供熱工程節(jié)能設計研究

宮佳慧

（吉林省石油化工設計研究院，吉林長春 130000）

0.引言

隨著我國能源供求關(guān)系的動態(tài)變化，我國能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的變化，不可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比顯著降低，部分取而代之的是可再生的清潔能源。隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，供熱的方式也發(fā)生了一定變化，供熱方式日益多樣化。當前，供熱工程作為城市生活中耗能占比最大的工程，降低供熱能源、尋求供熱節(jié)能設計是供熱企業(yè)、政府以及全社會關(guān)注的焦點。在眾多供熱方式中，我國最主要的供熱方式是集中供熱，具有效率高、污染小、供熱質(zhì)量好等優(yōu)勢。以下將在簡要概述供熱方式、分析供熱工程節(jié)能優(yōu)化必要性的基礎(chǔ)上，研究供熱工程的節(jié)能設計。

1.供熱方式概述

相較于發(fā)達國家，我國人均能源占有率相對較低，能源利用率也相對較低。其中，人口眾多是導致我國人均能源占有率低的主要原因，且在現(xiàn)有的人口基數(shù)的基礎(chǔ)上，隨著新人口的出生，我國能源人均占有率將呈現(xiàn)降低的趨勢。我國能源供應與需求、國家能源建設和生態(tài)環(huán)境建設之間存在較大的落差。從我國能耗結(jié)構(gòu)中可知，在城市中，建筑能耗占有較大比例，而在建筑能耗中，供熱能耗占比穩(wěn)居60%以上，是城市建筑能耗的主要組成部分。

隨著能源問題的愈發(fā)突出，我國對傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)和能源供應結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整，相應地，供熱體制也發(fā)生了變化，向商品化和消費服務化的方向發(fā)展。市場機制和競爭機制在供熱工程中的表征尤為明顯，隨之進行的是由市場機制引導下多樣化供熱方式的出現(xiàn)。

集中供熱是我國普遍推行的供熱方式，我國針對秦嶺、淮河以北的地區(qū)進行集中供熱作業(yè)。集中供熱具有較大的優(yōu)勢：

首先，集中供熱利用供熱管網(wǎng)向某一特定區(qū)域進行供熱，供熱方式更加節(jié)能，與我國建設節(jié)能社會的工作方向一致。集中供熱系統(tǒng)中的供熱鍋爐的體積較大，產(chǎn)生的熱效率高達90%以上，功能效果較好。而與集中供熱對應的分散式供熱方式，雖能滿足分散地區(qū)住戶對供熱的需求，但是其系統(tǒng)內(nèi)的供熱鍋爐體積較小，所產(chǎn)生的熱效率較低，有限的熱效率還存在部分浪費的問題。

其次，集中供熱系統(tǒng)內(nèi)的設備先進，在國家統(tǒng)一部署的供熱工作之前，會對系統(tǒng)進行定期維護，更換供熱設備。集中供熱的設備質(zhì)量得到保證，且有專業(yè)的人員在集中供熱前對供熱管網(wǎng)進行檢修，在各小區(qū)物業(yè)的配合下，對供熱管網(wǎng)開展供水試壓作業(yè)，能在供熱之前及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并一一解決。設備先進、質(zhì)量得到保證以及管網(wǎng)問題的及時發(fā)現(xiàn)和解決都將提高集中供熱的穩(wěn)定性和安全性。

最后，集中供熱系統(tǒng)內(nèi)多配備專業(yè)的除塵設備，對減少煙塵對環(huán)境造成的顆粒污染具有實際意義[1]。簡而言之，集中供熱系統(tǒng)較為完善，管理標準高，是我國應用的主要供熱方式，具有眾多優(yōu)勢。

我國普遍使用的集中供熱的熱源形式可以分為兩種，即熱電廠和區(qū)域鍋爐房。其中熱電廠以背壓機組為熱源，向居民供熱，在節(jié)能、降低損耗率、提高利用率和獲得效益的方面具有較大的優(yōu)勢，是集中供熱最佳的熱源形式，但是其具有前期投資大和耗電量大的問題。區(qū)域鍋爐是我國最傳統(tǒng)的熱源形式，在多年的應用中積累了較多的供熱經(jīng)驗，但是有能耗大、污染大的問題。由于我國當期仍舊以煤為主要能源，煤在能源結(jié)構(gòu)中仍占有主要比例。在部分工業(yè)負荷較小的地區(qū)，區(qū)域鍋爐仍舊是集中供熱的主要熱源形式。

