供熱系統全方位節能節電技術

李壯男/哈爾濱市直屬房產物業管理有限責任公司

供熱系統全方位節能節電技術

李壯男/哈爾濱市直屬房產物業管理有限責任公司

對于每一個供熱企業來說，要想生存、要想發展、都必須充分重視供熱質量、經營管理、收費和經濟運行等各個方面的問題，而各個方面的問題又都是有機地連在一起的，都是互相關聯、缺一不可的，忽視了哪一方面都會給企業的經濟效益和社會效益帶來不良的后果。有些問題（如收費難的問題、用戶冷熱不均的問題）大家都認識到了，但由于種種原因一直困擾著供熱企業，很難解決。還有一些問題在很大程度上影響著供熱企業的供熱質量、成本，從而影響著供熱企業的經濟效益和社會效益，但由于認識不清或被一些不合理的傳統做法和習慣勢力左右著，已成了“司空見慣”的狀態，如供熱系統的電耗過大，電能浪費嚴重的問題就是這樣一個大問題。

一、充分認識目前對電能浪費的麻木性、嚴重性和普遍性

供熱企業是電耗大戶，各種水泵、風機、照明都用電。如果設備選型不當，系統設計不合理，很容易造成電能的大量浪費。一些先進的供熱企業熱網循環水泵每平方米面積的電耗只有0.7元～1.2元。但許多企業卻超過了先進企業的3～4倍，電能浪費非常嚴重。這樣的供熱系統很普遍，甚至一些相當大的供熱企業也是如此。經多方調查、研究可知，造成這種局面有以下幾個原因：

1.“墨守成規”和“寧大勿小”的設計習慣造成電能浪費。一些設計人員“墨守成規”或生搬硬套，不加分析、不加研究地始終按習慣做法搞設計。同時還存在著“寧大勿小”的心理，因為怕擔責任，總是把用電設備選得很大，而不考慮是否會造成能源浪費（如多臺泵并聯或水泵揚程偏高，脫離實際需要等問題）。

2.不合理的選型造成的電能浪費。還有一些設計院人員或供熱企業的工程技術人員，對一些基本理論認識不清，研究不夠，往往造成了錯誤設計、錯誤選型，使供熱系統或用電設備白白浪費了寶貴的電能（如用樓房的高度選擇循環水泵揚程的問題）。

3.不合理的技改措施造成的電能浪費。一些企業的工程技術人員在供熱系統運行過程中出現技術問題而影響供熱質量時，不做認真的分析研究，找出問題的主要原因，抓住主要矛盾，而是憑經驗、憑感覺采取了更換用電設備或盲目增加用電設備的方法。雖然使問題有了一定程度的改善（有時反而加大了問題的嚴重性），卻進一步浪費了大量的電能（如熱網水力失調，不去調網，卻增加循環水泵臺數或更換大泵）。

4.運行管理不善造成的電能浪費。還有一些其它原因，如對供熱設備的使用條件認識不清或運行管理不到位，造成水循環阻力增加等，都可造成電能白白浪費掉。而對這些情況往往又錯誤的認為是正常的，許多企業的領導或工程技術人員又“視而不見”或“聽之任之”，處在一種麻木的狀態下。他們不去同其它企業比較，不向先進企業學習，使企業一直處在高電耗的情況中，造成了運行成本過高，企業虧損嚴重。甚至錯誤地認為電費只占供熱成本的一小部分，不用計較，供熱企業就是一個“半福利”的單位，虧損是正?，F象等等。

由以上的情況可知，供熱系統的節電潛力是非常大的，必須引起充分的重視。但要想節電還必須從供熱系統的各組成部分如：熱源、熱網、熱力站、熱用戶，從供熱系統的各個環節如：設計、施工、以及運行管理、技術改造等全方位地分析問題，研究問題，找出各方面的主要矛盾，從而采取綜合措施，達到最大程度的節約電能。這樣企業的經濟效益和社會效益，才能得到更大的提高。

