現代暖通供熱節能技術的探討

任占軍

（太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030000）

0 引言

本文主要對供暖系統的節能技術進行深入的研究，通過研究得出，供暖節能技術的采用不但可以使供暖系統能耗降到最低，也是集中供暖節能技術應用最佳節點，同時降低能耗技術也會對我國的供暖供暖系統的發展產生深遠的影響。

1 熱源改造的必要性

我國目前的采暖方式仍然是以燃煤鍋爐作為熱源，其最大的弊端就是熱效率低，環境污染較為嚴重，據環保等有關部門統計，在供暖季節，燃煤鍋爐的實際發熱量占比一般只有70%，而燃氣鍋爐的實際負荷率基本上可以達到90%以上。因此，目前的大型燃煤鍋爐房節能降耗工作十分繁重，要實現其節能降耗目標，必須對現有的鍋爐進行節能改造，以利用高效清潔能源為主，以利用高效、清潔的能源為改造的主導方向。

在集中供熱系統的基礎上，提出了一種新的高效、潔凈的新型鍋爐，以取代效率低、污染嚴重的燃煤鍋爐。例如，在使用燃氣鍋爐時，應設置煙氣余熱回收裝置，采用變頻技術對煙氣進行綜合調整，以獲得最佳的熱源利用率。

2 供熱系統熱網

2.1 熱網

在采暖系統中，按照熱媒介質的不同，將其劃分為熱水供暖系統和蒸汽供暖系統，按供暖方式可分為環形供暖系統和分支供暖系統，按供暖區域劃分為一次管網和二次管網。兩種供熱管網所對應的供熱范圍是不同的。一次管網具有較高的工作溫度和壓力，是由熱源向熱源處傳輸熱量的一種供暖管道。一次管網從熱源協議的邊界開始，一直到換熱站圍墻1m處。換熱站是將一次管網與二次管網之間的熱質、溫度、壓力進行交換的地方，其可以根據使用者的需要，調整熱源的種類、溫度和壓力，并根據使用者的需要進行熱能的調節和測量。二次管網是通過換熱站進行熱交換而得到的低溫和高壓的熱傳輸到終端用戶的供暖管路中。二次管網的使用范圍為從供熱站圍墻外側1m到用戶樓宇入口。

2.2 熱網改造的必要性

通過對現有供暖系統的運行情況的分析，可以發現供暖系統熱網的主要問題如下。

（1）由于網絡鋪設方法陳舊，存在著嚴重的漏熱現象。目前的供暖系統大多是在20世紀70、80年代建成的，因為在敷設、保溫、節能等方面尚不完善，許多老式管線都是采用地溝敷設，由于老式地溝的防水性能差，從其他管線中流出的水，造成了部分保溫管的隔熱性能下降，已經失去了對供熱管道的隔熱能力，而且由于跑水、冒水、滴漏等現象嚴重，造成了系統穩定性極差、供熱效果不佳、水資源和熱量浪費嚴重。

（2）熱電廠供熱設施的使用壽命較長，能源消耗較大。大部分設備因年久失修、設備老化，導致設備選型不符合生產實際，由于存在著低溫差、大流量的特點，由于水泵缺乏變頻調節、氣候補償等節能措施，無法根據最終受熱用戶的實際需求實行分區分溫、分時調節，因此造成嚴重的能源浪費。

由于集中供熱系統規模龐大，在供熱系統的節能改造中節能能力最強，因此，對老式供暖系統進行節能改造，是改善供熱質量、提高供熱系統運行效率、緩解供熱資源短缺的一種有效途徑。

2.3 集中供熱系統末端熱用戶

由于傳統供暖系統的終端用戶并沒有采取有效的節能措施，所以供暖系統的調節主要是通過質量調節來實現，而不是由用戶自己來調節[1]。要想提高供暖系統的供暖效率，首先要對供暖管網進行節能改造，而制約供暖節能改造的主要原因是現行供暖系統的按面積計費。按面積計費，無論管線的保溫和供熱的質量好壞，都要確保室內溫度不能低于16℃。這種方法讓使用者不會主動地節約能源，在房間里溫度太高時，就會打開窗戶，使熱量流失很大。

