集中供热系统节能潜力分析

摘要本文从提高能源利用率出发，论述系统能耗环节和评估；已运行系统能源浪费的表现和程度；分析能耗悬殊的原因；提出依靠科技技术，改造和完善系统挖掘节能潜力。

一、供热系统消耗能量的环节和评估

1.供热系统消耗能量的环节

供热系统由热源把热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。

我国城市集中供热热制造主要来自燃烧化石燃料(煤、油、气)的区域锅炉房和城市热电厂。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水制备和输配系统的水泵(循环水泵，补水泵和加压泵)；它们耗用的能源是燃料、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。热电厂是由抽凝式、或背压式(包括恶化真空)供热机组排、(抽)汽通过热能转换装置(通常称为首站热交换器)传递给热网系统；首站是供热系统的热源，主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵，它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

热能输送由热网承担，供热管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构和材料选择依敷设而异。管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式，它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度；热网补水率来表示热网不泄漏的程度。在热网管线上有时还设置中间加压泵，以降低和改善系统水力工况(设置在非空载干线上，还能节省输送电耗)，它的能量消耗设备是水泵，可用单位供热量的耗电来评定耗能水平。

能量转换是通过热力站热交换器把一级网的热能传递给二级网，并由它输送到热用户。热力站是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级网高温水/蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

用热即终端系统用热设备。城市集中供热主要是建筑物内的采暖(为简化分析只谈最大热用户)。一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。它的耗能设备是采暖散热器。其能量取决于建筑维护结构保温性能、保持的室内温度和外界环境的温度；其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得。通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平。

2.系统热耗的估计

供热系统从热制备转换输送用热环节的能量进入和输出必须相等，即：

输入能量=可用能量+∑能量损失

能源利用率=可用能量/输入能量

可以这们认为：供热系统是由多个子系统组成。热用户是终端，采暖散热器是终端用热设备。热力站、二级网和终端组成二级网子系统，热力站热交换器成为该子系统的能量转换点，一级网水则为它的热源。锅炉房(或热电厂首站)、一级网和热力站组成一级网子系统，势力站是该子系统的热用户，锅炉受热面(或首站热交换器)成为能量转换设备，锅炉(或热电厂经汽机的蒸汽)是热源。锅炉本体(或热电厂)自成一个子系统，称为热源子系统。若设采暖散热器耗热量为N0，二级网管路热损失为E1，泄漏热损失E2。热力站内热损失E3，二级网管路热损失为E4，泄漏热损失E5，锅炉房(首站)内热损失E6。输入能量是燃料热N3，能量损失包括化不完全燃烧损失E7、固体不完全燃烧损失E7、飞灰热损失E8、灰渣热损失E9，排烟热损失E10、(热电厂还应增加一项：供热分担的厂内热损失E11)，输出则是二级网子系统的输入能量N2。

则：一级网子系统的输入热量N1=N0+E1+E2+E3

一级网子系统热能利用率B1=100×N0/N1(%)

二级网子系统的输入热量N2=N1+E4+E5+E6

二级网子系统的热能利用率B2=100×N1/N2(%)

热源子系统的输入热量N3=N2+E7+E8+E9+E10(6E11)

热源子系统热能利用率B3=100×N2/N3即锅炉热效率(热电厂热效率)(%)

供热系统热能利用率B=B1×B2×B3(%)

3.系统电耗的估计

系统电耗评估与热能评估一样可以子系统计算后叠加。系统主要耗电设备有循环水泵、补水泵、鼓风机和引风机等。它们单位供热量的电耗由下式计算：

(1)水泵耗电量

s=(h∑0(G×△H)/(267.3×η)/∑N0

式中，G—水泵运行流量，！3/h；△H—水泵运行扬程 m；η—水泵运行效率；∑N0—系统供热量；h—有效小时数。

(2)风机耗电量可用同一个计算公式。此时

式中，G—风机运行风量；△H—风机运行风压；η—风机运行效率(对皮带传动应包括机械传动效率)；∑N0—系统供热量。

4.系统泄漏损失的估计

系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失。

(1)水资源损失量可认为等于系统补水量BS。若系统运行循环水量为G，则

系统补水率P=100×BS/G (%)

