節能技術在供熱管網中的應用研究

馬妍

摘 要：隨著我國城鎮建設的不斷發展，集中供熱已成為當前最主要的供熱方式。節能技術在供熱管網中的應用與發展，不僅為供熱單位提供了良好的經濟效益，更是環保節能、可持續發展觀的重要體現。尤其近年來，國家對建筑節能提出了新的要求，更促進了供熱系統的節能降耗發展。

關鍵詞：節能技術在供熱管網中的應用

前言：集中供熱是我國冬季采暖的普遍方式，為此我國花費了大量人力物力進行了熱網的建設和管理。節能技術在供熱管網中應用不僅實現了節能降耗，保障能源的有效利用，更對社會可持續發展起到積極的促進作用。

1? 節能技術在供熱管網應用的重要性

供熱系統是由熱源、輸配管網、熱用戶組成的系統的、嚴密的、復雜的綜合工程。供熱管網作為供熱系統的重要組成部分，承擔著熱源的輸送和配置功能，同時也是發生熱損耗最嚴重的部分。如何降低供熱管網輸熱能效，使其運行更加經濟、安全和可靠具有重要的發展意義。（1）當前能源短缺問題日益突出，供熱系統的熱源供給大多為不可再生能源，降低供熱能耗，對節約能源具有決定作用;（2）節能技術在供熱管網中的應用發展，更提高了供熱保障能力，不僅滿足人民生活需求，更對構建和諧社會具有重要意義;（3）供熱管網實現節能優化，對保障能源利用的最優化，保護大氣環境，實現國家可持續發展都具有現實意義。

2? 節能技術在供熱管網應用的影響因素

2.1水力失衡。水利失衡就是在供熱系統中，熱用戶的實際流量與需求流量不一致，造成室溫偏差大，冷熱不均的問題。究其原因，主要由于供熱管網是由眾多串、并聯管路以及熱用戶組成的復雜管道系統，運行中由于各種原因造成管網流量分配與設計不符，造成近端用戶流量大，室溫高，遠端用戶流量小，室溫低。水力失衡不僅造成供熱管網輸送效率低，熱損失大，更需增加循環流量，增加功率消耗。

2.2熱源。熱源對供熱管網節能的影響主要體現在兩方面，第一，熱源類型;第二，熱源調節。（1）當前，我國部分地區仍采取汽暖供熱，同水暖供熱相比，氣暖供熱的溫度要高出水暖約20°，熱損失高出水暖約25%左右，這就大大增加了熱損能耗，同時也對管線提出了更高的要求，從建設到運行都增加了成本和耗能，且極易造成運行的安全隱患。（2）對于采取水暖供熱的系統，熱源運行目前主要靠工作人員經驗和責任心，不能根據用戶熱量情況進行總體調節，經常造成供熱量大于需熱量，熱源運行調節較差，效率普遍偏低。

2.3保溫。由于供熱管網高于周圍環境溫度，熱量常常通過管道及其他介質散失到周圍環境，不僅大大降低了管網的載熱量，更造成巨大能源浪費。因此，提高供熱管網的保溫就至關重要。供熱管網在保溫方面的節能效果受多方因素影響，主要包括保溫設計的合理性、保溫材料的選取、保溫施工質量等。其中，由于保溫材料種類繁多，保溫功效不盡相同，且節能潛力巨大，一直是節能降耗的首選要素。

3 節能技術在供熱管網中的應用

3.1選取高效保溫材料。我國供熱管網的保溫材料種類繁多，根據我國相關熱網規范，在選取保溫材料時一般遵循以下原則：（1）導熱系數小，容量小;（2）堅固耐用，有一定的抗壓強度;（3）不易燃，對管道腐蝕作用小;（4）吸水率低，不會因水泡受潮而損壞;5）原料性價比高，施工方便;（6）使用安全，運維便捷。當前，一般較常使用的管道保溫材料有巖棉、聚氨酯硬質泡沫、珍珠巖、玻璃棉、橡塑、酚醛泡沫等。保溫材料性能參數如表1。經研究應用，聚氨酯硬質泡沫是目前國際上性能最好的保溫材料，在歐美等國家廣泛應用。在我國，聚氨脂硬質泡沫在外網供熱管道保溫得到了廣泛的應用，具有質量輕、導熱系數低、耐熱性好、耐老化、吸水率低，抗壓等特點。外保護殼一般選擇高密聚乙烯套管。