除了集中供熱以外，還有一種與集中供熱相對應的供熱形式，即分散燃氣鍋爐房供熱，其主要是以燃氣為燃料，相較于傳統(tǒng)的煤炭燃料供熱，具有環(huán)境污染小、維修簡單、自動化水平高的優(yōu)勢，但是其運行費用較高。隨著南方城市對供熱需求的增加，我國或?qū)⒃谀戏匠鞘兄袘迷摴岱绞竭M行試點。

2.供熱工程節(jié)能優(yōu)化的必要性

供熱工程節(jié)能優(yōu)化是與我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟高質(zhì)量增長相適應的一種供熱工作，與我國社會建設和經(jīng)濟發(fā)展總體戰(zhàn)略方向一致。當前，我國經(jīng)濟發(fā)展和社會建設中暴露的問題愈發(fā)增多，其中，我國在前一階段以生態(tài)效益換取經(jīng)濟效益的行為，在當前階段我國生態(tài)建設和生態(tài)修復工作面臨著較大的困難，導致經(jīng)濟發(fā)展受限于生態(tài)問題和環(huán)境問題，與我國尋求的高質(zhì)量和高水平的發(fā)展存在較大的差距。在我國未來發(fā)展和國際上的國際地位方面，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源節(jié)能水平尤為關(guān)鍵，將直接決定我國發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿ΑＴ谶@一背景下，針對生活常態(tài)中耗能最大的供熱工程探求其節(jié)能優(yōu)化設計尤為必要。

2.1 提高供熱效率

我國長期實行福利性質(zhì)的供熱工作，導致大部分承接供熱工作的企業(yè)對供熱工作的管理意識較差，供熱工作中經(jīng)營管理模式中存在的問題愈發(fā)暴露。供熱企業(yè)在長期福利供熱意識的影響下，實行粗放式供熱管理。固守傳統(tǒng)的供熱方式，忽視開發(fā)新式供熱方式和供熱新能源，以煤為主要供熱能源，對管網(wǎng)的維護力度較小，導致管網(wǎng)存在堵塞、漏水等問題，熱能喪失，以致無法為住戶提供良好的供熱服務[2]。供熱工程節(jié)能優(yōu)化將從管網(wǎng)維護、能源材料以及熱源端等方面尋求降低能耗、提高熱效率的措施，以達到節(jié)能的目的。推動供熱企業(yè)轉(zhuǎn)變經(jīng)營管理意識，提高供熱系統(tǒng)各階段的節(jié)能水平。以管網(wǎng)維護為例，供熱企業(yè)在按照要求對供熱管網(wǎng)進行檢修和維護作業(yè)時，將解決管網(wǎng)中導致能源損失的大部分問題，保持熱效率在管網(wǎng)中的穩(wěn)定性，減少供熱過程中的能源損耗，提高最終的供熱效率。

2.2 引導民眾樹立節(jié)能意識

當前，我國集中供熱中未普遍落實分戶計量，導致住戶在享受供暖時缺乏節(jié)能意識。例如，住戶忽視供熱熱量開關(guān)的作用，當屋里較熱時，住戶通常采用開窗通風的方式，進行屋內(nèi)散熱，導致熱量損失。而供熱工程節(jié)能優(yōu)化將從住戶端對其優(yōu)化，未來將普遍落實分戶計量，將計量結(jié)果與住戶繳納的供暖費相關(guān)聯(lián)，采用多退少補的方式，在供暖結(jié)束之后，對住戶的供暖數(shù)據(jù)和結(jié)果進行統(tǒng)計，從而引導民眾逐漸樹立供熱節(jié)能意識。在全社會的范圍內(nèi)推進供熱節(jié)能工作的有序開展，住戶作為供熱的需求者以及供熱終端，提高住戶的節(jié)能意識有利于社會和企業(yè)開展供熱節(jié)能工作，提高全社會在供熱節(jié)能工作的效率。