二、根除水力失調是供熱系統節能運行的首要條件

所謂水力失調，就是管網各處實際流量與所需不一致。任何一個供熱系統都不可能通過對管網、熱力站和熱用戶等系統的設計、管網的布置、水力計算、管徑、管件及設備的選型等，徹底解決運行時的水力平衡問題。任何一個供熱系統都必須在系統運行時進行認真地調節，才有可能逐步接近水力平衡。如果調節水力平衡的設備選擇不當，使用不當，調節的手段不先進，不合格，甚至不進行運行調節，供熱系統就一定會存在不同程度的水力失調問題。從而造成部分熱用戶室溫過高而浪費了熱能，部分用戶室溫不達標，影響了供熱質量。而此時，許多供熱部門往往又錯誤的采用更換循環水泵，加大循環水流量等辦法解決。雖然使水力工況在一定程度上有所改善，水力失調狀況有所減輕，但由此卻帶來了電能的大量浪費，使供熱企業的運行成本大大提高，同時使其它的節電措施無法實施。

應該從根本上消除熱網的水利失調，才能確保用戶的供熱質量。但以前消除水利失調的方法--人工調節關斷閥、調節閥或平衡閥的方法，不但給運行調節人員帶來相當大的工作量，而且根本無法使管網的水力失調得到徹底改善。采用自動控制的方法又大大提高了熱網建設資金的投入。目前最好的辦法，是最近幾年來已開始普及的，在每個熱用戶的入口安裝恒流量調節閥或自力式流量控制閥的方法。只要按每個熱用戶需要的流量，一次性調節好，就可保證全網的水力平衡。它不但可保證流入每個熱用戶的循環水量與設計或實際需要一致，而且還會自動消除熱網的剩余壓頭，保證熱網有良好的水力工況。

目前“恒流量調節閥”是“自力式流量控制閥”中的佼佼者，它不但調節性能良好，而且可帶電動執行器，實現遠程自動控制。供熱系統只有在根除了水力失調后，才有可能實現下面一些更有力的節電措施。

三、提高供回水溫差是節電的重要途徑

根據熱量計算公式：Q=G×C×（Tg-Th）可知，當供熱系統向熱用戶提供相同的熱量Q時，供回水溫差△T=Tg-Th與

循環水量G成反比例關系。即系統的供回水溫差大，則循環水量就小，水泵的電耗就會大大降低。從下面的一個例子，就可看出溫差與電耗之間的關系。

例如一個供熱系統設計熱負荷為7MW，一網供回水溫差△T=30℃。經計算，其循環水量為 200m3/h。外網管徑為DN200。查表可知沿程阻力系數為170Pa/m。經水力計算，管網沿程總阻力損失為50m水柱，如果按此流量和揚程選水泵，即水泵功率為45K W。如果把供回水溫差由△T=30℃提高到△T=60℃，其循環水量可下降到100m3/h，按外網管徑DN200查表可知，沿程阻力系數為42Pa/m。同溫差30℃時的阻力系數相比是：42:170=1:4。按此推算，此時管網沿程總阻力損失應為H=50m/4=12.5m。按流量100m3/h和揚程12.5米選泵，其水泵功率只有5.5K w。

由此發現一個規律：當供回水溫差提高到原來的兩倍時，循環水量也降至原來的二分之一，而管網的沿程阻力降至原來的四分之一，而水泵的功率要降至原來的八分之一。即：△T2=2△T1則G2=1/2G1H2=1/22G1N2=1/23N1由此可看出，提高供熱系統的供回水溫差，可大大降低運行電耗。同時由于阻力損失的大幅度降低，可以使有中繼泵站的供熱系統，取消了中繼泵站，節省了建設投資和中繼泵站的運行費用。

目前，直供系統或間供系統的二級管網，也都存在著運行溫差過小的問題。用戶的室內采暖系統一般都按供回水溫差25℃設計，但實際運行的溫差都在20℃以下，有的甚至只有10℃左右。因此存在著大量電能浪費問題。二級管網和室內

