节能技术在供热管网中的应用研究

马妍

摘 要：随着我国城镇建设的不断发展，集中供热已成为当前最主要的供热方式。节能技术在供热管网中的应用与发展，不仅为供热单位提供了良好的经济效益，更是环保节能、可持续发展观的重要体现。尤其近年来，国家对建筑节能提出了新的要求，更促进了供热系统的节能降耗发展。

关键词：节能技术在供热管网中的应用

前言：集中供热是我国冬季采暖的普遍方式，为此我国花费了大量人力物力进行了热网的建设和管理。节能技术在供热管网中应用不仅实现了节能降耗，保障能源的有效利用，更对社会可持续发展起到积极的促进作用。

1  节能技术在供热管网应用的重要性

供热系统是由热源、输配管网、热用户组成的系统的、严密的、复杂的综合工程。供热管网作为供热系统的重要组成部分，承担着热源的输送和配置功能，同时也是发生热损耗最严重的部分。如何降低供热管网输热能效，使其运行更加经济、安全和可靠具有重要的发展意义。（1）当前能源短缺问题日益突出，供热系统的热源供给大多为不可再生能源，降低供热能耗，对节约能源具有决定作用;（2）节能技术在供热管网中的应用发展，更提高了供热保障能力，不仅满足人民生活需求，更对构建和谐社会具有重要意义;（3）供热管网实现节能优化，对保障能源利用的最优化，保护大气环境，实现国家可持续发展都具有现实意义。

2  节能技术在供热管网应用的影响因素

2.1水力失衡。水利失衡就是在供热系统中，热用户的实际流量与需求流量不一致，造成室温偏差大，冷热不均的问题。究其原因，主要由于供热管网是由众多串、并联管路以及热用户组成的复杂管道系统，运行中由于各种原因造成管网流量分配与设计不符，造成近端用户流量大，室温高，远端用户流量小，室温低。水力失衡不仅造成供热管网输送效率低，热损失大，更需增加循环流量，增加功率消耗。

2.2热源。热源对供热管网节能的影响主要体现在两方面，第一，热源类型;第二，热源调节。（1）当前，我国部分地区仍采取汽暖供热，同水暖供热相比，气暖供热的温度要高出水暖约20°，热损失高出水暖约25%左右，这就大大增加了热损能耗，同时也对管线提出了更高的要求，从建设到运行都增加了成本和耗能，且极易造成运行的安全隐患。（2）对于采取水暖供热的系统，热源运行目前主要靠工作人员经验和责任心，不能根据用户热量情况进行總体调节，经常造成供热量大于需热量，热源运行调节较差，效率普遍偏低。

2.3保温。由于供热管网高于周围环境温度，热量常常通过管道及其他介质散失到周围环境，不仅大大降低了管网的载热量，更造成巨大能源浪费。因此，提高供热管网的保温就至关重要。供热管网在保温方面的节能效果受多方因素影响，主要包括保温设计的合理性、保温材料的选取、保温施工质量等。其中，由于保温材料种类繁多，保温功效不尽相同，且节能潜力巨大，一直是节能降耗的首选要素。

3 节能技术在供热管网中的应用

3.1选取高效保温材料。我国供热管网的保温材料种类繁多，根据我国相关热网规范，在选取保温材料时一般遵循以下原则：（1）导热系数小，容量小;（2）坚固耐用，有一定的抗压强度;（3）不易燃，对管道腐蚀作用小;（4）吸水率低，不会因水泡受潮而损坏;5）原料性价比高，施工方便;（6）使用安全，运维便捷。当前，一般较常使用的管道保温材料有岩棉、聚氨酯硬质泡沫、珍珠岩、玻璃棉、橡塑、酚醛泡沫等。保温材料性能参数如表1。经研究应用，聚氨酯硬质泡沫是目前国际上性能最好的保温材料，在欧美等国家广泛应用。在我国，聚氨脂硬质泡沫在外网供热管道保温得到了广泛的应用，具有质量轻、导热系数低、耐热性好、耐老化、吸水率低，抗压等特点。外保护壳一般选择高密聚乙烯套管。

