城市集中供热系统节能问题及对策分析

高琨

(太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030027)

随着城市规模的不断发展，社会大众的生活水平的不断提高，对生活品质的追求亦在不断上升。传统的供热系统能耗较高，且供热效果较差，不仅无法满足当前现代城市的集中供热需求，同时亦不符合当前我国节能环保发展理念。因此，想要切实实现对城市集中供热系统节能效果的有效改善，首先应当注重对导致其节能水平不理想的主要因素进行全面的分析，并采取针对性完善措施，全面提升城市集中供热系统的节能效果。

1 工程案例

1.1 工程概况

A城市位于我国北方地区，集中供热是该城市冬季的主要区取暖方式。P小区作为住宅小区，其入网面积为24万m2，在2019年的实际供热面积为17.89万m2。该小区锅炉房以及热力站能源消耗情况如表1。

表1 P小区锅炉房及热力站能源消耗统计表

1.2 热源能耗分析

1.2.1 锅炉房煤耗计算

首先计算锅炉的热效率ηgl：

(1)

在公式(1)中：

ηgl为P小区锅炉房的锅炉热效率。

qi为各热量占送入炉内总热量的百分比，单位为%；

q1为有效利用热量所占百分比，单位为%；同时排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失、炉体散热损失、灰渣等其他热损失分别用q2-q6分别表示。

对集中供热系统年煤炭消耗量的计算公式为：

(2)

在该公式(2)中：

B为P小区锅炉房供热年煤炭消耗量，单位为kg/y；

Qgl为P小区锅炉房的年供热量，单位为GJ/y，该值的取值范围与用户的热负荷大小相关。

29309为2019年P小区供热所用煤炭的发热量，单位为KJ/Kg；

通过公式(1)的计算，想要实现煤耗的减少，首先应当最大限度增加锅炉的有效利用热量，同时尽可能减少各种因素所产生的热损失，方能够有效提升热利用量。通过公式(2)的计算，P小区在年供热量不发生的改变的前提下，锅炉的热效率越高，其所消耗的煤炭量亦会随之减少。因此，如果能够实现根据用户的热负荷变化对锅炉供热量的实时调节，不仅能够保障集中供热效果，同时能够进一步实现对煤炭资源的节约。

1.2.2 电力消耗计算

在集中供热系统中，其主要的耗电设备主要有循环水泵、补水泵、加压泵、防腐塑料泵、鼓风机和引风机等电力设备。

水泵点位供热量的耗电量计算公式为：

S=∑[2.78×10-4(Gi×Hi)/ηsi]/∑Q0

(3)

在公式3中：

i表示供热系统中的各个水泵；

Gi表示水泵的运行流量，单位为m3/h；

Hi表示水泵的运行扬程，单位为m；

ηsi表示水泵的运行效率，单位为%；

∑Q0表示为供热系统的年供热量，单位为kW/y。

同时公式(3)同样适用于对风机耗电量的计算，在计算风机耗电量时：

G表示风机的运行风量，单位为m3/h；

H表示风机的运行风压，单位为m；

η表示风机的运行效率，单位为%。

通过公式(3)的计算，在供热系统中，对水泵以及风机的选择能够直接影响供热系统的总耗电量。

1.2.3 水源消耗

在该供热系统中，热网以及用户系统的用水量直接关系到循环水量，循环水量的消耗主要体现在两个方面，其一为系统用水，其二为补水量。对于水源的消耗计算公式为：

P=100×BS/G

(4)

在公式(4)中：

P表示补水率，单位为%；

BS表示为系统补水量；

G表示为循环水量

通过公式(4)可以算出，系统的补水率越大，则证明其系统的水量损失约为严重。水源消耗的增加不仅会导致水资源的浪费，同时会在一定程度上增加补水泵的运行能耗。与此同时，补水一般为冷水，补水量的增加同样会导致热源利用率的下降，影响供热效果。

2 城市集中供热系统能耗问题分析

通过对A城市P小区集中供热情况与供热效果的分析，导致其供热系统出现能耗问题的主要因素体现在以下几个方面。

2.1 热源的运行效率有待提升

在整个城市集中供热系统运行过程中，热源的运行效率对其能耗的消耗量起着决定性作用。传统燃煤锅炉的运行效率越高，其煤炭燃烧过程中所产生的热量利用率也会随之增加，反而言之，锅炉的运行效率较低，为了保障供热系统的供热效果，则需要加大煤炭的消耗来实现，因此，想要切实解决供热系统能耗过高的问题，首先应当重点关注锅炉的运行效率。据相关调查资料显示，在当前我国大部分的集中供热系统中，传统燃煤锅炉的运行效率仅能达到64%左右，距离我国相关标准规定还存在一定的提升空间，而导致城市集中供热系统锅炉运行效率过低的因素较为复杂，首先煤炭的发热量对锅炉的运行效率具有直接的影响，一些劣质煤炭在燃烧过程中，其所产生的热量不足，进而会导致供热效率下降。同时锅炉自身的设计缺陷以及质量缺陷同样会对锅炉的运行效率造成一定的制约。

