xiàn)場調(diào)整三步構(gòu)成。此調(diào)節(jié)方法水力平衡效果較好，是未來發(fā)展的方向。綜合調(diào)節(jié)法研究有兩種調(diào)節(jié)形式，一種為在管網(wǎng)的設(shè)計(jì)階段為使支管線及各熱用戶水力平衡;二是在管網(wǎng)精細(xì)調(diào)節(jié)時在熱用戶入口處或支管線上裝設(shè)流量測孔，并配備一臺便攜式水力平衡測試儀通過流量測試、計(jì)算、再調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的最終水力平衡。（3）防止系統(tǒng)失水：在供熱管網(wǎng)運(yùn)行中，對管道系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的丟水、漏水現(xiàn)象，要提前預(yù)判處理，減少管網(wǎng)熱量的損失。（4）加強(qiáng)熱量調(diào)節(jié)：供熱管網(wǎng)運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷及室外溫度變化及時進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)或質(zhì)-量調(diào)節(jié)相結(jié)合的運(yùn)行。（5）加強(qiáng)管道管理：及時對設(shè)備進(jìn)行檢修，尤其對老化、損壞設(shè)備進(jìn)行維修更換;定期對儀器儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保所提供數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3隔熱管托在供熱管網(wǎng)工程中應(yīng)用節(jié)能效果明顯。隨著新型高效保溫材料的應(yīng)用.保溫結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)與完善.現(xiàn)有供熱管道的保溫水平已大大提高，但對管托的熱損尚未引起普遍重視。管托的熱損是通過支撐板、肋板導(dǎo)熱和底板散熱，把介質(zhì)熱量散發(fā)到大氣中，經(jīng)計(jì)算和實(shí)測可知，管道支架的熱損失約占管道總熱損的20%～30%。在新建管網(wǎng)工程中采用隔熱管托，取得了顯著的節(jié)能效果。一是隔熱管托結(jié)構(gòu)。隔熱管托采用了導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較好的隔熱瓦塊做隔熱層。瓦塊通過管夾緊固在管托中，起到承重、隔熱雙重作用。為了減少管托底部的導(dǎo)熱和滑動摩擦力.管托的支撐面采用氟塑料與不銹鋼板使管托位移滑動所產(chǎn)生的對管架推力減少2/3，成為低摩阻高效隔熱產(chǎn)品見圖1所示。有隔熱瓦塊的隔熱管托.其管夾表面溫度比管道溫度降低150--250℃左右，大大降低了向大氣傳熱的溫差。為了優(yōu)化隔熱結(jié)構(gòu)，減輕管托重量，降低產(chǎn)品成本，進(jìn)一步提高隔熱效果，在滿足隔熱瓦塊承壓強(qiáng)度前提下，盡可能把隔熱瓦塊上下管夾長度縮到最小。以減小管托隔熱瓦塊體積。最大限度地增加管托充填保溫材料體積，以提高隔熱管托的保溫效果。二是隔熱管托與普通管托散熱損失技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。隔熱管托在減少熱損、減少管道摩擦力、減少管架推力、節(jié)省土建投資等方面都有顯著效果。

3.4實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)的智能自控。運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)推動城市運(yùn)行系統(tǒng)的互聯(lián)、高效和智能成為一種必然趨勢。作為智慧城市的重要組成部分，智慧供暖日益得到關(guān)注和發(fā)展。首先，變頻調(diào)速在供熱管網(wǎng)的應(yīng)用。利用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對水泵流量、壓力的調(diào)節(jié)，使供熱系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，操作更為方便，并減少水壓對設(shè)備的沖擊，從而達(dá)到節(jié)能效果，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其次;基于熱計(jì)量的供熱節(jié)能監(jiān)控平臺的建立。熱計(jì)量監(jiān)控平臺可以供熱管網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)況實(shí)時監(jiān)控，運(yùn)行人員可據(jù)此對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)供熱節(jié)能。

4? 案例應(yīng)用分析

某供熱站承擔(dān)供熱面積近200萬m2 ，采用了很多節(jié)能方法，取得很好效果。

4.1以實(shí)際運(yùn)行臺數(shù)計(jì)算。計(jì)算總功率為862.7kW， 設(shè)備負(fù)載率按80%計(jì)算， 則實(shí)際運(yùn)行功率為690.16kW， 電流為1278.7A， 也應(yīng)考慮變壓器增容。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況我提出多項(xiàng)節(jié)電措施供設(shè)計(jì)參考以實(shí)現(xiàn)變壓器不增容：一是調(diào)整部分設(shè)備功率達(dá)到電動機(jī)功率與設(shè)備、工藝要求一致（ 防止大馬拉小車）;二是 風(fēng)、泵類在最高效率點(diǎn)運(yùn)行（風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道速度場均勻）;三是對新增面積系統(tǒng)做水力計(jì)算， 以確定循環(huán)泵， 一次網(wǎng)循環(huán)泵仍用75 kW， 一號換熱站二次網(wǎng)循環(huán)泵2 臺由設(shè)計(jì)值132 kW×2 改為75 kW×2;四是加強(qiáng)除塵器、爐體、煙道的密封， 減少爐體對流段積灰及結(jié)焦， 以提高引風(fēng)機(jī)效率。五是從燃燒工藝上去尋找煤層厚度與燃燒速度的最佳配合點(diǎn)， 其經(jīng)濟(jì)值是較低的速度和較薄的煤層， 以盡可能降低鼓引風(fēng)機(jī)負(fù)荷， 在爐墻維修時盡可能不減小燃燒空間以提高鍋爐出力。

