浅谈集中供热系统如何实现节能运行

唐智德

(沈阳铁路局沈阳土地房产管理办公室锦州管理站，辽宁 锦州 121000)



浅谈集中供热系统如何实现节能运行

唐智德

(沈阳铁路局沈阳土地房产管理办公室锦州管理站，辽宁 锦州 121000)

煤充分燃烧后产生的热能，首先实现锅炉本体内各环节的高效传热、再经热力平衡调节后的一级网系统将从炉内充分换取的热能靠循环泵的动力输送并恰当地分配给各个换热站，再由换热站经二级网按需所求并均衡地供给各热用户；送回水循环过程中的管网防漏水、水泵节电运行等均是集中供热中节能的重要措施。从增强热传导、增强介面换热、实现外网热力平衡、杜绝室内超温使用等切实可行的有效途径同时入手，可更好地实现集中供热系统的节能运行。

集中供热；节能；运行

在生产实践中，集中供热能源消耗一般指锅炉房的煤水电及所属各换热站水电消耗的总和。因现实工作中诸多因素影响可能会忽略集中供热运行中的某些节能细节，基于热传导、介面换热、外网水力平衡及热力平衡的理论衡量，要求集中供热的节能工作从这几方面同时入手，并切实可行地重点抓好一级网的热平衡调节，从而实现集中供热系统的节能运行。

1 常规设计及目的

集中供热方案一般设计为二环制间接供热系统，其中一环为锅炉、一级网、换热站组成的130℃/70℃高温水供热系统；二环为换热站、二级网、热用户组成的80℃/55℃热水供热系统。一、二环间由换热器换热传递热量，一级网几乎都是枝状网，二级网也多为枝状网，最终目的是使煤完全燃烧产生的热量，以最少的能耗损失供应给取暖用户，且每个用户室内温度均同时达标。节能工作就是在保证供暖质量的前提下最大限度地减少热量传递过程中的煤水电消耗。

2 传统误区

目前在生产实践中一些人往往产生认识上的许多误区：如，锅炉只要单台吨位大就已经实现节能了；炉膛内只要煤燃烧充分就实现节能；无论一级网的送回水温差多大，通过锅炉本体的循环流量基本不变；一级网的循环泵低频运转能大量节电而不影响其它；量调节法中大泵带小泵一定可行；单纯追求一级网小流量大温差就能实现节能；单纯追求大流量小温差就能克服热力失调；换热站不需要水处理等。

3 现实生产中的合理应用

3.1 锅炉本体内的热量传递与务实

除了调整燃烧工况使煤充分燃烧外，是否能把锅炉燃煤后产生的热量尽可能多地置换出来供给热网，而不是让热量随着烟气跑掉，可从四个方面入手。

(1)促使高温烟气在炉膛内与锅炉受热面钢管充分换热。这要求锅炉受热面钢管外表面洁净，避免附着过多的烟垢和粉尘阻挡传热，这就是100 t/h高温热水锅炉要安装吹灰装置并且在供暖期结束后必须进行炉膛内受热面外表面彻底清洁的原因。也可以在锅炉受热面钢管外壁及旗式壁表面涂刷增强热传导的节能涂料，增强高温烟气与锅炉受热面钢管的换热量。

文献[1]显示，烟垢热阻相当于钢的200倍，每毫米厚的烟垢增加热损失4%～5%，严重影响锅炉热交换，而且由于烟垢中含有硫，遇到氧气时生成二氧化硫，再与水蒸气接触生成亚硫酸后，对锅炉造成腐蚀。

(2)要求锅炉受热面钢管内表面无水垢阻挡传(换)热。这要求在锅炉受热面钢管内通过的水必须是软化水，或者经物理方法处理后的水本身能克服在钢管内壁结垢。文献[2]显示，由于锅炉的工作压力不同，以及水垢的导热系数与厚度的不同，燃料的消耗数量也不同。如对于工作压力为1.4 MPa的锅炉,结生1 mm厚的混合水垢，大约增加燃料消耗约8%。据统计，仅东北三省每年因锅炉结垢浪费的煤碳就达200多万吨。

