淺談節(jié)點方法在鍋爐房供熱系統(tǒng)中的應用

王 晶

（吉林省熱力工程設計研究有限責任公司，長春 130000）

為解決冬季取暖問題，近年來北方城市不斷推進集中供熱建設，集中供熱面積有了大幅度增長。但我國城市集中供熱系統(tǒng)的技術暨管理水平與發(fā)達國家仍有較大差距，存在供熱質(zhì)量質(zhì)差、利用效率低、供熱不均衡以及浪費大等問題。

1 鍋爐房供熱系統(tǒng)及其存在的問題

區(qū)域鍋爐房供熱系統(tǒng)是城市集中供熱的主要方式。它由鍋爐房、供熱管網(wǎng)、用戶三部分構成，通過向供熱管網(wǎng)輸送熱水向居民用戶供應熱能。據(jù)測算，鍋爐熱效率超過大型汽輪機組的發(fā)電熱效率2倍，而且便于集中管理，減少小規(guī)模供熱設施重復建設，提高了供熱企業(yè)的經(jīng)濟效益，并減少了環(huán)境污染。實踐表明，相較于小規(guī)模供熱設施，區(qū)域鍋爐房集中式供熱每年可以節(jié)約大量煤炭，并減少大量PM2.5、二氧化碳、一氧化氮與二氧化硫的排放[1]。2011年，我國城市蒸汽供熱能力只有85 000 t/h，熱水供熱能力只有33 900 MW，2017年，我國城市蒸汽供熱能力已經(jīng)超過86 400 t/h，熱水供熱能力超過493 000 MW；2011年，城市熱水管道總長13.4萬km，2017年城市熱水管道總長超過20萬km；北方15個地區(qū)供熱面積已經(jīng)超過8億m3。

目前，區(qū)域鍋爐房供熱系統(tǒng)的鍋爐出水溫度一般在70℃以上（甚至接近80℃，以最大限度滿足低溫用戶的需求），分水缸壓力都在0.4MPa[2]。供熱管線基本上采用直埋單管敷設，管徑較大（150 cm），供熱管網(wǎng)呈串聯(lián)結構。當前，鍋爐房供熱系統(tǒng)主要存在以下問題。

1.1 管網(wǎng)熱量損失較大

絕大部分供熱管網(wǎng)已經(jīng)老化，缺乏節(jié)能措施，供熱效率低，管網(wǎng)輸送熱量損耗大。據(jù)測算，接近30%的熱量在供熱管網(wǎng)中白白損失掉。另外，熱量損失與供熱管線的長度成正比。

1.2 用戶冷熱不均

前鍋爐房供熱系統(tǒng)一般沒有末端調(diào)節(jié)手段，不能根據(jù)實際氣溫的變化靈活調(diào)節(jié)熱水流量與供水溫度，再加上供熱管線越長，水溫下降越快，因而無法實現(xiàn)所有用戶均衡采暖。離鍋爐房較近的近端用戶室內(nèi)溫度可以超過25℃，供大于求，室內(nèi)空氣悶熱，不得不開窗，造成大量浪費；而離鍋爐房較遠的遠端用戶室內(nèi)溫度卻低于18℃，無法滿足取暖要求，用戶強烈不滿。處于供熱管線最末端的用戶，甚至供不上熱。

1.3 管理方式陳舊

許多供熱企業(yè)從未根據(jù)室外溫度變化制定過供熱管網(wǎng)供熱參數(shù)調(diào)控表，更不知曉分階段控制循環(huán)水量與主運鍋爐的數(shù)量，只憑過去的經(jīng)驗與主觀臆測行事（甚至推廣落后的管理經(jīng)驗）；在管理上只抓供熱量與循環(huán)水量，不注意調(diào)節(jié)供回水壓力，不注意供熱管網(wǎng)的水力平衡。還有些供熱企業(yè)采用間歇式供熱方式，根本不能適應當前用戶的熱水采暖系統(tǒng)，能耗巨大。

1.4 供熱運行方式落后

20世紀50年代，我國因襲蘇聯(lián)模式建立了自己的供熱系統(tǒng)，但調(diào)節(jié)技術不成熟（蘇聯(lián)方面也缺乏調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的先進技術），只得摸索出“大流量、小溫差”的土辦法，用增大熱水流量的方式來解決用戶采暖不足的問題。這實際上是一種粗放式高消耗運行模式，卻一直沿用至今。據(jù)測算，每增加一倍循環(huán)流量，電能消耗就要增加8倍（管網(wǎng)阻力與循環(huán)水量成正比），而熱量浪費常常超過20%，甚至達到30%，且必須不斷增加鍋爐數(shù)量才能保證不斷提高供水溫度。

