挖掘供熱熱源節電潛力

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(1.黑龍江省龍聚科技發展有限責任公司，哈爾濱 150001；2.哈爾濱國安特種設備技術服務有限公司，哈爾濱 150000)

挖掘供熱熱源節電潛力

劉鳳玲，趙新宇

(1.黑龍江省龍聚科技發展有限責任公司，哈爾濱 150001；2.哈爾濱國安特種設備技術服務有限公司，哈爾濱 150000)

供熱企業是電耗大戶，若熱源動力設備選型不當，很容易造成電能的大量浪費。必需嚴格按有關規程、標準、規范進行設計、施工，強化施工監管，確保設計、施工質量。供熱行業中熱源節電節能的潛力無處不在，新技術、新工藝層出不窮，企業開源節流、挖潛增效迫在眉睫。

供熱系統；電耗；循環泵；節能

0 前 言

對于供熱企業來說，要生存、發展必須充分重視供熱質量、經營管理、熱費收繳和經濟運行等方面的問題，這些問題是互相關聯、缺一不可的，否則會給企業的經濟效益和社會效益帶來不良影響。電耗在供熱成本中所占比例很大，目前供熱熱源系統的電耗過大、電能浪費是一個嚴重問題。

供熱企業的各種水泵、風機、上煤及粉碎、出渣、氣力輸送、照明等都消耗電能。如果動力設備選型不當，系統設計不合理，極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0.5～0.75 W。但許多企業卻超過了3～4倍，電能浪費非常嚴重。

經多方調查、研究，供熱熱源目前存在多種節能節電潛力可以挖掘，具體分析如下。

1 鍋爐主輔機設備選型

供熱鍋爐主機設備選型必須與燃料相適應，滿足各項要求，確保鍋爐熱工性能、環保性能、水動力性能最佳。主輔機設備布置應合理，相關輔機選型配置要科學，特別是除塵設備選擇既要滿足環保要求，又要盡量減少系統阻力損失。煙風道、管道長度、截面積及彎頭數量、入口導向等等力求合理，以減少水動力及煙風阻力,滿足設計計算要求，降低水泵、鼓引風機類配套功率，降低動力設備運行電耗。

鍋爐配套風機應選擇高效節能和低噪聲的風機，對于大功率風機盡量選擇高壓風機。風量、風壓應根據鍋爐的額定出力、燃料品種、燃燒方式和煙風系統的阻力計算數據確定。

2 熱網循環泵選擇

供熱鍋爐房的循環水泵是供熱系統的心臟，它擔負著驅動熱媒傳遞熱能的功能，其選用的動力設備匹配是否合理，直接影響著輸送效果和能耗的高低。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用一備、三用一備，甚至多用一備的方式，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盡量單臺泵運行。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兩種不同型號的水泵。

(1)正確認識水泵并聯運行工況

單臺泵運行效率要高于多臺泵并聯運行，但目前較普遍存在多臺循環泵同時運行的方式。

如某熱電廠首站經過多次技術改造，陸續配備了13臺熱網循環泵，實際參與運行的循環泵有五六臺之多，此現象與節電節能國策背道而馳。目前大功率雙吸泵參數完全可以滿足選型要求，應力求選擇單臺泵運行(一備一用)其效率最高。

循環水泵的選擇應依據系統熱負荷和循環阻力的計算確定，循環水泵的匹配可以選用參數不同的產品，其中一臺為設計額定負荷參數，另一臺按設計參數的60%選擇，使循環水量在50%～100%設計負荷間調節，當循環水量在50%～70%設計負荷運行時，系統阻力會大幅度地縮小，電機配套功率成幾何級數降低，節約運營成本，同時為供熱系統分階段進行質調節、量調節和間歇調節創造條件，以滿足采暖期不同室外溫度下的運行節能要求。

(2)熱源循環水泵選擇問題

熱源的循環水泵必須同時滿足熱網和熱源鍋爐安全運行的共同要求，在熱水鍋爐集中供熱系統不應采取一臺爐配一臺泵，多臺爐配多臺泵的形式。這樣幾臺泵并聯運行后實際上既不能滿足鍋爐的要求，也不能滿足熱網的要求，許多工程技術人員認為多臺水泵并聯運行其流量是各泵銘牌流量之和，實際上絕不是簡單的代數和關系。

鍋爐的節電節能措施還有很多，如：提高鍋爐燃燒效率的各種措施，鍋爐增加分層分行分段給煤的措施，防止鍋爐水垢煙垢，鍋爐鼓引風系統加裝變頻調速器等。對于熱水鍋爐采暖重要的是如何實現鍋爐在額定循環水量工況下安全運行，節約電能，又不影響熱網系統對總循環水量要求。