因此，一级网系统的补水必须是除氧的软化水(除氧的目的是为了防止电化学腐蚀发生)，而且一级网无论失水量大与小，GB1576—2008《工业锅炉水质》标准规定，采用锅外水处理的热水锅炉，要求锅炉(补)给水(也即一级网系统补水)硬度≤0.6 mmol/L、浊度≤5 FTU、pH值为7.0～11.0、溶解氧≤0.1 mg/L、含油量≤2.0 mg/L；锅水pH值为9.0～11.0。额定功率大于等于7.0 MW的承压热水锅炉给水应除氧。故冬季运行期要严格坚持《工业锅炉水质》标准，夏季维修期要对水处理设备搞好维修。

(3)要求有足够的循环水量从锅炉承压本体内通过。一则把热量通过与一级网的循环水的交换带给外网所连接的各个换热站，二则锅炉钢管得到及时冷却而不至于过烧变形损坏，锅炉进出水的温差越小则通过锅炉的循环流量就要求越大。

以70MW高温热水锅炉为例，锅炉本体所需最小循环流量

G=Q×860/Δt

(1)

式中：

G——锅炉最小循环流量，t/h；

Q——锅炉供热量,MW；

Δt——锅炉进出水温差，℃；

860——常数。

当锅炉出水温度为130℃、进水温度为70℃时(即温差60℃)，要求单台炉最小循环流量为1 003 t/h；而当锅炉出水温度为95℃、进水温度为70℃时(即温差25℃)，要求单台炉的理论循环流量为2 408 t/h。这就涉及到了一级网启用几台循环泵耗电的问题，不能为单纯节电而低频运转导致循环泵的扬程降低使循环水到不了相对较远的末端换热站，造成部分用户室内温度不达标。

以2014年冬山海关地区铁路集中供热为例，由于2014年山海关红旗西村锅炉房及第一乘务员公寓锅炉房联网并入长城西街集中供热锅炉房供暖，用2台20 t/h锅炉带42万多平方米建筑的热负荷，相当于小马拉大车了，要想把2台锅炉的供热能力尽可能多地送给用户，就要靠一级网的循环泵全力发挥作用吸收锅炉的潜能，再靠二级网的循环泵积极努力地吸收一级网内的热能传送给用户。与配套大马拉小车的锅炉相比，或与2013年冬相比，电的单耗要较之提高10%左右，而总体上煤的单耗略有下降，所以小马拉大车的做法也不一定可取。

(4)重视锅炉尾部烟气的余热回收，如在尾部烟道增设超导管换热器等节能技术措施。

3.2 一级网热力调节与务实

3.2.1 现状

一级网热力平衡是节能的关键也是难点，其实质是克服部分用户出现的超温使用浪费，使各个换热站间热力平衡，总网内98%以上的热用户室内温度达标。试想在一级网中若单纯因为两三个换热站的供水温度低而提高整个一级网的供热量会浪费多少煤和电。解决各个换热站间的热力均衡也就是要求一级网能分配给每个换热站的热量(与之相对应的就是一级网分配过来的循环水量)不多也不少，刚好满足各自的热负荷需求，使各换热站间的用户室内温度均衡一致，室内温度差异越小越节能。常规的一级网热平衡调节主要是通过调节阀门实现热力均衡。这一般是在一级网大流量小温差状态下运作的，这种常规的方法对于换热站较多的大型集中供热系统效果不显著。若是在采用枝状布置的一级网小流量大温差状态下运作，较难实施。为了安全稳妥起见，为有效防止高温热水锅炉汽化，以及防止一级网系统管路因个别部位承受压强过高而造成破裂，建议一级网的一环水系统以95℃送70℃回比较可行。

3.2.2 新办法

目前，最为科学有效的办法是，在换热站内，在进入热交换器前的一级网管路上串联一台额定流量和扬程适当的循环泵(可比照公式G=Q×860/Δt并考虑2.0倍的安全系数估算循环泵的额定流量，式中Q用面积热指标估算。扬程下限可参考换热器厂家估算的板片阻力乘1.5倍的保险系数确定)，采用变频控制。有条件的可借助于无线温度采集监测系统平台，在集中供热锅炉房的热网监控中心计算机上人工或自动调整各个换热站内一级网管路上串联的循环泵的运行频率，可以把串联的循环泵的运行频率作为自变量，把换热站的二环水系统送水温度(或回水温度)统一作为因变量，目的是实现每个换热站的因变量相同或几乎相同。