1.5 管理技術落后

目前，供熱事業(yè)人才缺口巨大，嚴重缺乏專業(yè)工程技術人員。許多供熱企業(yè)的工作人員對供熱技術一知半解，甚至根本不懂供熱基本知識。另外，一些剛從專業(yè)學校畢業(yè)的設計人員為完成任務照搬過去的設計模式，墨守成規(guī)，根本不考慮實際情況，不分析、研究具體問題，造成嚴重浪費和其他技術問題。許多供熱企業(yè)沒有自己的網(wǎng)站，對許多新技術一無所知，卻故步自封，根本不了解建設供熱信息網(wǎng)和實施模糊技術、智能控制的重要性。部分供熱企業(yè)花大價錢盲目進口自動控制系統(tǒng)，自以為抓住主要矛盾，而引進的自控系統(tǒng)無法匹配落后的供熱管網(wǎng)，結果既不能提高供熱質(zhì)量，也不能降低能源消耗。

1.6 故障頻發(fā)

一些供熱管網(wǎng)在敷設時不注意按照設計圖要求進行施工，導致砂土對管道的約束力降低，管網(wǎng)在長期熱脹冷縮中發(fā)生變形，最后被管道應力破壞。一些供熱管網(wǎng)在結構設計上存在缺陷，盲目追求較大的管道外徑，而保溫層的厚度卻較低（保溫層厚度越大，供熱管網(wǎng)熱損失越小），或選用價格較低的保溫材料。一些供熱管網(wǎng)質(zhì)量不過關，或焊縫質(zhì)量不合格。當前，許多電焊工沒有操作證卻無證上崗，在焊接管道時常常出現(xiàn)氣孔、咬邊、夾渣和裂紋。一些供熱管網(wǎng)在內(nèi)外部共同作用下出現(xiàn)嚴重銹蝕，每小時滴漏幾百噸熱水。一些供熱管網(wǎng)不能承受80℃以上的水溫，不能承受設計水壓，常常在管道應力作用下發(fā)生破裂。鍋爐在運行中易出現(xiàn)低水位、不著火、爆燃等故障；管網(wǎng)中的許多管件、閥門、補償器在長期使用過程中被管道應力破壞，常常出現(xiàn)損壞、破裂。

2 節(jié)點管理方法

節(jié)點管理就是將整個系統(tǒng)及其整個工作流程分割細化成一個個具體節(jié)點，繼而明確各個節(jié)點的具體作用，并將各個節(jié)點的管控落實到具體員工頭上，從而實現(xiàn)標準化、規(guī)范化、流程化管理，并提高工作人員的素質(zhì)與責任感。這種方法可以大大降低管理成本，提高系統(tǒng)運行效率。

3 鍋爐房供熱系統(tǒng)中應用節(jié)點的方法

根據(jù)節(jié)點管理法，人們可以很清楚地分析出，鍋爐房供熱系統(tǒng)的幾個關鍵節(jié)點分別是燃氣鍋爐、供熱管網(wǎng)、管理人員、管理方式和管理技術。因此，人們可以從這幾個關鍵節(jié)點入手，對癥下藥，拿出具體可行的控制方法。

3.1 控制鍋爐出水溫度

冬季天氣變化快，且早晚溫差極大，所以用戶的熱量需求會不斷發(fā)生變化，導致供熱管網(wǎng)用熱情況發(fā)生相應變化。此外，有學者根據(jù)實際數(shù)據(jù)進行計算研究，結果發(fā)現(xiàn)，供熱管網(wǎng)中輸水溫度越高，熱量損失反而越大；輸水溫度越低，熱量損失反而越小。因此，為減少管網(wǎng)輸送熱量損耗，提高鍋爐運行效率，應合理調(diào)節(jié)鍋爐，控制出水溫度。據(jù)測算，鍋爐出水溫度70℃已經(jīng)綽綽有余，不必接近80℃。所以，控制鍋爐出水溫度，可以讓燃燒效果更好并節(jié)約燃氣資源。

3.2 增加供熱管網(wǎng)運行溫差

適當提高供回水溫差，可以降低系統(tǒng)的循環(huán)水量，減少管網(wǎng)的阻力損失，并節(jié)約電能消耗，減少熱量浪費。此外，還應該逐步推進“小流量，大溫差”的供熱運行方式。據(jù)測算，采用“小流量，大溫差”，可以節(jié)約90%的電能，節(jié)約室內(nèi)20%的熱能，并節(jié)約大量鋼材、投資和敷設供熱管網(wǎng)的建設用地，擴大3倍供熱面積，提高管網(wǎng)的水力平衡，增加管網(wǎng)穩(wěn)定性，實現(xiàn)用戶對室內(nèi)溫度的自主調(diào)控，且調(diào)控流量更加方便、簡單。目前，北歐等國的供熱企業(yè)都已經(jīng)運用“大溫差、小流量”的運行模式，供熱管網(wǎng)根本不需要補水，卻可以保證50 km外用戶末端的水壓，值得學習、借鑒。