3.供熱工程節(jié)能設計研究

在我國人均能源占有率逐漸減少的背景下，做好能源節(jié)能工作尤為關(guān)鍵。供熱工程在能源消耗中占有一定的比重，尤其在城市的生活中比重較大，是城市生活能源消耗的主體。降低社會能耗，提高能源利用率，是尋求緩解社會需求與能源供給之間壓力的主要著手點。供熱工程是一項復雜的綜合性工程，研究供熱工程節(jié)能設計就要從供熱工程的各個環(huán)節(jié)著手，不能忽視任一環(huán)節(jié)，只有從個體環(huán)節(jié)著手，而后才能將個體環(huán)節(jié)連成整體力量，取得最佳的節(jié)能效果。

3.1 供熱管網(wǎng)節(jié)能設計

供熱管網(wǎng)在整個供熱系統(tǒng)中居于關(guān)鍵位置，是供熱工程的重要組成部分。探討供熱工程的節(jié)能設計不能忽視管網(wǎng)節(jié)能設計這關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。供熱管網(wǎng)的節(jié)能設計和優(yōu)化是供熱工程系統(tǒng)優(yōu)化的核心，改進供熱管網(wǎng)設計、提高管網(wǎng)的供熱效率，是探討供熱系統(tǒng)降低整體能源損耗率、提高能源利用率的重要部分，同時也在降低城市建筑總體能耗和社會總能耗中具有重要的意義。

首先，供熱管網(wǎng)技能設計的第一環(huán)節(jié)是管網(wǎng)鋪設和施工，管網(wǎng)施工的水平和質(zhì)量將直接決定供熱系統(tǒng)的整體效率。當前，我國可供選擇的管網(wǎng)施工方法主要有：直埋敷設、地溝敷設以及架空敷設3種，針對不同的施工需求，要選擇與之相適應的施工方法。對3種施工方法進行對比分析，從環(huán)境破壞、施工難度、施工要求以及施工工程量方面進行綜合評價可知，直埋敷設方案是最佳的方案，不僅對環(huán)境的破壞較小，而且管網(wǎng)處于地下，管道萬一發(fā)生泄露對周圍人員以及環(huán)境的危害較小，且施工工期較短，工程造價低，是一種最佳的管網(wǎng)敷設方法。

其次，在對管網(wǎng)供熱過程中導致能耗損失的部分進行分析可知，導致供熱系統(tǒng)能源浪費的主要問題是水力失衡，解決這一問題，可采用“大流量，小溫差”的運行方案。

此外，供熱管網(wǎng)端設計應該針對不同的小區(qū)住戶，在終端安裝流量檢測設備，對每一位住戶在供暖周期內(nèi)對供熱的使用情況進行動態(tài)監(jiān)測，為以監(jiān)測結(jié)果計算供暖費用提供明確的參考，以使供暖工程逐漸向供水、供電工程的收費方案靠近，從而引導住戶自覺地樹立其使用供熱節(jié)能的意識，調(diào)動全面供熱節(jié)能積極性。

3.2 熱電廠節(jié)能設計分析

熱電廠是當前主要的熱源形式之一，相較于傳統(tǒng)的區(qū)域鍋爐的熱源形式，具有高效率、低污染等優(yōu)勢，是未來集中供熱的發(fā)展趨勢。隨著環(huán)境問題和生態(tài)問題的加劇，傳統(tǒng)的區(qū)域鍋爐供熱的方式將在未來被淘汰，而作為唯二熱源形式之一的熱電廠熱源形式，將在未來承擔著集中供熱的主要責任。熱電廠作為供熱的源頭，其節(jié)能意識和水平直接影響整個供熱工程的節(jié)能水平。熱電廠供熱中，應該重視熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的應用，從而彌補熱電廠供電中存在的電能損耗大的缺點。熱電聯(lián)產(chǎn)主要是指將產(chǎn)生的高品位的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并對此過程中產(chǎn)生的低品位的電能進行利用，為周圍熱需求住戶提供供熱，對于產(chǎn)生的兩種不同品位的熱能采取不同的利用方案，提高不同品位熱能的利用率。對于高品位的熱能而言，超出了住戶的供熱需求，若用于用戶供電，不僅不能給住戶帶來舒適的供熱體驗，還會導致部分熱能的喪失。而熱電廠熱源模式需要較高的電能[3]。高品位的熱能轉(zhuǎn)化將直接滿足其供熱過程中所需要的電能供給。將熱電廠產(chǎn)生的電能和熱能進行針對性利用，以電能滿足熱能供給的實際需求。