采暖系統的節能潛力也很大。

四、正確選擇和安裝循環水泵是節電的當務之急

在泵的選型與安裝上，目前普遍存在著一些不合理的地方，許多時候不依照水力計算，而是死套所謂的“規定”，并層層加碼或參照別人的設計、以前的設計，甚至在錯誤的理論指導下確定泵的型號。而工程設計人員和運行管理人員又都習以為常，渾然不覺。因此在水泵的問題上存在大量的電能浪費。主要問題有：

1.泵揚程偏高、與實際需要相差太大。循環水泵揚程過高既造成了電能浪費，有時還使泵在超流量工況下工作，使電機過載，不得不在關小水泵出口閥門的狀況下工作，進一步造成了電能的浪費，可以使電耗超過實際需要的三倍以上。

如某一種水泵流量為100m3/h，當揚程H=12.5m時，水泵功率N=5.5K w；揚程H=20m時，N=11K w；揚程H=32m時，N=15K w；揚程H=42m時，N=22K w。

造成水泵揚程偏高的原因一般有兩種：

（1）錯誤地把樓房高度加在循環水泵的揚程中。一種是錯誤認識造成的。一些人錯誤地把采暖系統的樓房高度，作為選擇循環水泵揚程的依據。他們把循環水泵的作用和補水定壓泵的作用混到了一起，不知道循環水泵的揚程只是用來克服采暖系統的循環阻力，而補水定壓泵的揚程是維持采暖系統所需靜水壓強。循環水泵的揚程不應負擔樓房的高度。這種錯誤在某些地方還普遍存在著，是供熱理論和供熱常識普及不夠的結果。那些把熱力站的循環水泵揚程定為32m甚至40m的就是這種情況。

（2）設計人員“寧大勿小”心理和習慣的后果。另一種是設計人員不良的設計習慣造成。一般的設計人員都存在一個“寧大勿小”的心理，認為所選的設備、各方面的參數大一些總比小了好，這樣不會出問題。而很少去考慮怎樣做才能更經濟、更實用，怎樣做才能使自己的設計水平有所提高，怎樣做才能使這方面的技術更進步、更先進。而且有的人一直“墨守成規”，或不加思索，不加研究和鑒別地去參考別人的設計，或隨著大多數狀況走，這樣可不動腦，可少犯錯誤。這樣在選擇設備時就會死搬規程，或層層加碼，最后再乘以一個安全系數，使所選水泵的揚程超過實際很多。不但造成了大量的能源浪費，而且往往給運行帶來很大困難。如不關小出口閥門，電機就會超載。一般情況下，熱力站循環水泵揚程大多都在8m--13m之間，供熱半徑大的也不超過18m，最小的只有6m左右。

2.多臺泵并聯運行降低了水泵效率，大量浪費電能。

（1）應正確認識水泵并聯運行工況。由泵的并聯工況可知，單臺泵運行效率要高于多臺泵并聯運行。但目前許多設計者都習慣選擇二開一備、三開一備，甚至多開一備的方式，有時不但達不到所需要流量，而且造成了電能的巨大浪費。合理的設計是在每種工況下都是單臺泵運行。因此可根據運行的工況，在同一個熱源或熱力站中同時選擇幾種不同型號的水泵，或變速泵。

（2）熱源循環水泵的設計原則。另外熱源的循環水泵必須同時滿足熱網和熱源的共同要求，不能根據鍋爐的循環水量、一臺爐配一臺泵的多泵形式。這樣幾臺泵并聯運行后既不能滿足鍋爐的要求，也不能滿足熱網的要求。形成這種習慣的主要原因是：許多人錯誤地認為，水泵并聯后的流量就是各泵銘牌流量之和。實際并聯后的流量一定小于銘牌流量之和。它取決于并聯特性曲線與管網特性曲線的交點。