3.3 控制供熱管線各個節(jié)點

在具體操作上，供熱企業(yè)可以在循環(huán)總量不變的前提下，根據(jù)用戶距離的不同和用戶室內(nèi)溫度的不同，合理降低近端用戶的管網(wǎng)流量，增大遠端用戶的管網(wǎng)流量，解決近端用戶采暖供大于求、遠端用戶采暖不足、最末端用戶供不上熱（“冷熱不均”）的問題，實現(xiàn)全體用戶均衡采暖。

3.4 改進管理方式

供熱企業(yè)應結合歷年的運行情況，在每年供熱期開始前就制定好供熱管網(wǎng)供熱參數(shù)調(diào)控表，并根據(jù)實際氣溫的變化認真調(diào)控循環(huán)水量與主運鍋爐的數(shù)量，從而實現(xiàn)節(jié)約能耗，提高供熱質(zhì)量的目的。在運行管理中，要注意調(diào)節(jié)供回水壓力，保持各級級網(wǎng)的水力平衡。還應該摒棄原始的間歇式供熱方式，采取連續(xù)式供熱方式，根據(jù)具體用熱情況調(diào)節(jié)供熱量、流量和壓力。

3.5 提高管理技術

必須加大對供熱專業(yè)教育的投入，盡快培養(yǎng)出一大批專業(yè)工程技術人員，填補供熱事業(yè)的人才缺口。同時，對供熱企業(yè)在職人員加強技術培訓，必須讓他們掌握供熱基本知識與供熱技術，提高他們的技術水平。此外，還要推進供熱信息網(wǎng)建設，每個供熱企業(yè)都必須建立自己的網(wǎng)站并實現(xiàn)統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)，積極探索引進模糊技術，實施智能控制；設計供熱系統(tǒng)，不能照搬過去的設計規(guī)范，不能墨守成規(guī)，必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況與用戶實際需求，實事求是地分析、研究具體問題，提高設計質(zhì)量。

3.6 升級供熱管網(wǎng)

我國供熱企業(yè)必須全面進行技術改造，更新當前的供熱管網(wǎng)，引進國外預制保溫管技術，采用新材料制造“管中管”型式的供熱管，提高管網(wǎng)的耐熱性與耐壓性和防腐性，切實解決水力失調(diào)與泄漏損失等問題。敷設管網(wǎng)時，應采用無補償敷設技術并嚴格按照設計圖要求進行施工，保證砂土對管道的約束力。另外，還要提高焊接工藝水平，減少管網(wǎng)焊接中出現(xiàn)的氣孔、咬邊、夾渣、裂紋，焊接作業(yè)完成后必須對每個焊接口進行探傷，保證焊接質(zhì)量。在全面提升供熱管網(wǎng)質(zhì)量的基礎上，供熱企業(yè)可以引進先進自控系統(tǒng)，并發(fā)揮好它們的作用。每年供暖季結束后，必須對供熱管網(wǎng)進行全面檢修；對于老化的管道，應該盡快拆除，更換新管。

在設計供熱管網(wǎng)時，供熱企業(yè)必須有意識地降低管道外徑（外徑越小，熱量損失越少），同時有意識地增加保溫層厚度，選擇保溫材料必須向最高標準看齊。同時，必須精確計算現(xiàn)場的土壤熱傳導率，考慮土壤熱傳導率在不同季節(jié)的變化幅度。除此之外，還應該考慮到當前北方地區(qū)人口少子化和老齡化嚴重、青壯年人口大量外流的客觀情況，優(yōu)化供熱管網(wǎng)的布局，盡可能收縮供熱管網(wǎng)的面積。

3.7 加強日常檢查

供熱系統(tǒng)在運行中，管件、閥門及散熱器難免會發(fā)生各種故障，因此務必加強日常檢查與維護。使用燃氣鍋爐，必須按規(guī)范操作，并每月進行2次維護，仔細檢查并維護管路、儀表、燃燒器和進水系統(tǒng)。此外，為確保萬無一失，在供暖季每天都必須保證2臺以上的備用鍋爐隨時可以投入使用，無論主運鍋爐還是備用鍋爐，都必須為它們準備至少2部可自動切換功能的電源（以應付突然停電）。

3.8 做好管網(wǎng)的內(nèi)部防腐

據(jù)研究，管網(wǎng)腐蝕不僅發(fā)生在管網(wǎng)之外，也來自于管網(wǎng)之內(nèi)。若不控制好供熱管網(wǎng)內(nèi)部的水溫和水的含鹽量、含氧量、酸堿度，將加速管網(wǎng)內(nèi)部腐蝕，縮短管網(wǎng)的壽命。所以，供熱企業(yè)必須定期更換管網(wǎng)內(nèi)的軟化水，并定期向管網(wǎng)內(nèi)注入緩蝕劑。

4 結語

我國集中供熱技術與國外還有很大的差距，為節(jié)約能源消耗，提高供熱質(zhì)量，保證供熱企業(yè)獲得合理的經(jīng)濟效益，人們應不斷探索各種先進的管理方法，運用先進技術，切實降低供熱應統(tǒng)不必要的熱損、水耗與電耗，提高運行水平。