3.3 换热站内的设备运行与务实

3.3.1 二级网循环泵的启用方式

掌控换热站循环水泵的运行方式也是节能的一个重要环节。循环泵的流量、扬程和台数一般都是在设计时经过核定的，一般情况是两用一备，个别有一用一备的。循环泵的扬程是根据外网工况特性而确定的。实际应用中需要引起足够重视的是，无论几台循环泵并联使用，它们的额定流量可以不同，但运行时每台泵的扬程必须相同，否则低扬程的泵虽运转却送不出去多少水，这是明显的浪费电能。系统的补水稳压泵一般都是小流量的，扬程视系统最高楼层的高度而定，一用一备且最好是变频使用，这样可以相对准确地给系统定压。但需要考虑的问题是：当二级网管路内的水流速偏低(低于放热器内壁表面的最小冲刷流速)时，会造成放热器内壁表面泥垢沉积而影响散热。因此换热站内二级网的循环泵是否需要变频运行，或以多大的频率运行要慎重而定，不应该因低频运行导至扬程不足。

在资金不足的情况下，换热站循环泵的运行节电，不一定必须是循环泵变频运行，只要确定好室内温度范围，控制好循环泵适当的启停温度值就可行。至于起动几台循环泵才合理，建议在供暖初期和末期所需二级网的循环流量可少点，供暖中期所需二级网的循环流量可大些。也可以借助于无线温度采集监测系统这个平台，进一步实现无线温度采集监控自动化供暖调节，让循环泵的启停实现自动化。当然，若有资金条件，换热站循环泵变频更好，实现变频软启动可减少电机故障率。

3.3.2 循环泵的耗电

循环泵的耗电量不是简单的用额定功率乘以电机运行时间，这里面涉及到电机效率和电机功率因数的问题。

三相电动机用电量计算公式如下：(式中U、I均指实际运行三相电动机线电压和线电流而非额定值):

(2)

式中：

A三相——三相电动机用电量(kW(h)；

U——三相电动机实际运行时的线电压(V)；

I——三相电动机实际运行时的线电流(A)；

cos∮——三相电动机功率因数；

t——三相电动机实际运行时间(h)。

若要合理制定耗电计划，掌握设备运行时的实际耗电量，需要能源管理专职人员实测和记录每台电机的运行电压和电流，依电机档案资料提供的功率因数值或经验值，用公式(2)计算得出计划耗电量，并定期与计量表值相比较来修正下一步的计划耗电量。

3.4 节水与务实

集中供热系统的节水，要点之一是避免锅炉房出渣、脱硫用水的渗漏及环境卫生用水的浪费，要点之二是杜绝一级网管路大跑水，要点之三体现在二级网系统失水量不超标。要想杜绝一级网管路大跑水及二级网系统失水量不超标，首先要确保设备质量，对停火期的夏季维修工作把好关，其关键是查勘到位、整治漏点到位，针对一级网要以预防为主。其次在设备运行期要时刻检查系统中可能出现的新漏点，一旦发现要及时修补，杜绝系统的跑、冒、滴、漏情况出现。

3.5 减少板式换热器的表面热阻

避免水垢泥垢阻碍换热器传热，每座换热站均应设计安装水处理设备，将大大增强换热效果。夏季维修期间宜将板式换热器的板片解体清除沉积的锈垢和泥沙。

3.6 减轻二级网热力失调

同一个二级网内的热用户之间室温相差较大也是一种浪费，二级网的外网管路要力求热力均衡，要结合夏季大维修工作解决二级网的因水利失调而造成的热力失调，并合理安排人力组织冲洗散热器疏通暖气管路。

4 结论

锦州市内铁路集中供热系统4台QXL 70—1.6/130/70—AⅡ高温热水锅炉、45个换热站、总供暖面积312.3×104m2，两年来积极效仿上述实用方法，收到良好效果。按照设计规范锦州地区锅炉理论热负荷为10 000 m2/0.7MW，而实际生产中运行2台炉即能实现正常供暖。得出的结论是：从热传导、介面换热、外网热力平衡等几方面同时入手，切实可行的攻克一级网热力失调后，可实现集中供热系统的节能运行。

[1] 全国节能监测管理中心.锅炉换热管外壁烟垢药剂清洗技术[EB/OL].http://www.jnjc.org/cpzs.asp?id=88.

[2] 张辉.低压锅炉用水处理[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1984.

2095-1671(2015)05-0214-03

2015-08-04；

2015-09-22

唐智德(1963—)，男，本科，工程师。专业：给水排水、供热通风、土木工程。供热专业工作年限：29年。

TU995

B