探討城市集中供熱節(jié)能設(shè)計

1、    探討城市集中供熱節(jié)能設(shè)計    孫萍摘要：我國北方城市中多采用集中供熱方式向全市供暖，在這幾十年的發(fā)展中，取得了巨大的成績，也存在著諸多不足，本文就目前城市的集中供熱的方式提出節(jié)能設(shè)計方案，并進行經(jīng)濟性探討和比較，旨在找到最為節(jié)能、環(huán)保又現(xiàn)實的供熱方式，對不斷發(fā)展的供熱事業(yè)提供一個參考的依據(jù)。進一步促進大社會節(jié)能效果。關(guān)鍵詞： 供熱節(jié)能 混合回路 節(jié)能改進abstract: in the north of the city of central heating methods to the heating, in the development

2、of a few years, has achieved a great deal, there are also many shortage, this paper on the present city central heating manner energy saving design scheme, and carry on economic discussion and comparison, aims to find the most energy-saving, environmental protection and real heating way, continuous

3、development of heat-supply enterprise to provide a reference basis. to further promote the big society energy saving effect.keywords: heating energy saving mixed loop energy-saving improvements：te08 ：a 前言隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和熱電系統(tǒng)自動化水平的提高，各種自動化控制系統(tǒng)、節(jié)能改進技術(shù)越來越多地應(yīng)用于中小型企業(yè)。合理地提高能源的利用效率是當(dāng)前世界各個國家面臨的重大課題。如今人們的環(huán)保意識上升

4、了，城市集中供熱事業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，城市集中供熱的規(guī)劃、設(shè)計、施工和運行管理水平有了一個飛躍的發(fā)展，特別是利用熱電廠實行熱電聯(lián)產(chǎn)給城市集中供熱帶來的好處得到了肯定性的認(rèn)可，有著重要的實用價值。1集中供熱在城市供熱中的重要地位集中供熱是城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是節(jié)約能源、改善環(huán)境，提高城市居民生活質(zhì)量的重要措施，也是城市現(xiàn)代化建設(shè)的主要標(biāo)志之一。熱電聯(lián)產(chǎn)作為城市集中供熱的主要方式和重要組成部分，符合國家制定的提高能源利用率、治理大氣污染的產(chǎn)業(yè)政策。在促進國民經(jīng)濟和社會發(fā)展方面起了重要作用，取得顯著的綜合效益。(1)節(jié)能效益熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱因其熱源為較大容量的供熱發(fā)電機組，鍋爐燃燒效率高，充分發(fā)揮

5、能源的梯級利用率，節(jié)能效益明顯。（2)環(huán)境效益作為消除污染、改善環(huán)境的措施之一，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的實施，可使大氣環(huán)境質(zhì)量有明顯的改善，減少區(qū)域鍋爐的數(shù)量，、亦減少了soz和粉塵的排放，減少供熱鍋爐產(chǎn)生的灰渣量，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱所產(chǎn)生的環(huán)境效益相當(dāng)可觀。(3)社會效益熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的實施，使過去強度大、環(huán)境差、能源利用率低的鍋爐房供熱改為先進的集中供熱方式，不僅節(jié)約了大量的城市用地，而且從根本上改善了工作環(huán)境，勞動生產(chǎn)率大為提高。另外，原從事鍋爐房供熱運行的技術(shù)工人，大部分又通過有效的培訓(xùn)轉(zhuǎn)入集中供熱生產(chǎn)運行崗位，給城市集中供熱注入了一大批經(jīng)驗豐富、技術(shù)過硬新生力量，在這方面，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱

6、帶來的社會效益更為突出的體現(xiàn)出來。2 城市集中供熱節(jié)能設(shè)計方案實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是當(dāng)今人類的共同任務(wù)和努力方向，是21世紀(jì)人類共同的主題。生態(tài)平衡、環(huán)境保護、資源利用等問題受到了高度重視，綜觀全國供熱行業(yè)對供熱系統(tǒng)的研究和嘗試，可以歸納為主要的三種方式。區(qū)域鍋爐房雙級循環(huán)泵系統(tǒng);一級網(wǎng)分布式變頻泵系統(tǒng)和混合回路系統(tǒng)。這三種技術(shù)既有獨立性又有著相互的關(guān)聯(lián)性，可分別應(yīng)用，也可擇優(yōu)組合。本文以混合回路節(jié)能設(shè)計為例，分析節(jié)能設(shè)計的明顯效益。2.1混合回路的設(shè)計要點(1)明確建筑物入口二級網(wǎng)狀況(是恒流量還是變流量)，資用壓頭及所需流量，正確選擇混合回路水泵; (2)正確選擇壓差控制器和電動調(diào)節(jié)閥以及