(3)鍋爐與熱網循環水量關系

每臺熱水鍋爐在設計中都給定了額定循環水量和供回水溫度。鍋爐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0.1 MPa。而整個供熱系統的總循環水量是根據系統的供熱負荷、管網投資、管網技術狀況、運營成本需求來合理確定供回水溫差。熱網總循環水量往往與幾臺鍋爐額定循環水量之和不同。

熱水鍋爐的額定循環水量是根據鍋爐供回水溫差等參數設計得出，且經過水動力計算，是確保熱水鍋爐安全穩定運行的重要技術條件。若循環水量過大，則鍋爐阻力增加，使鍋爐水阻力損失大大增加。當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，此時循環泵工作點偏移，電耗增加；循環水量過小，鍋爐阻力降低，水動力性能惡化，鍋爐會出現過冷沸騰現象，易造成爆管等事故，危及鍋爐安全運行，同時循環泵工作點也偏移，流量過大，電機電流增加，易燒毀電機。

如何處理好鍋爐與外網循環水量之間的關系相當重要，通常的解決辦法是在循環水泵與鍋爐的供回水干管之間加設一個旁通管。

例如某鍋爐房設置三臺58 MW熱水鍋爐，鍋爐供回水溫度為130/70 ℃，鍋爐理論循環水量約為Gg=800 m3/h，三臺鍋爐合計流量為2 400 m3/h。若外網的循環水量Gz=4 800 m3/h，調節旁通管調節閥的開度，使流經旁通管的循環水量為2 400 m3/h。而此時鍋爐本體的供回水溫差為60 ℃，而熱網的供水溫度實際為鍋爐供水溫度與系統回水溫度的混合，熱網運行溫度參數為100/70 ℃，此時熱網供回水溫差為30 ℃，這樣鍋爐本體的水循環阻力為設計值。

旁通管管徑的大小應根據流經旁通管水量的大小來確定，旁通管比摩阻宜選擇200～250 Pa，以便同鍋爐阻力匹配，降低造價。

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時，供回水溫差△T與循環水量G成反比例關系，即系統的供回水溫差越大，則循環水量就越小，水泵的電耗就會相應降低。為了進一步減小供熱循環系統的總阻力損失，做到節電節能，供回水溫差易選擇較大值，可降低一次投資和運行費用。

3 采用變頻調速技術

(1)合理采用變頻調速技術

采暖期隨室外溫度變化各階段需要熱負荷不同，嚴寒季節鍋爐熱負荷大，鼓引風機、熱網循環泵等運行接近額定參數，而在采暖期的初期和末期供熱系統熱負荷低，鍋爐動力設備需要調整運行參數，以往是通過調節風機風門擋板的開度或調整泵出口閥門的開度來實現，這樣人為地加大阻力，使動力設備在不同負荷狀態下運行，電機功率也基本保持不變，這種“低負荷、高消耗”造成電能的很大浪費。采用變頻調速技術可以通過變頻調速改變電機的輸入頻率，進而調整鼓、引風機循環泵的轉速實現負荷調節。在實際運行中，可以根據環境溫度通過變頻器來自動設定鼓、引風機、循環泵最大技術參數，同時調節給煤量，從而達到“低負荷、低消耗”運行的目的，隨室外溫度變化調節鍋爐熱負荷，達到節能目的。

供熱熱源熱水鍋爐鼓引風機、循環泵等主要耗電設備由工頻改為變頻調速可實現節能。設備采用變頻節電的同時，大大減小了對機械和電網電流的沖擊，提高了設備啟、停的安全性。采用設備變頻技術以后，供熱熱源節電明顯,比單純工頻設備節能30%左右。

(2)不可盲目采用變頻技術

變頻并不是萬能的，加裝變頻器是在原動力設備特性曲線的范圍內實現節電的。變頻器的選擇，如采用通用型的，其功率應與動力設備電機功率相一致。例如對于流量和揚程同時偏大的泵，也可以采用增加變頻器或車削葉輪的方法解決。但對于只是揚程偏高，而流量合適或偏小的泵，只能更換動力設備，不能用加裝變頻器來實現。因為當電的頻率降低時，動力設備的揚程和流量會同時降低，使本來偏小的參數偏差更大。

變頻調節必須在原動力設備特性曲線的范圍內實現節電。對于那些動力設備型號同實際需要相差甚大，必須重新選型才能達到根本的節電，盲目加裝變頻器的做法不可取。

4 循環水泵出口不宜加裝設止回閥

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。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。