3.循環水泵出口裝設止回閥問題的探討。在給排水系統中，給水泵或排水泵出口設止回閥是必要的。因為這些系統都是開式系統，都是把水由低處往高處送，或者把水從低壓處送往高壓處。停泵時如果沒有止回閥，則水會倒流。而供熱系統是一個閉式系統，循環水泵的作用是克服網路的循環阻力，使水在網路中循環。當水泵停止工作時，水泵兩側的壓強相等，不會作反向流動。因此安裝止回閥只會增加網路的阻力，無謂的消耗電能，沒有任何作用。熱源和換熱站的循環水泵出口都可不設止回閥，但直供混水系統的混水泵和回水加壓泵，同補水系統與給水系統一樣，泵的出口應設止回閥。

對于多臺水泵并聯安裝的情況。按離心水泵操作規程，不工作的水泵應關閉水泵進出口閥門，不需要由止回閥起隔離作用。此措施經多年實踐證明，沒出現任何問題，而且北歐的供熱系統中，循環水泵出口就不設止回閥。

五、供熱系統熱源的節電節能措施

熱源的節電節能除前面提到的循環水泵選型、安裝的節電措施、以及提高熱源供

回水溫差的節電措施外，圍繞著鍋爐的節電節能措施還有很多。如：提高鍋爐的燃燒效率的各種措施，鍋爐增加分層、分行、分段給煤的設備、防止鍋爐水垢、煙垢的各種措施，鍋爐鼓引風系統加裝變頻調速器等節電措施，這些都是大家比較熟悉的。這里主要介紹一個往往被許多人忽視，但又非常重要的問題。就是如何實現鍋爐在額定循環水量下工作，既節約電能而又不影響系統總循環水量和供水溫度的問題。每臺熱水鍋爐在設計中都給定了額定循環水量和最高供回水溫度。鍋爐本體對循環水的總阻力損失就是在這個循環水量的情況下計算出來的。一般都不超過0.1MPa，即10米水柱。而整個供熱系統的總循環水量是根據系統的供回水溫差和供熱負荷確定的。它往往大于幾臺鍋爐額定循環水量之和。許多工程技術人員都忽略了這一點。在設計和運行中不采取任何措施，而是使鍋爐的實際運行循環水量與外網總循環水量相等。這樣就造成了每臺鍋爐的循環水量大于額定循環水量，使爐內水的阻力損失大大超過鍋爐說明書中的阻力損失。從前面第三條論述中得出的規律可知，鍋爐的實際循環水量達到了額定循環水量2倍時，鍋爐本體的水循環阻力就是額定阻力損失的4倍，而此時用于克服鍋爐水循環阻力的電耗就會是額定電耗的8倍。多么嚴重的電能浪費問題。這個問題通常的解決辦法是在循環水泵去鍋爐的供回水干管之間加設一個旁通管。當鍋爐的循環水量為 G=400m3/h，外網的循環水量G=2400m3/h，調節旁通管調節閥的開度，使流經旁通管的循環水量達到1200m3/h。而此時鍋爐本體的供回水溫差為60℃，而熱網的供回水溫差為30℃，鍋爐本體的水循環阻力為額定阻力，一般為0.06-0.1Mpa旁通管管徑的大小應根據流經旁通管水量的大小來確定，但旁通管的阻力小，可選擇小一些的管徑，以便同鍋爐阻力匹配，亦可降低造價。另外為了進一步減小鍋爐水循環系統的總阻力損失，總供回水干管和鍋爐的供回水管的管徑應大些。

六、熱力站的節電措施

熱力站的節電措施除了前面提到的循環水泵的選型與安裝問題，和提高二網供回水溫差的措施之外，還有以下幾個措施可進一步節電。

1.直供混水系統的熱力站。直供混水系統的熱力站，應根據管網水壓圖的情況，盡選擇在旁通管上加混水泵的方式。此時混水泵的混水量G3=G2-G1小于二級網的總循環水量，而且又充分利用了一級網提供的資用壓頭，使混水泵的電耗降到最低。