4.2提高循環(huán)泵效率， 減少運(yùn)行電耗。熱網(wǎng)的建設(shè)都要經(jīng)歷一個發(fā)展過程， 在原始設(shè)計(jì)選型時都有一定的裕度， 一般循環(huán)泵選型都稍大，應(yīng)就自己系統(tǒng)工況把揚(yáng)程和流量調(diào)整到需要數(shù)值，以消除多余的電能消耗， 這種調(diào)整一般能達(dá)到30%的降耗結(jié)果。熱網(wǎng)運(yùn)行中若實(shí)施質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)或荷載（ 流量揚(yáng)程） 波動變化調(diào)節(jié)， 目前常規(guī)使用變頻調(diào)速技術(shù)，但對壓送能力過大的水泵采用調(diào)速技術(shù)來降低水泵的揚(yáng)程、流量有可能導(dǎo)致水泵在低效區(qū)工作， 達(dá)不到最佳節(jié)能效果， 所以要根據(jù)供熱系統(tǒng)水力分析、選定、更換循環(huán)泵是最基本最好的降耗方法。通過實(shí)踐我們認(rèn)識到節(jié)能的實(shí)質(zhì)是使能的利用率提高， 也就是能效更高，循環(huán)泵效率的提高， 節(jié)約了投入， 節(jié)約了設(shè)備空間致使原來改造計(jì)劃中新建換熱站的方案變?yōu)槔蠐Q熱站改造， 從而節(jié)約了項(xiàng)目的資金投入， 縮短了工期。要提高循環(huán)泵效率還應(yīng)改變大流量、小溫差的運(yùn)行方式， 目前， 供熱系統(tǒng)， 包括一次水系統(tǒng)和二次水系統(tǒng)多采用大流量小溫差的運(yùn)行方式， 運(yùn)行的供水溫度比設(shè)計(jì)溫度低10—20℃， 循環(huán)水量增加20—50%， 循環(huán)水泵電耗增加50%以上， 管網(wǎng)輸送能力下降， 并增加了換熱站熱交換設(shè)備的數(shù)量， 其原因除受熱源工藝安排， 不愿提高供水溫度外， 主要是因?yàn)楣芫W(wǎng)缺乏必要的控制設(shè)備， 系統(tǒng)存在水利工況失調(diào)的問題， 為保證不利用戶而采取的措施。因此， 應(yīng)該在供熱系統(tǒng)增加設(shè)施， 解決水利工況失調(diào)后， 將供水溫度提高到設(shè)計(jì)溫度或接近設(shè)計(jì)溫度， 以提高供熱系統(tǒng)輸送效率， 節(jié)約能源。

4.3降耗從熱源做起。一是避免鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行。避免鍋爐低負(fù)荷就是意味著要使鍋爐盡量在效率較高時工作， 鍋爐效率最高時的蒸發(fā)量為經(jīng)濟(jì)蒸發(fā)量（通常就是額定蒸發(fā)量的80%左右）。我們調(diào)整負(fù)荷就是隨著供熱負(fù)荷的變化采取調(diào)整鍋爐運(yùn)行臺數(shù)的辦法來解決， 以避免鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行， 提高鍋爐運(yùn)行效率。避免負(fù)荷下降超過一定范圍后， 爐膛溫度下降較大， 燃燒速度減慢， 增加化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失， 從而降低鍋爐熱效率， 造成能源浪費(fèi)。采用避免鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行思路之后， 運(yùn)行期可用鍋爐臺數(shù)總運(yùn)行時間減少， 總能耗下降。二是分層上煤與節(jié)能。目前我行業(yè)大都采用鏈條爐， 燃煤多為混煤， 著火條件不太好， 爐膛溫度較低燃燒不完全， 爐渣含碳量高， 這些制約著鍋爐熱效率的提高。有效地解決了鏈條爐排煤層密實(shí)、通風(fēng)阻力大和煤層缺氧問題，從而強(qiáng)化了燃燒， 解決了爐排上煤層在同一斷面顆粒相差較大燃燒不均衡問題， 在一定程度上解決了增負(fù)荷慢爐排漏風(fēng)問題， 使空氣過剩系數(shù)有所下降，較少熱損失， 提高鍋爐熱效率有利于節(jié)煤。分層上煤改造前各鍋爐引風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在45HE 頻率以上，改造后均工作在40HE 以下， 功率是隨頻率的下降而立方地減少， 所以耗電效果明顯。

結(jié)束語：綜上，集中供熱是冬季供暖的重要方式，節(jié)能技術(shù)在供熱管網(wǎng)中應(yīng)用研究任重道遠(yuǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，保障能源的有效利用，更對社會可持續(xù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。在實(shí)際工作中，供熱施工運(yùn)營人員應(yīng)將節(jié)能作為重要的基本工作目標(biāo)，并付諸實(shí)際行動，節(jié)能效率必然能夠得到提升。

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