3.2調節供熱管網運行。實現供熱管網的運行調節是節能降耗的重要環節，主要從以下幾方面著手。（1）全面管網調查：運行前，運營單位實現全網管線調查，查明各管網設備配置情況，制定調節方案。通過完成管網系統的平衡設計，可以提高整個系統運行的節能性，提高資源的利用效率。目前供熱管網的主要熱量來源是煤炭燃燒產生的熱量，隨著社會經濟的快速發展，煤炭的存儲量也在快速減少，為了更好地滿足供熱需求。需要做好相應地平衡設計工作，在具體操作過程中：①考慮到原有供熱管網系統中，節流孔板和閘閥的可控性相對較低，對此在平衡設計過程中，需要對節流孔板進行調整，平衡其運行功能，從而有效改善供熱官網系統的運行情況;②可以利用平衡閥來取代以往的閘閥或截止閥，相較于原有結構，平衡閥會與智能測壓設備進行關聯，監督閥門前后的壓差情況，根據壓差情況進行閥門運行情況的調整，從而提高系統應用的穩定性。需要注意的是，為了確保系統運行的可靠性，需要做好安全管理工作，不允許他人隨意調整閥門，提高結構運行的可靠性。（2）水力平衡調節：供熱管網運行中，通過安裝平衡閥、流量控制器等技術保障，適時調節熱網，保證供求熱量相等，并且始終維持在最小值，避免供熱管網近端用戶過熱，遠端用戶不然的窘狀，進而實現節能降耗。近年來，國內專家學者和企業單位為解決系統水力平衡調節的問題進行深入研究和探索，總結得出主要供熱管網水力平衡調節方法有溫差法、比例法、CCR 法和綜合調節法研究。其中，溫差法是固定管網供水溫度，反復的測量用戶和熱源總部的供回水溫差，根據用戶規模和溫差程度確定依次進行調節，此方法調節周期長且只適用于保溫效果好的供熱管網。比例法是利用兩臺便攜式超聲波流量計和步話機實現對兩個可測得流量的閥門進行調節，此調節方法對兩名調試人員操作要求高，操作難度大，容易出現失誤。CCR 法是在嚴格的對全系統進行阻力分析計算的基礎上，對全系統實行一次調整的新方法，它由采集數據、計算機計算和現場調整三步構成。此調節方法水力平衡效果較好，是未來發展的方向。綜合調節法研究有兩種調節形式，一種為在管網的設計階段為使支管線及各熱用戶水力平衡;二是在管網精細調節時在熱用戶入口處或支管線上裝設流量測孔，并配備一臺便攜式水力平衡測試儀通過流量測試、計算、再調節，從而實現管網的最終水力平衡。（3）防止系統失水：在供熱管網運行中，對管道系統中可能出現的丟水、漏水現象，要提前預判處理，減少管網熱量的損失。（4）加強熱量調節：供熱管網運行人員應根據熱負荷及室外溫度變化及時進行質調節、量調節或質-量調節相結合的運行。（5）加強管道管理：及時對設備進行檢修，尤其對老化、損壞設備進行維修更換;定期對儀器儀表進行校準，以確保所提供數據的準確性。

3.3隔熱管托在供熱管網工程中應用節能效果明顯。隨著新型高效保溫材料的應用.保溫結構的不斷改進與完善.現有供熱管道的保溫水平已大大提高，但對管托的熱損尚未引起普遍重視。管托的熱損是通過支撐板、肋板導熱和底板散熱，把介質熱量散發到大氣中，經計算和實測可知，管道支架的熱損失約占管道總熱損的20%～30%。在新建管網工程中采用隔熱管托，取得了顯著的節能效果。一是隔熱管托結構。隔熱管托采用了導熱系數較低、強度較好的隔熱瓦塊做隔熱層。瓦塊通過管夾緊固在管托中，起到承重、隔熱雙重作用。為了減少管托底部的導熱和滑動摩擦力.管托的支撐面采用氟塑料與不銹鋼板使管托位移滑動所產生的對管架推力減少2/3，成為低摩阻高效隔熱產品見圖1所示。有隔熱瓦塊的隔熱管托.其管夾表面溫度比管道溫度降低150--250℃左右，大大降低了向大氣傳熱的溫差。為了優化隔熱結構，減輕管托重量，降低產品成本，進一步提高隔熱效果，在滿足隔熱瓦塊承壓強度前提下，盡可能把隔熱瓦塊上下管夾長度縮到最小。以減小管托隔熱瓦塊體積。最大限度地增加管托充填保溫材料體積，以提高隔熱管托的保溫效果。二是隔熱管托與普通管托散熱損失技術經濟比較。隔熱管托在減少熱損、減少管道摩擦力、減少管架推力、節省土建投資等方面都有顯著效果。

3.4實現供熱管網的智能自控。運用現代信息技術推動城市運行系統的互聯、高效和智能成為一種必然趨勢。作為智慧城市的重要組成部分，智慧供暖日益得到關注和發展。首先，變頻調速在供熱管網的應用。利用變頻調速實現對水泵流量、壓力的調節，使供熱系統運行更加穩定，操作更為方便，并減少水壓對設備的沖擊，從而達到節能效果，帶來良好的經濟效益和社會效益。其次;基于熱計量的供熱節能監控平臺的建立。熱計量監控平臺可以供熱管網的運行實況實時監控，運行人員可據此對系統進行實時調整，最終實現供熱節能。