因热电联产、燃气锅炉的运行效率较传统的燃煤锅炉高，进一步推动热电联产、燃气锅炉在集中供热热源中的比重上升。

2.2 供热管网热损现象有待改善

供热管网是城市集中供热系统中的热量运输系统，锅炉输出的热量经过热管网将热量输送到用户时，其本身会产生一定的热损。如果热量运输所产生的热损过大，将会对热管网范围内用户的供热效果造成一定的影响，而为了满足用户的供热需求，则需要加大能耗来实现。因此，供热管网热损严重同样会导致能耗的提高。而导致供热管网热损现象严重的主要因素主要体现在以下三个方面：其一是由于集中供热管网络分布设计中存在缺陷，供热管网运输距离过大、管道规格型号选择不合理等因素，都会对供热管网在进行热量运输过程中损失大量的热量，导致能耗过高。其二是由于供热管网在运行过程中，发生管网热泄漏事故，同样会导致热损消耗过大。其三则是因为在供热管网进行敷设过程中，其保温措施不到位，进而导致供热管网运行过程中散热加快，从而对导致其热损过大。因此，想要切实实现对供热管网的热损现象的有效控制，首先应当加强对供热管网的优化。

2.3 供热水力失调问题亟待解决

目前一次侧的水力平衡调整已能够实现通过软件控制电动调节阀等设备自动平衡热量，但二次网的水力平衡调整因自控设备未安装到达楼、户，二次网仍存在较大的水力平衡调整空间。供热管网在输送热量过程中，因不同用户所处系统位置不同，资用压头不同，输送至终端用户的热量亦存在一定的差异，供热水力平衡其主要是指结合供热管网自身的设计特点，结合不同供热终端用户的取暖需求，对输送热量进行合理调节，通过对管网输送流量的有效控制，来维持不同终端用户用热需求的平衡。而供热水力失调其主要是指城市集中供热系统在运行过程中，由于水力调节不合理，导致输送至用户的热量存在差异，最终造成同一供热系统中不同用户室内的温度存在明显的差异。

3 城市集中供热系统的节能优化措施

在城市集中供热系统运行过程中，为有效提升该系统的整体节能水平，相关技术人员首先应当对整个系统运行中会产生的能源损失类型进行归纳与总结，并制定针对性的解决措施，如此方可保障城市集中供热系统能够低损耗运转。

3.1 提升供热系统热源运行效率

在对城市集中供热系统进行优化调整过程中，技术人员应重点优化热源效率，主要为优化锅炉性能。最大限度提升锅炉的运行效率，最终有效保障锅炉所产生的能源能够被充分利用[1]。在此过程中，首先，技术人员应重点研究锅炉设备。在选择锅炉型号时，应对不同型号的锅炉结构进行深入研究，并对所有锅炉设备的结构以及各构件的尺寸参数进行对比分析，在经过科学计算与分析以后，最终选择出符合城市集中供热系统建设规模的锅炉设备，通过精准选型，能够有效增强锅炉在运行过程中的运行效率，同时也会规避由于锅炉自身结构问题所出现的能耗损失问题。其次，技术人员还应当围绕城市集中供热系统运行中所应用的燃料类型进行系统分析。在选择燃料时，应尽量选择一些放热较高的燃料，且在原煤投放之前，还需对原煤进行过筛处理，有效避免原煤中所掺杂的劣质煤投放后影响燃烧效果。最后，技术人员还需在城市集中供热系统中安装热量表等仪表设备，实现对锅炉运行状态的实时显示，技术人员也可通过对仪表数据进行监视，保障锅炉设备的高质量、高效率运行[2]。一旦锅炉在运行中出现异常数据，技术人员还可对锅炉进行全面检查，找到异常原因并及时采取相应的维修措施，最终有效规避热能耗损失的发生。