3 供熱系統中的節能技術

3.1 煙氣余熱回收裝置的應用

3.1.1 煙氣余熱回收裝置的應用介紹

鍋爐煙道處裝有煙塵廢熱回收設備，通過對鍋爐的回水或補水進行加熱，提高鍋爐的回水或補水溫度，提高鍋爐效率，節約燃料。其工作原理類似于燃煤鍋爐中的節煤器，通過在煙囪的煙道上安裝一組換熱器，該換熱器通過高溫煙氣的對流換熱，將熱量傳遞到換熱管，使其與換熱器的內壁發生對流換熱，從而吸收煙氣中的熱量。煙氣余熱裝置換熱如圖1所示。鍋爐的煙氣余熱回收有以下兩個部分。

圖1 煙氣余熱裝置換熱

（1）顯熱回收：在煙氣廢熱回收設備的預熱系統中，采用降低煙溫釋放熱量的方法，回收了煙塵中的熱能，并利用實測資料進行試驗，結果顯示，當煙溫下降到50℃時，回收的顯熱可以提高鍋爐的熱效率3%～6%。

（2）潛熱回收：利用煙氣中的水蒸氣凝結為水進行相變釋放的熱，實測資料顯示，當煙溫下降到50℃時，潛熱回收率達到30%左右，回收的潛熱可以使鍋爐的熱效率提高3%～5%。在安裝了煙道廢熱回收系統后，通過對鍋爐運行數據的分析，發現在煙道溫度降低到50℃的情況下，能有效地將煙道余熱中的潛熱和顯熱回收，從而提高鍋爐的綜合效能。

3.1.2 不同類型煙氣余熱回收裝置的對比

煙塵廢熱回收裝置的種類繁多，其中煙塵廢熱回收裝置的核心是換熱器，而在采暖系統中，煙塵廢熱的回收裝置多為間接接觸式[2]。以下比較了3種類型的煙塵廢熱回收設備。

（1）熱管型煙道廢熱回收設備：當熱管型煙道廢熱回收設備運行時，熱管內的工作液會吸收來自熱管蒸發區的高溫煙氣中的潛熱，使其汽化，經傳輸區段進入冷凝區，再由冷凝區的蒸汽轉變為液態，再釋放潛熱對冷水進行加熱。熱管煙氣廢熱回收設備具有結構簡單、占地面積小等特點；其缺點是沒有解決腐蝕問題，節能率低，維修難度大，造成熱管質量差的一個重要原因是在使用中易出現故障。有機工作媒質因其物理性質的不穩定，在一定的工作溫度下，會發生降解，從而導致物理性能下降。

（2）板狀煙塵廢熱回收設備：板狀煙塵廢熱回收設備運行時，熱風和冷風液體在板間流道的兩側流動，并由相互間的熱板片進行換熱。板式換熱器具有結構簡單，拆洗方便，傳熱效率高的特點；其不足之處在于對傳熱板材料的要求較高，而且由于其結構形式的特殊性，易產生結垢，造成流道阻塞，從而降低了換熱器的換熱器效率，因此對水質有較高的要求。

（3）加強翅片管換熱式煙氣廢熱回收設備：翅片管換熱器具有良好的耐溫性和承壓性能，因為每個翅片管都是獨立的熱傳遞部件，在使用過程中，如果某一翅片管出現故障，其他翅片管仍能正常工作。采用加強翅片管換熱方式，使高溫煙氣在翅片管外側流動，并與管內的冷水發生隔壁對流傳熱[3]。目前在工程中應用最廣泛的是采用鋼鋁板加強肋片換熱管的形式，經工程實踐證明，這種新型的熱交換器是目前市場上效率最高、運行穩定的一種新型結構。