熱電廠供電需要燃燒煤，而后產(chǎn)生熱源，煤炭燃燒與空氣中的氧氣發(fā)生反應，會產(chǎn)生大量的能造成大氣污染和環(huán)境污染的氣體。這就需要熱電廠為燃燒這一環(huán)節(jié)配備脫硫脫硝系統(tǒng)和高效的除塵系統(tǒng)，其中，脫硫脫硝系統(tǒng)的配備是熱電廠前期設計的重要工作；除塵系統(tǒng)主要用以燃燒之后的粉塵收集等作業(yè)，減少大氣中顆粒污染物的數(shù)量，減少固體顆粒物對環(huán)境造成的污染。

3.3 煙氣余熱回收節(jié)能分析

煙氣余熱回收是改進供熱工程、提高供熱效率的關(guān)鍵工作，其主要是后置于生產(chǎn)熱能階段后，設置的一種收集和循環(huán)使用剩余熱量的裝置，減少煙氣排放階段的熱量損耗，將這部分損耗利用于實際供熱中。

從我國供熱企業(yè)的裝置設置調(diào)查中可知，大部分企業(yè)對煙氣余熱能量損耗較為忽視，未設置煙氣余熱回收裝置，導致部分熱量伴隨煙氣排放而損失，與節(jié)能的原則相違背。針對這一情況，煙氣排放中仍舊存在的較大的熱量，回收煙氣熱量勢在必行，是優(yōu)化供熱企業(yè)供熱設計、提高供熱工程節(jié)能水平的重要環(huán)節(jié)。

供熱企業(yè)需要就熱能產(chǎn)生之后的煙氣排放工作安裝煙氣回收和利用裝置，回收鍋爐排煙中的熱量，將鍋爐排煙中的熱量控制在合理的范圍內(nèi)，減少煙氣排放所損失的熱量。回收到的煙氣熱量，可利用其加熱系統(tǒng)循環(huán)用水，廢熱利用。此外，煙氣的排放，不僅排出了部分熱量，導致熱量損失，還排放出水蒸氣，水蒸氣在排煙設備中會受到溫度差的影響而發(fā)生凝結(jié)，對煙道和煙囪造成腐蝕和破壞，對鍋爐房的安全運行帶來嚴重的風險。

據(jù)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著煙氣余熱的收集，當排煙溫度超過55℃之后，煙溫每降低10℃，鍋爐熱效率將提高0.5%左右；當排煙溫度在55℃之下，此時煙溫每降低10℃左右，鍋爐的熱效率將增加3.5%左右。可見針對不同的煙溫采取針對性回收利用的方式，可在最大程度上降低煙氣排放所導致的余熱浪費率，對提高供熱工程整體的節(jié)能效率具有重要的作用，是供熱節(jié)能的重要一環(huán)。

在煙氣排放處裝置回水加熱器，當煙氣排放時，所產(chǎn)生的熱量會被回水加熱器回收，用于供熱系統(tǒng)的回水加熱中，以循環(huán)的模式減少煙氣排放所浪費的總量。

上述分析主要是針對煙氣排放中的余熱回收進行的，煙氣排放中除了存在大量的余熱，還存在大量的凝結(jié)水，這部分凝結(jié)水如若不加以處理，會對煙氣管道產(chǎn)生侵蝕作用，縮短煙氣管道的使用壽命。同時，凝結(jié)水作為水資源，對其進行針對性回收，不僅會減少對煙氣管道的侵蝕，還會為鍋爐系統(tǒng)供給大量的水資源，達到提高水資源利用率、減少供給水浪費率的目的。

4.結(jié)語

供熱工程節(jié)能設計是當前社會建設的必要工作，尤其是在供熱系統(tǒng)中能耗過高導致的能源浪費問題日益加劇的背景下，供熱企業(yè)要積極響應國家節(jié)約能源的號召，從熱源選擇、供熱方案制訂以及供熱系統(tǒng)優(yōu)化等方面探求降低供熱工程總體能耗的方案，降低城市建筑能耗。