7、混水泵，形成水力隔離及流量匹配是混合回路成功的關(guān)鍵。只有獲得真正的平衡，系統(tǒng)才能得到正確的溫差。(3)關(guān)于混合回路中水泵與控制閥的設(shè)置位置，取決于一次回路側(cè)供水靜壓值。如果一次回路側(cè)供水靜壓比二次回路側(cè)需要的壓力低(如建筑區(qū)內(nèi)的最高建筑物或建筑物內(nèi)的頂層)，則混合回路中水泵應(yīng)裝在二次回路側(cè)的供水管道上，控制閥應(yīng)裝在一次回路側(cè)的回水管道上。相反，如果一次回路側(cè)靜壓比二次回路側(cè)設(shè)計壓力高，則應(yīng)將控制閥裝在一次回路側(cè)供水管道上，而將混水泵裝在二次回路側(cè)回水管道上，以避免一次回路側(cè)的壓力過高。(4)當(dāng)一次回路側(cè)控制閥或二次回路側(cè)恒溫閥壓力下降少于總壓力的50%時，混合回路中水泵應(yīng)采用比例壓力控制。(5

8、)壓力傳感器應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)的控制點上，即混水泵安裝位置的進出口處，可隨時監(jiān)控混水的壓力情況，從而有效獲得混水溫度及效果。2.2混合回路節(jié)能設(shè)計在城市集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用（1）工程概況山東省某小區(qū)供熱面積:8.4萬m2供熱量:5.46mw(64w/m2)循環(huán)水泵揚程:3omhzo供回水溫差:一次回路側(cè)90/50，溫差tl=40，二次回路側(cè)75/50，溫差t2=25供暖期:120天（2）采用節(jié)能設(shè)計方案之前工程參數(shù)：1臺定速泵(即工頻定流量運行水泵)+1臺備用泵一主循環(huán)泵水泵型號:2 x nk100-315 30kw性能參數(shù):187.8m3/h, h=30mh2o,t2=25 °c、轉(zhuǎn)數(shù)n

9、=1495轉(zhuǎn)/分（3）集中供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為改進之前的集中供熱系統(tǒng)（見圖一），具有供熱系統(tǒng)最基本的功能，來自熱電廠或者鍋爐房的暖氣，經(jīng)過主主換熱站和分換熱站分送到公寓樓的各個用戶家中。圖一 改進前集中供熱系統(tǒng)（4）混合回路節(jié)能設(shè)計本設(shè)計就是在熱力站將二級網(wǎng)循環(huán)泵與用戶循環(huán)泵分離，將二級網(wǎng)拆分分區(qū)，形成兩次回路，其中一次回路負(fù)責(zé)輸配系統(tǒng)和熱力站板式換熱器內(nèi)的壓降;二次回路負(fù)責(zé)二次輸配系統(tǒng)和末端的壓降。一次回路和二次回路之間用旁通管分隔，并在旁通管上加一單向閥，使得二次回路的流量大于一次回路的流量，增加一次回路的溫差(t=40)，實現(xiàn)二次回路大流量、小溫差(t25)運行。由于每個分區(qū)自成回路互不影響，

10、從而有效地解決了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的水失調(diào)問題。當(dāng)熱用戶負(fù)荷降低時(室外溫度高)，二次回路側(cè)供水溫度降低，混水流量加大，與此同時一次回路側(cè)調(diào)節(jié)閥關(guān)小，致使一次回路側(cè)連接點供回水壓差增大，相應(yīng)降低一次回路側(cè)變頻泵的轉(zhuǎn)數(shù)，系統(tǒng)循環(huán)流量隨之減小，反之亦然。圖二 帶混合回路的集中供熱系統(tǒng)帶混合回路的區(qū)域供熱系統(tǒng)（見圖二），在系統(tǒng)的始端熱電廠中由于鍋爐房送出高溫高壓熱水或蒸汽，屬于高品位熱能，溫差大，流量小;當(dāng)介質(zhì)經(jīng)主換熱站、分換熱站輸送至用戶的過程中，通過系統(tǒng)分離，加入混合回路，使流量逐級增加，溫差逐級減小，成為小溫差，大流量，既保證了能量的有效傳遞，又有效地緩解了系統(tǒng)水力失調(diào)的問題。一次回路側(cè)循環(huán)泵:1臺