4? 案例應用分析

某供熱站承擔供熱面積近200萬m2 ，采用了很多節能方法，取得很好效果。

4.1以實際運行臺數計算。計算總功率為862.7kW， 設備負載率按80%計算， 則實際運行功率為690.16kW， 電流為1278.7A， 也應考慮變壓器增容。根據系統運行工況我提出多項節電措施供設計參考以實現變壓器不增容：一是調整部分設備功率達到電動機功率與設備、工藝要求一致（ 防止大馬拉小車）;二是 風、泵類在最高效率點運行（風機進出口管道速度場均勻）;三是對新增面積系統做水力計算， 以確定循環泵， 一次網循環泵仍用75 kW， 一號換熱站二次網循環泵2 臺由設計值132 kW×2 改為75 kW×2;四是加強除塵器、爐體、煙道的密封， 減少爐體對流段積灰及結焦， 以提高引風機效率。五是從燃燒工藝上去尋找煤層厚度與燃燒速度的最佳配合點， 其經濟值是較低的速度和較薄的煤層， 以盡可能降低鼓引風機負荷， 在爐墻維修時盡可能不減小燃燒空間以提高鍋爐出力。

4.2提高循環泵效率， 減少運行電耗。熱網的建設都要經歷一個發展過程， 在原始設計選型時都有一定的裕度， 一般循環泵選型都稍大，應就自己系統工況把揚程和流量調整到需要數值，以消除多余的電能消耗， 這種調整一般能達到30%的降耗結果。熱網運行中若實施質調節、量調節或荷載（ 流量揚程） 波動變化調節， 目前常規使用變頻調速技術，但對壓送能力過大的水泵采用調速技術來降低水泵的揚程、流量有可能導致水泵在低效區工作， 達不到最佳節能效果， 所以要根據供熱系統水力分析、選定、更換循環泵是最基本最好的降耗方法。通過實踐我們認識到節能的實質是使能的利用率提高， 也就是能效更高，循環泵效率的提高， 節約了投入， 節約了設備空間致使原來改造計劃中新建換熱站的方案變為老換熱站改造， 從而節約了項目的資金投入， 縮短了工期。要提高循環泵效率還應改變大流量、小溫差的運行方式， 目前， 供熱系統， 包括一次水系統和二次水系統多采用大流量小溫差的運行方式， 運行的供水溫度比設計溫度低10—20℃， 循環水量增加20—50%， 循環水泵電耗增加50%以上， 管網輸送能力下降， 并增加了換熱站熱交換設備的數量， 其原因除受熱源工藝安排， 不愿提高供水溫度外， 主要是因為管網缺乏必要的控制設備， 系統存在水利工況失調的問題， 為保證不利用戶而采取的措施。因此， 應該在供熱系統增加設施， 解決水利工況失調后， 將供水溫度提高到設計溫度或接近設計溫度， 以提高供熱系統輸送效率， 節約能源。

4.3降耗從熱源做起。一是避免鍋爐低負荷運行。避免鍋爐低負荷就是意味著要使鍋爐盡量在效率較高時工作， 鍋爐效率最高時的蒸發量為經濟蒸發量（通常就是額定蒸發量的80%左右）。我們調整負荷就是隨著供熱負荷的變化采取調整鍋爐運行臺數的辦法來解決， 以避免鍋爐低負荷運行， 提高鍋爐運行效率。避免負荷下降超過一定范圍后， 爐膛溫度下降較大， 燃燒速度減慢， 增加化學和機械不完全燃燒損失， 從而降低鍋爐熱效率， 造成能源浪費。采用避免鍋爐低負荷運行思路之后， 運行期可用鍋爐臺數總運行時間減少， 總能耗下降。二是分層上煤與節能。目前我行業大都采用鏈條爐， 燃煤多為混煤， 著火條件不太好， 爐膛溫度較低燃燒不完全， 爐渣含碳量高， 這些制約著鍋爐熱效率的提高。有效地解決了鏈條爐排煤層密實、通風阻力大和煤層缺氧問題，從而強化了燃燒， 解決了爐排上煤層在同一斷面顆粒相差較大燃燒不均衡問題， 在一定程度上解決了增負荷慢爐排漏風問題， 使空氣過剩系數有所下降，較少熱損失， 提高鍋爐熱效率有利于節煤。分層上煤改造前各鍋爐引風機經常工作在45HE 頻率以上，改造后均工作在40HE 以下， 功率是隨頻率的下降而立方地減少， 所以耗電效果明顯。

結束語：綜上，集中供熱是冬季供暖的重要方式，節能技術在供熱管網中應用研究任重道遠，不僅實現了節能降耗，保障能源的有效利用，更對社會可持續發展起到積極的促進作用。在實際工作中，供熱施工運營人員應將節能作為重要的基本工作目標，并付諸實際行動，節能效率必然能夠得到提升。

參考文獻

[1] 李秉仙.集中供熱工程預制直埋保溫管接頭保溫的施工工藝[J].科技情報開發與經濟，2019（10）：152-154.

[2] 魏玉滿.供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算[J].應用能源技術，2019（4）：34-36.

[3] 張仲生.視頻監控在城市供熱系統的應用[J ]. 山西建筑，2019（36）：116-117.

（遼寧中咨華宇環保技術有限公司，遼寧 沈陽 110000）