3.2 合理优化供热管网热损现象

供热管网是城市集中供热系统中的重要设备之一，其主要功能是连接热源与热用户，将热量输送到各个分支供热管道中，保障居民室内的整体供热水平。在对供热系统进行节能优化环节中，技术人员还需关注供热管网在运行中所产生的能源消耗问题，保障供热管网在运行中能够低能耗运行。在对供热管网进行调整时，首先，技术人员应在合理范围内，优化供热路由路径，最大限度缩短热网管道的整体长度。现阶段部分北方城市为降低供热管网的能效，在供热系统的建设中直接应用了直埋式的大管径供热管道。由于这类供热管道的管径较大，输送热量效率较高，因此能够在提升供热速率基础上，还能够有效降低热量散失问题[3]。另一方面，技术人员还需明确该系统在运行过程中的运行需求，明确该供热系统所辖范围内的不同区域对供热的实际需求，如此方可有效提升供热管网的整体运行速率，避免铺设一些应用效率较低的管路。与此同时，在城市集中供热系统运行过程中，要想全面提升该系统的节能水平，相关技术人员还应当重点关注供热系统的保温性能，并制定相应的优化措施。通常来说，城市集中供热系统中的保温层结构的主要功能是降低供热管道在供热过程中产生的热量损耗。在对其进行优化时，技术人员首先应当选择保温性能较好，且性价比较高的保温层材料，如高密度聚乙烯以及聚氨酯等等，并且在选择过程中还需要选择合适的材料厚度，如此方可有效增强整个供热管线的保温能力，对于我国热输送效率达到90%的目标会起到有效助推作用。同时，管道敷设计时要考虑地下水影响，尽可能避免在地下水位高的位置直埋敷设，若供热管道长时间被地下水浸泡，不仅导致管网保温失效，热量散失升高，还会加速管道腐蚀，影响热网安全运行。

3.3 注重对各级热网供热水力平衡的调节

为进一步降低城市集中供热系统运行中的高能耗问题，相关管理部门还应对当前集中供热系统存在的水力失调问题给予高度重视。通过全面解决水力失调，能够大幅度降低由于供热不均匀所造成的热量损失，并且能够有效提升居民供热服务水平。在对水力失调问题进行处理过程中，相关技术人员首先应当对所辖区域内的供热需求进行详细了解后，计算出该区域日常应达到的供热标准。在供热标准确定后，技术人员需对供热系统中的流量与压差进行详细分析与探讨，最终确定及科学合理且具有高度可行性的压差值与流量值，如此可有效缓解当前二次网出现的水力不均衡问题。另一方面，为有效增强对城市集中供热系统的调节水平，相关技术人员结合城市集中供热系统的供热水平，加快推进安装自动温控阀，通过该设备能能够根据室温反馈控制入户流量及热量，最终有效规避过热损失问题发生。同时需进一步推广多热源并网运行，改善热网运行工况，提高热网输热效率。

3.4 注重变频节能技术的应用

在城市集中供热系统中，能源的消耗还包含对电能的消耗，供热系统中的风机设备、水泵设备是电能消耗的主要途径。尤其是对于一些老供热系统，其所采用的水泵、风机等设备过于陈旧，随着供热范围的不断扩大，虽然能够通过对节流阀的控制来实现对流量的基本调节，但是却无法实现对水泵电机的转速进行调节，进而导致无法实现对电能消耗的控制，进而导致对电能的过度消耗。随着我国现代变频技术的发展，变频技术凭借其强大的节能效果，逐渐被广泛应用各个领域。因此，供热系统应当提高对变频技术的重视，将其应用至对水泵等装置的优化，结合其流量需求，借助变频技术实现对水泵电机转速的改变，以此来控制水泵流量，这样既能够实现对流量的控制，同时能够有效降低水泵运行对电能的消耗。另一方面，供热管网在运行活动中，会由于各种因素所导致供热管网水量不足，进而在供热系统中会设置相应的补水装置，以此来保障供热管网的运行压力。将变频补水泵安装在循环水泵入口的位置，并通过安装下相应的压力传感器对管网水压进行实时检测，一旦出现压力减弱信号，会通过相应的穿管器直接将压力信息反馈至对应的接收设备，接收设备根据其压力值，调节补水泵的旋转的速度，从而改变原本的水流量，达到补水目的，在完成补水之后，系统将水泵转速自动调整会节能状态，这样既能够实现水泵管理更加便捷，同时能有效节约水泵运行对电能的消耗。

4 结语

随着现阶段我国城市化发展进程的不断提速，城市发展对各种资源与能源的消耗需求亦是与日俱增。想要切实提升城市集中供热系统节能效果，在当前的运行应用，首先应当对其存在的能耗损失问题进行深入剖析，结合其问题的原因采取针对性优化措施，在保障其供热效果的前提下，最大限度降低对资源、能源的消耗，全面提升我国城市集中供热水平。