(2)系统泄漏热

zht2004

2005年10月30日 14:14:28

2楼

能把续帖子放在同一主题下最好，没必要重发主题帖

flyingbird

2005年10月30日 19:10:03

3楼

楼上说的是，删其它帖吧，又不忍

zhidi

2005年10月30日 20:01:56

4楼

三、供热系统能耗悬殊的原因分析

1.设备效率的不同：

□锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标。体现燃料热被有效利用的程度。目前，燃煤供热锅炉的设计热效率(≥7MW)一般在75—85%(燃油、汽供热锅炉热效率在90%左右)。但在使用时，由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等方面不同的原因，使锅炉的运行效率差别很大。好的，能达到设计热效率，保证锅炉出力，差的，燃烧不完全、排烟温度高，各项热损失大，热效率不及50%，锅炉出力大幅度降低，导致能源浪费，大气环境，污染增加。□风机、水泵效率是由电能转化为有用功的份额，体现电能被有效利用的程度：目前，风机、水泵效率一般在55—75%。它们的流(风)量和扬程(压头)的选择与配置是十分重要的。选择与配置得当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，电耗少。选择与位置得不当(一般是偏大)，装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多。两者的相关可达10—30%。不仅如此，锅炉的鼓、引风机配置不当，还会导致锅炉热效率下降，循环水泵配置当当，还会影响系统水力工况。

风机是热源子系统的主要附属设备，水泵是热网(一级和二级)网子系统的主要设备。其电耗大小，不但对电资源有影响，也对运行成本有显著影响。由于城市集中供热热负荷有随气候及用热规律变化的特点，设置变速风机和水泵已在发展并被实践证明可以进一步节能。

2.输送条件的不同：

□热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果。一般热网热效率应大于90—95%。从上面实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求；而架空和管沟都达不要要求，其热损失远大于10%。如果地沟积水，管道泡水，保温性能遭破坏，其热损失甚至大于裸管。这一问题广泛存在于早期建设的热网。

□热网补水率可近似认为(忽略水热胀冷缩的补充)是输送过程失水的指标。目前，热网(特别是二级网)运行补水率差别很大，在0.5～10%范围变化。正常情况下，应在2%左右；好的，补水率可在1%以下；差的，管道泄漏和用户放(偷)水严重，补水率可达10%左右。系统泄漏丢失的是热水，补充的是比回水低得多的冷水(一般是10—15℃)，要把它加热到供水温度至少是循环水的三倍(二级网运行供水温度一般为55—85℃，回水温度40—60℃)。这就是说，系统补水不仅是水耗问题，热耗是更大的问题。例如：补水率1%，即相当于减少至少3%的供热量；补水率10%，则相当于减少至少30%的供热量，其差别多大呀!

3.运行技术水平的不同：

□热网水力失调度是流量分配不均程度的指标：按用户热负荷分配流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热网无水力失调。若分配不当，出现冷、热不均现象，说明有水力失调，其失调度是大于或小于1。大于1，会使用户室温过高，导致热量浪费，小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格是不允许的。为解决失调问题，正确的做法应该是改进和完善热网，如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施；但至今仍然有大大量的系统不同程度地采用‘大流量小温差’来缓和这一问题。其实，‘大流量小温差’运行并不减少供热的热损失，而且带来循环水泵电耗的大幅度增加和热源供热量的增大(电耗与流量、扬程成正比；在管网不变条件下，电功率随流量的三次方变化)。实例说明，科学解决水力失调，系统在设计流量下运行，能挖出8—15%的供热量。

□科学运行调度实施按需供热，实现设备长期在高效率区间运行：做到这一点的，供热能耗就会降低，违背这一点的，供热能耗就会升高。下面仅举几例说明：

☆根据实际情况，制订调节方式：目前，一般采用质调节。有些系统采用质、量并调，在初、末寒期适当减少循环水泵运行台数，就明显降低电耗。国外普遍采用量调节，其原因是：

①量调节的循环水泵电耗最少。从理论上说，在管道尺寸已确定的情况下，减少流量和降低电耗是三次方关系。如流量减少30%，电功率节省65.75，对于多数地区一长段时间用70%的流量运行、年减少电耗40%左右是不成问题的。这是一个十分可观的节能数字。②量调节对用户热量变化的响应比质调节快得多。质调节的温度变化从热源到用户热量变化的响应比质调节快得多。质调节的温度变化从热源到用户的传递是以流速进行，管道中水流速为1至2米/秒，传送到1公里远的用户需要的时间是8分20秒—16分40秒，如果传送到10公里远的用户就需要1.5—3小时；如果水流速低，传递时间将增加，而量调节是以声速传递，其响应几乎是同步的。因此，一级网采用量调节是发展趋势。量调节应采用变速循环水泵，采用阀门节流的量调节运行，省电很少。

按照室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图甚至时间图，并以它们指导运行。这样可以避免初、末寒期供大于需，浪费能量。

☆热源的容量和台数是由设计人员根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷的大小页确定的。运行