2.間供系統的熱力站。間供系統的換熱站中，換熱設備的選型也影響著二級網循環水泵的電耗。應盡量減小換熱器的水循環阻力。經研究得出的結論是：板式換熱器中水的流速應控制在0.2-o.5m/s。也就是在選取板式換熱器時，使換熱器的換熱面積大一些，達到每平方米換熱面積供450-700m2的建筑面積為最佳。

3.熱力站規模大小與節電關系。對于間供系統和直供混水系統，熱力站規模的大小也直接影響影響全系統的電耗。一般規律是這兩種系統的熱力站規模越小，越省電。因為此時一級網的供回水溫差大，循環水量小，供到每個熱力站的電耗就小。而熱力站到熱用戶，雖然由于供回水溫差小，循環水量大，但因為熱力站負擔的供熱面積小，供熱半徑就小，因此電耗就低。供熱半徑大的熱力站，電耗就高！如果采用中，小型換熱機組或無人值守換熱站更好。因為它占地小，甚至可以不建換熱站，節約了土建投資。

4.熱力站的運行管理與節電關系。站節電應注意的另一個問題是應在熱力站的一、二級網的除污器前后加裝壓力表。運行人員應經常視察除污器前后的壓差，當壓差超過0.02Mpa時，應及時清掏或反沖除污器，以降低阻力損失，節約電耗。

七、供熱系統與熱網設計中的節電措施

1.盡量不采用直供系統。供熱系統最好不要采用直供形式，盡量采用間供形式或直供混水形式，才能減少循環水泵的運行電耗。

2.管網管徑大小與節電。供熱管網的管徑大小與建設投資成正比，與運行電耗成反比。但同時也與城市供熱發展規劃密切相關，有時供熱的發展會超出規劃的設想。因此為了節電，為了給今后供熱發展留出充分的空間，熱網的管徑在建設資金允許的條件下，應盡量大一些，經濟比摩阻最好控制在30-50Pa/m。這樣還可以同時提高管網的水力穩定性。

3.環狀管網的優越性。環狀管網不但可以自動優化水利工況，平衡供熱效果，同時還可以減少管網事故對供熱的影響。因此，在有條件的地方可以把支狀管網連成環狀管網，也相當于加大了某些管段的管徑，既有利于節電，又可提高供熱質量。另外應大膽推廣在安定理論指導下的直埋技術，采用無補償（或少補償）、無固定墩的直埋技術?？纱蟠蠼档屯顿Y和施工難度。提高管網的安全性。

4.大膽采用多熱源聯合供熱。多熱源聯合供熱可以在供熱初、末期充分發揮主熱源的熱效率，同時由于全網的循環水量小，調峰熱源不啟運，從而大大節約了電能。而在供熱尖峰期啟運調峰熱源后，使主熱源的供熱半徑和循環水量均縮小。節約了水泵的電耗。所以對于中、大型供熱系統一定要采用多熱源聯合供熱的形式。尤其是熱電聯產系統，為了使熱電廠的熱化系數接近0.5，提高供熱系統的安全性，必須設置大型調峰熱源、或同時設置幾個調峰熱源，實行多熱源聯合供熱。多熱源聯合供熱的設計和運行調節并不復雜，目前已有多家供熱企業的成功經驗和一套較完整的理論，可大膽推廣應用。

5.分集水器的取舍。目前在許多熱源和熱力站還都設有分水器和集水器。這是從蒸汽供熱系統沿襲下來的不合理做法。它不但增加了管網和熱力站的施工難度提高了造價，而且增加了運行電耗，尤其是現在對熱網水力工況的調節已進入到了第四個階段----用恒流量調節閥或自力式流量控制閥調節水力平衡的階段，已不需要分層次調節各分支點的調節閥了，只是在用戶終端一次性調節恒流量調節閥的流量，就可以使全網達到水力平衡。因此分集水器就更沒有必要繼續存在下去，應徹底取締。