3.2调节供热管网运行。实现供热管网的运行调节是节能降耗的重要环节，主要从以下几方面着手。（1）全面管网调查：运行前，运营单位实现全网管线调查，查明各管网设备配置情况，制定调节方案。通过完成管网系统的平衡设计，可以提高整个系统运行的节能性，提高资源的利用效率。目前供热管网的主要热量来源是煤炭燃烧产生的热量，随着社会经济的快速发展，煤炭的存储量也在快速减少，为了更好地满足供热需求。需要做好相应地平衡设计工作，在具体操作过程中：①考虑到原有供热管网系统中，节流孔板和闸阀的可控性相对较低，对此在平衡设计过程中，需要对节流孔板进行调整，平衡其运行功能，从而有效改善供热官网系统的运行情况;②可以利用平衡阀来取代以往的闸阀或截止阀，相较于原有结构，平衡阀会与智能测压设备进行关联，监督阀门前后的压差情况，根据压差情况进行阀门运行情况的调整，从而提高系统应用的稳定性。需要注意的是，为了确保系统运行的可靠性，需要做好安全管理工作，不允许他人随意调整阀门，提高结构运行的可靠性。（2）水力平衡调节：供热管网运行中，通过安装平衡阀、流量控制器等技术保障，适时调节热网，保证供求热量相等，并且始终维持在最小值，避免供热管网近端用户过热，远端用户不然的窘状，进而实现节能降耗。近年来，国内专家学者和企业单位为解决系统水力平衡调节的问题进行深入研究和探索，总结得出主要供热管网水力平衡调节方法有温差法、比例法、CCR 法和综合调节法研究。其中，温差法是固定管网供水温度，反复的测量用户和热源总部的供回水温差，根据用户规模和温差程度确定依次进行调节，此方法调节周期长且只适用于保温效果好的供热管网。比例法是利用两台便携式超声波流量计和步话机实现对两个可测得流量的阀门进行调节，此调节方法对两名调试人员操作要求高，操作难度大，容易出现失误。CCR 法是在严格的对全系统进行阻力分析计算的基础上，对全系统实行一次调整的新方法，它由采集数据、计算机计算和现场调整三步构成。此调节方法水力平衡效果较好，是未来发展的方向。综合调节法研究有两种调节形式，一种为在管网的设计阶段为使支管线及各热用户水力平衡;二是在管网精细调节时在热用户入口处或支管线上装设流量测孔，并配备一台便携式水力平衡测试仪通过流量测试、计算、再调节，从而实现管网的最终水力平衡。（3）防止系统失水：在供热管网运行中，对管道系统中可能出现的丢水、漏水现象，要提前预判处理，减少管网热量的损失。（4）加强热量调节：供热管网运行人员应根据热负荷及室外温度变化及时进行质调节、量调节或质-量调节相结合的运行。（5）加强管道管理：及时对设备进行检修，尤其对老化、损坏设备进行维修更换;定期对仪器仪表进行校准，以确保所提供数据的准确性。

3.3隔热管托在供热管网工程中应用节能效果明显。随着新型高效保温材料的应用.保温结构的不断改进与完善.现有供热管道的保温水平已大大提高，但对管托的热损尚未引起普遍重视。管托的热损是通过支撑板、肋板导热和底板散热，把介质热量散发到大气中，经计算和实测可知，管道支架的热损失约占管道总热损的20%～30%。在新建管网工程中采用隔热管托，取得了显著的节能效果。一是隔热管托结构。隔热管托采用了导热系数较低、强度较好的隔热瓦块做隔热层。瓦块通过管夹紧固在管托中，起到承重、隔热双重作用。为了减少管托底部的導热和滑动摩擦力.管托的支撑面采用氟塑料与不锈钢板使管托位移滑动所产生的对管架推力减少2/3，成为低摩阻高效隔热产品见图1所示。有隔热瓦块的隔热管托.其管夹表面温度比管道温度降低150--250℃左右，大大降低了向大气传热的温差。为了优化隔热结构，减轻管托重量，降低产品成本，进一步提高隔热效果，在满足隔热瓦块承压强度前提下，尽可能把隔热瓦块上下管夹长度缩到最小。以减小管托隔热瓦块体积。最大限度地增加管托充填保温材料体积，以提高隔热管托的保温效果。二是隔热管托与普通管托散热损失技术经济比较。隔热管托在减少热损、减少管道摩擦力、减少管架推力、节省土建投资等方面都有显著效果。

3.4实现供热管网的智能自控。运用现代信息技术推动城市运行系统的互联、高效和智能成为一种必然趋势。作为智慧城市的重要组成部分，智慧供暖日益得到关注和发展。首先，变频调速在供热管网的应用。利用变频调速实现对水泵流量、压力的调节，使供热系统运行更加稳定，操作更为方便，并减少水压对设备的冲击，从而达到节能效果，带来良好的经济效益和社会效益。其次;基于热计量的供热节能监控平台的建立。热计量监控平台可以供热管网的运行实况实时监控，运行人员可据此对系统进行实时调整，最终实现供热节能。