5 降低動力設備進出口阻力

動力設備進出口阻力的大小取決于動力設備進出口各種元器件的阻力和進出口管道的阻力。正常情況下，從動力設備入口管與母管連接處到動力設備出口與系統母管的連接處，之間的阻力損失在30～60KPa之間，而實際在供熱系統動力設備中，這個阻力多達到50～100 kPa之間。

一般情況下動力設備的出口比進口截面積要小，例如鍋爐引風機進口煙氣流速在15～20 m/s，出口煙氣流速在25～45 m/s；循環泵進口的介質流速在2．5～3 m/s，出口的水流速度一般3～4 m/s， 上述出口介質流速均遠遠超過了設計值，因此須作擴徑處理，降低介質出口流速，在條件許可的情況下，動力設備進出口的管徑應盡量加大，減少損耗節約電能。

6 動力設備并聯運行問題

動力設備并聯運行工況普遍存在，如多臺鍋爐引風機共用一個煙橋，多臺水泵共用一個匯水集箱。下面以多臺水泵共用一個匯水集箱為例分析：

循環水泵并聯運行時進出口都裝設匯水集箱，當總出水管設置在匯水集箱端部時，靠近匯水集箱總出口位置的循環泵(1#)出口與匯水集箱連接處要裝設水流導向裝置，最好幾臺并聯循環泵出口處三通均裝設導向裝置，如圖1所示。

圖1 循環水泵并聯三通連接導流裝置

若循環水泵并聯，靠近匯水集箱總出口位置的循環泵出口與匯水集箱連接處不裝設導流裝置，如圖2所示，當只有1#循環泵運行時，由于泵出口壓頭相當高，一般都在幾十米，此時不設導流裝置，進入匯水集箱內的高揚程水柱，直接沖擊正前方匯水集箱管壁，然后左右分流，實際上分流到左側動能是靠左側封頭產生的反作用力，然后向右側總出口方向流動，此過程也損耗電機功率增加能耗，實際上這臺循環泵在此時所消耗的功率并不包括在水泵選型時水泵所需功率范疇之內，因此嚴重造成了水泵有效性能不足，不能滿足供熱系統對循環泵參數的需求。

下面分析1#循環泵運行時，再啟動2#、3#循環泵的工況：

1#循環泵運行時其進入匯水集箱主流水束形成高強度的水墻，2#、3#循環泵水流欲穿透此水墻勢必需要額外多消耗循環泵功率，同樣會造成泵有效性能參數降低，也不可能達到泵并聯運行時應該滿足的參數要求。即使總出口設置在匯水集箱中部也存在著電機功率無謂增加消耗的問題。

通過上述分析還可以擴展到其它動力設備進出口連接不當情況，同樣也會無謂地增加系統阻力，必然增加電耗或影響設備性能。幾臺鍋爐共用煙橋時，將會危及到鍋爐能否正常運行，因此煙氣導流尤為重要。

施工時更有甚者，在動力設備共用一個三通時不僅不安裝導流裝置，甚至于支管不切割相貫線，將平頭管直接插入匯集裝置內，個別不負責任者將平頭管直抵匯集裝置對面管壁，此種施工方式將埋下難以查找的致命隱患。

可見精心設計，嚴格按有關規程、規定、標準施工，強化施工監管，確保設計、施工質量為重中之重。

7 結 論

在供熱行業中熱源節電節能的潛力無處不在，需要關注節電節能新技術，逐步做到采用新工藝、開源節流、 挖潛增效、 降低單耗 、科學管理、量化管理，憑借現場科學數據與行業先進節能指標相比較，找出差距與不足，不斷升級改造，實施節能改造技術創新。

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MiningHeatingEnergy-savingPotential

LIU Feng-ling, ZHAO Xin-yu

(1.HeilongjianglongpolyTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.Harbin150001,China;2.HarbinGuoanconstructionequipmentTechnologyServicesLtd.Harbin150000,China)

Power consumption of heating enterprises is large, if the selection of heat power equipment properly, it is easy to cause a waste of electrical energy. Must strictly in accordance with relevant rules, standards, specifications for the design and construction, strengthen the construction supervision, to ensure that the design, construction quality.The heating industry in heat energy saving potential is everywhere, emerge in an endless stream of new technology and new process, enterprises, broaden sources of income and reduce expenditure, tapping the potential synergies imminent.

The heating system; Power consumption; Check valve; Circulating pump

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.010

2013-11-10

：2014-02-10

劉鳳玲，女，主要從事供熱系統運行管理等工作。

TM621.4

：B

：1009-3230(2014)03-0039-05