3.1.3 煙氣余熱回收裝置的安裝方式

根據出口位置的不同，鍋爐的煙囪可以分成兩種形式：后出煙囪和上出煙囪。煙塵廢熱回收設備是安裝在鍋爐的煙道中，煙塵的安裝方式要依據煙道的出口位置而定，其可以分為水平安裝和豎向安裝。在本項目中，煙氣廢熱回收設備的安裝形式是以臥式布置為主，與臥式布置相比，豎向布置會增大排煙阻力，而且下部與鍋爐相連，很容易造成凝結水回流，從而影響到鍋爐的正常使用。在采用豎向安裝時，應在余熱設備下面設置凝結水回收設備，以實現對換熱器的冷卻。鍋爐改造中，煙道廢熱回收設備應采取水平安裝方式。在每個鍋爐上安裝一套煙道廢熱回收設備，通過排出的煙氣余熱對鍋爐的回水進行加熱，使其成為鍋爐的補充水源。

3.2 變頻節能技術

根據統計，目前在供暖系統中，風機和水泵的能源消耗占比約為25%。因此，對風機和水泵進行節能改造具有很大的潛力[4]。變頻技術的應用使得供暖系統能夠實現對流量控制更加精準，能夠根據用戶的入戶溫度和使用溫度對水泵進行參數的調節，從而達到動態的節能效果。在供暖系統熱網運行過程中，由于各種干擾原因，常常會出現管道滲漏現象，因此必須對管網介質進行及時的補充，以確保管網能正常工作，同時必須在供熱系統中安裝定壓補水設備，以保持該位置的壓力不變，以確保管網的整體壓力穩定。

通常的定壓方法有兩種，一種是膨脹水箱定壓，另一種是加泵變頻定壓[5]。盡管使用膨脹罐作為定壓供水裝置，其運行管理簡單，壓力保持穩定，但其弊端也非常顯著，必須將膨脹水箱放置于全供暖系統的頂端，并且由于安裝高位水箱不方便進行維修，并且不能滿足供暖系統的擴容要求，所以通常情況下，這種方法僅用于小面積（建筑面積小于30000m2）的低溫供暖系統。采用變頻調壓補水泵對系統進行補水，既能保證系統的壓力穩定，又能節省能量。

當補水泵變頻定壓系統工作時，由循環泵入口的壓力傳感器輔助采集壓力信號，再同時反饋給變頻控制器，并將其與設定的壓力參數進行對比，由變頻器控制電流調整泵的轉速，從而使補水泵的流量隨需要而變化，從而實現變頻供水。

3.3 氣候補償器在節能改造工程中的應用

由于樓宇室內的采暖散熱器、換熱站的換熱器等設備都是在最不利的條件下進行工作的，且在實際使用中，室外的氣溫常常比設計值要高，如果不對換熱器的供熱量進行適當的調整，就會導致供熱量超過實際的供熱量，從而導致能耗大量的浪費。安裝氣候補償裝置就是針對這個問題提出的一種節能方法，它可以根據室內氣溫的變化，對換熱器二次網絡的供熱進行實時的調節。實時調節過程就會避免造成供熱量的浪費和流失。氣候補償器原理如圖2所示。

圖2 氣候補償器原理

在集中供暖系統安裝了氣候補償裝置后，該系統可以完成以下的功能。

（1）利用電動三通閥門，以適應戶外氣溫的改變，在室內氣溫上升時，可降低熱水溫度，防止熱量的浪費。

（2）利用設置時間控制器，能夠按照建筑的用熱特性進行分時控制，實現對熱的合理分布。

（3）可以通過將太陽能等其他熱源的熱高效地用于散熱，從而節約室內的能耗，從而降低供暖系統的供暖量，實現節約能源。

4 結語

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高，住宅的居住適用性將直接影響到供暖系統的設計和運行。為了節約能源，保護環境，必須通過各種節能措施、新工藝和新工藝來減少熱量消耗，這就需要我們的專家們通過不斷的努力，不斷地采取措施，并對其進行嚴格的規范，以推動我國的供暖系統節能運行，以推動經濟的可持續發展。