11、可調(diào)速泵主循環(huán)泵水泵型號:1xlpe100-160/168 15kw性能參數(shù):q=117.4m3/h, h=20mh20供回水溫差:t1=40二次回路側(cè)循環(huán)泵:4臺定速泵+1臺備用泵混合回路泵水泵型號:5xlm80-200/187 2.2kw性能參數(shù):q=47m3/h, h=lomh20供回水溫差:t2=252.3 節(jié)能設(shè)計前后經(jīng)濟比較采用節(jié)能設(shè)計是否成功，還需要現(xiàn)實數(shù)據(jù)的支持，以上兩種集中供熱系統(tǒng)的能耗如表一所示。以水泵的壽命周期成本進行分析，若水泵的運行年限為20年，則兩種不同的供熱系統(tǒng)中水泵的初投資費用、維護維修費用、運行能耗費用、能耗運行及維護費用分別為135.6萬元、92.9萬元，計

12、算得出系統(tǒng)一、系統(tǒng)二每年能耗運行及維護費用分別為6.78萬元4.65萬元，經(jīng)計算，兩年半后，初投資和能耗及維護費用分別為:系統(tǒng)一:5.6萬元+6.78萬元×2.5年=22.55萬元系統(tǒng)二:11萬元+4.65萬元×2.5年=22.6萬元可知系統(tǒng)運行2.5年時，水泵的總體費用持平，由于系統(tǒng)二的能耗運行費用最低，則此后的費用相對系統(tǒng)一將大大降低，即采用方案二可在運行2.5年后收到節(jié)能效果，獲得投資收益。表一 系統(tǒng)比較能耗表3 城市集中供熱節(jié)能設(shè)計的討論3.1熱源的節(jié)能要實施集中供熱，首先考慮的就熱源，目前在我國城鎮(zhèn)集中供熱的熱源中主要有三種形式:一是熱電廠，二是集中供熱大型鍋爐房

13、，三是分散供熱的小鍋爐房，其它還有如核能供熱，垃圾焚燒和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)，利用地?zé)岵膳照{(diào)，太陽能采暖，燃料電池用于采暖和空調(diào)，農(nóng)村秸桿、木材工業(yè)廢棄物料用于熱電聯(lián)產(chǎn)等，但這些都應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體實際情況，進行優(yōu)化對比然后來加以選擇。當(dāng)前或今后一定的時期內(nèi)，可能這三種主要熱源的形式要共同存在于我國的集中供熱系統(tǒng)中。熱源的選擇和確定，關(guān)系著是否能實現(xiàn)我國集中供熱的環(huán)保和節(jié)能雙重效益問題，是能否堅持實施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。國家產(chǎn)業(yè)政策已明確規(guī)定了鼓勵發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，因為熱電聯(lián)產(chǎn)項目具有節(jié)約能源，改善環(huán)境，供熱質(zhì)量穩(wěn)定，增加電力供應(yīng)等綜合效益，是城市治理大氣污染和提高能源利用率的重要措施，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)

14、略。3.2熱網(wǎng)的節(jié)能熱力供熱管網(wǎng)的任務(wù)是把集中供熱系統(tǒng)熱源的熱量，通過管網(wǎng)輸送到熱力站或熱用戶，這相當(dāng)于高壓電網(wǎng)送電，熱網(wǎng)在熱能輸送的過程中，如何能高效率安全的輸送，是集中供熱管網(wǎng)設(shè)計中的一個重要問題。如何合理的對供熱管網(wǎng)進行節(jié)能設(shè)計，為供熱設(shè)計部門提出了更高的要求，例如，如何根據(jù)熱網(wǎng)的熱負(fù)荷選擇熱網(wǎng)形式，管徑如何選擇，循環(huán)泵、中繼泵如何配置，熱網(wǎng)的控制方式等，方案設(shè)計的合理性，將直接影響到整個熱網(wǎng)的經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益。在熱網(wǎng)設(shè)計前，應(yīng)當(dāng)確定計算好一些熱網(wǎng)設(shè)計的必需條件，在集中供熱管網(wǎng)的一些重要設(shè)計參數(shù)確定后，選擇管網(wǎng)系統(tǒng)形式的最基本原則，應(yīng)當(dāng)是保證熱網(wǎng)的安全性，其次就是要保證系統(tǒng)的