4  案例应用分析

某供热站承担供热面积近200万m2 ，采用了很多节能方法，取得很好效果。

4.1以实际运行台数计算。计算总功率为862.7kW， 设备负载率按80%计算， 则实际运行功率为690.16kW， 电流为1278.7A， 也应考虑变压器增容。根据系统运行工况我提出多项节电措施供设计参考以实现变压器不增容：一是调整部分设备功率达到电动机功率与设备、工艺要求一致（ 防止大马拉小车）;二是 风、泵类在最高效率点运行（风机进出口管道速度场均匀）;三是对新增面积系统做水力计算， 以确定循环泵， 一次网循环泵仍用75 kW， 一号换热站二次网循环泵2 台由设计值132 kW×2 改为75 kW×2;四是加强除尘器、炉体、烟道的密封， 减少炉体对流段积灰及结焦， 以提高引风机效率。五是从燃烧工艺上去寻找煤层厚度与燃烧速度的最佳配合点， 其经济值是较低的速度和较薄的煤层， 以尽可能降低鼓引风机负荷， 在炉墙维修时尽可能不减小燃烧空间以提高锅炉出力。

4.2提高循环泵效率， 减少运行电耗。热网的建设都要经历一个发展过程， 在原始设计选型时都有一定的裕度， 一般循环泵选型都稍大，应就自己系统工况把扬程和流量调整到需要数值，以消除多余的电能消耗， 这种调整一般能达到30%的降耗结果。热网运行中若实施质调节、量调节或荷载（ 流量扬程） 波动变化调节， 目前常规使用变频调速技术，但对压送能力过大的水泵采用调速技术来降低水泵的扬程、流量有可能导致水泵在低效区工作， 达不到最佳节能效果， 所以要根据供热系统水力分析、选定、更换循环泵是最基本最好的降耗方法。通过实践我们认识到节能的实质是使能的利用率提高， 也就是能效更高，循环泵效率的提高， 节约了投入， 节约了设备空间致使原来改造计划中新建换热站的方案变为老换热站改造， 从而节约了项目的资金投入， 缩短了工期。要提高循环泵效率还应改变大流量、小温差的运行方式， 目前， 供热系统， 包括一次水系统和二次水系统多采用大流量小温差的运行方式， 运行的供水温度比设计温度低10—20℃， 循环水量增加20—50%， 循环水泵电耗增加50%以上， 管网输送能力下降， 并增加了换热站热交换设备的数量， 其原因除受热源工艺安排， 不愿提高供水温度外， 主要是因为管网缺乏必要的控制设备， 系统存在水利工况失调的问题， 为保证不利用户而采取的措施。因此， 应该在供热系统增加设施， 解决水利工况失调后， 将供水温度提高到设计温度或接近设计温度， 以提高供热系统输送效率， 节约能源。

4.3降耗从热源做起。一是避免锅炉低负荷运行。避免锅炉低负荷就是意味着要使锅炉尽量在效率较高时工作， 锅炉效率最高时的蒸发量为经济蒸发量（通常就是额定蒸发量的80%左右）。我们调整负荷就是随着供热负荷的变化采取调整锅炉运行台数的办法来解决， 以避免锅炉低负荷运行， 提高锅炉运行效率。避免负荷下降超过一定范围后， 炉膛温度下降较大， 燃烧速度减慢， 增加化学和机械不完全燃烧损失， 从而降低锅炉热效率， 造成能源浪费。采用避免锅炉低负荷运行思路之后， 运行期可用锅炉台数总运行时间减少， 总能耗下降。二是分层上煤与节能。目前我行业大都采用链条炉， 燃煤多为混煤， 着火条件不太好， 炉膛温度较低燃烧不完全， 炉渣含碳量高， 这些制约着锅炉热效率的提高。有效地解决了链条炉排煤层密实、通风阻力大和煤层缺氧问题，从而强化了燃烧， 解决了炉排上煤层在同一断面颗粒相差较大燃烧不均衡问题， 在一定程度上解决了增负荷慢炉排漏风问题， 使空气过剩系数有所下降，较少热损失， 提高锅炉热效率有利于节煤。分层上煤改造前各锅炉引风机经常工作在45HE 频率以上，改造后均工作在40HE 以下， 功率是随频率的下降而立方地减少， 所以耗电效果明显。

结束语：综上，集中供热是冬季供暖的重要方式，节能技术在供热管网中应用研究任重道远，不仅实现了节能降耗，保障能源的有效利用，更对社会可持续发展起到积极的促进作用。在实际工作中，供热施工运营人员应将节能作为重要的基本工作目标，并付诸实际行动，节能效率必然能够得到提升。

参考文献

[1] 李秉仙.集中供热工程预制直埋保温管接头保温的施工工艺[J].科技情报开发与经济，2019（10）：152-154.

[2] 魏玉满.供热管道保温材料的选择及经济保温层厚度计算[J].应用能源技术，2019（4）：34-36.

[3] 张仲生.视频监控在城市供热系统的应用[J ]. 山西建筑，2019（36）：116-117.

（辽宁中咨华宇环保技术有限公司，辽宁 沈阳 110000）