15、經(jīng)濟性，在熱網(wǎng)設(shè)計中，不但要考慮熱網(wǎng)的可靠性，還要考慮它的經(jīng)濟性。3.3熱力站與二級網(wǎng)的節(jié)能對熱力站和二級網(wǎng)，都不同程度的有著較大的熱能浪費現(xiàn)象，有時為了滿足遠(yuǎn)端用戶，不得不用加大流量來實施大流量低溫差的運行狀態(tài)來平衡二級網(wǎng)失調(diào)的問題，使能源造成了大量的浪費。可以采用水泵變頻調(diào)節(jié)來滿足熱網(wǎng)負(fù)荷不滿的現(xiàn)狀，但必須滿足熱網(wǎng)最不利點的壓差和二級網(wǎng)的流量要求，水泵的變頻調(diào)節(jié)，可以在系統(tǒng)需要的范圍調(diào)節(jié)水壓和流量，但效率會偏離最高效率曲線點的位置，如果小區(qū)的規(guī)劃熱負(fù)荷長期不能帶滿負(fù)荷，最好及早更換相應(yīng)流量水泵，這樣既可以保證運行的高效率，又可以節(jié)省工程前期的資金投入量。當(dāng)然水泵葉輪的切割也可以較好的適應(yīng)運

16、行的需要，但要控制在一定的量內(nèi)來切割，否則可能使水泵的效率大幅度下降。3.4 提高熱網(wǎng)自動化控制水平熱網(wǎng)系統(tǒng)的計算機自動控制，是徹底改善供熱效果，提高供熱系統(tǒng)節(jié)能的主要手段。隨著供熱規(guī)模的不斷擴大，手動操作遠(yuǎn)不能滿足和發(fā)揮集中供熱的優(yōu)越性，因為不能對運行工況進行實時的分析調(diào)整，目前國內(nèi)有一部分熱力公司也安裝上了計算機系統(tǒng)，但它們中有很多一部分不是真正意義上熱網(wǎng)自動控制，多數(shù)只是用該系統(tǒng)進行熱網(wǎng)運行參數(shù)和開關(guān)量的監(jiān)視，不具備計算機的智能控制功能。所以，熱網(wǎng)計算機控制系統(tǒng)應(yīng)該是可以從熱網(wǎng)熱站的所有監(jiān)測點采集傳送數(shù)據(jù)信號，建立各種信息數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)\行過程中的各種信息數(shù)據(jù)進行分析、對比，能對數(shù)據(jù)進行

17、管理、轉(zhuǎn)換，能實時地隨時顯示出熱網(wǎng)水壓圖、水耗、電耗、供熱量的分配等，需要控制的重要參數(shù)和圖表，可以存貯歷史數(shù)據(jù)，便于查找分析研究，系統(tǒng)應(yīng)具備真正意義上的自動控制，應(yīng)有故障診斷、報警功能和通訊功能，自動跟蹤調(diào)整功能，它應(yīng)當(dāng)完全可以實現(xiàn)熱力換熱站的無人職守。自控系統(tǒng)可以節(jié)約大量的人力資源，大大降低運營成本。所以，較大的供熱管網(wǎng)和新建的熱網(wǎng)系統(tǒng)，建設(shè)一個控制水平先進的熱網(wǎng)計算機控制系統(tǒng)，很有必要。小結(jié)城市集中供熱節(jié)能改造具有廣闊的應(yīng)用前景。有關(guān)專業(yè)設(shè)計人員在設(shè)計過程中，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，理順設(shè)計思路，將復(fù)雜的供熱設(shè)計簡單化，模塊化。無論是熱電節(jié)能設(shè)計還是電熱聯(lián)產(chǎn)，都需要在測試中不斷展開節(jié)能方案的研究，并進一步探索城市集中供熱節(jié)能方案的新技術(shù)，發(fā)掘節(jié)能潛力，深入研究存在問題的機理，使得新的節(jié)能方案發(fā)揮更好的作用，并希望本文