集中供热系统节能潜力分析

  1、供热系统消耗能量的环节

      供热系统由热源反热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。我国城市集中供热热制备主要来自燃烧化石燃料的区域锅炉房和城市热电厂。

      区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水制备和输配系统的水泵，它们耗用的能源是燃料、电力、水和热;通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

      热电厂是由抽凝式、或背压式供热机组排(抽)汽通过热能转换装置传递给热网系统;首站是供热系统的热源，主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵。

      它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热;通常可能用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

      热能输送由热网承担，供热管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构依敷设而异。管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式。

      它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度;热网补水率来表示热网水泄漏的程度。

      在热网管线上有时还设置中间加压泵，以降低和改善系统水力工况(设置在非空载干线上，还能节省输送电耗)，它的能量消耗设备是水泵，可用单位供热量的耗电量来评定耗能水平。

      2．供热系统能耗悬殊的原因分析

      设备效率的不同

      锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标。体现燃料热被有效利用的程度。

      目前，燃煤供热锅炉的设计热效率(≥7MW)一般在75-85 %(燃油、汽供热锅炉热效率在90%左右)。但在使用时，由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等方面不同的原因，使锅炉的运行效率差别很大。

      好的，能达到设计热效率，保证锅炉出力。

      差的，燃烧不完全、排烟温度高、各项热损失大，热效率不及50%，锅炉出力大幅降低;导致能源浪费，大气环境污染增加。

      风机、水泵效率是电能转化为有用功的份额，体现电能被有效利用的程度：目前，风机、水泵效率一般在55-75%。它们的流(风)量和扬程(压头)的选择与配置是十分重要的，选择与配置得当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，电耗少。

      选择与配置不当(一般是偏大)，装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多，两者的相差可达10-30%。不仅如此，锅炉的鼓、引风机配置不当，还会导致锅炉热效率下降。

      循环水泵配置不当，还会影响系统水力工况。

      管理体制和水平的不同

      热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果。一般热网热效率应大于90-95%。从上面实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求;而架空和管沟都达不互要求，其热损失远大于10%。

      如果地沟积水，管道泡水，保温性能遭破坏，其热损失甚至大于裸管。这一问题广泛存在于早期建设的热网。

      热网补水率可近似认为(忽略水热胀冷缩的补充)是输送过程失水的指标。目前，热网(特别是二级网)运行补水率差别很大，在0.5-10%范围变化。

      正常情况下，应在2%左右;好的，补水率可在1%以下;差的，管道泄漏和用户放(偷)水严重，补水率可达10%左右。系统泄漏丢失的热水，补充的是比回水低得多的冷水(一般是10-15℃)，要把它加热到供水温度至少是循环水的三倍(二级网运行供水温度一般为55-85℃，回水温度40-60℃)。

      这就是说，系统补水不仅是水耗问题，热耗是更大的问题。

      例如：补水率1%，即相当于减少至少3%的供热量;补水率10%，则相当减少至少30%的供热质量，其差别多大呀!

      运行技术水平的不同

      热网水力失调度是流量分配不均程度的指标：按用户热负荷分配流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热网无水力的失调，若分配不当，出现冷，热不均现象，说明有水力失调，其失调度是大于或小于1。

      大于1，会把用户室温过高，导致热量浪费，小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格是不允许的。

      为解决失调问题，正确的做法应该是改进和完善热网，如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施;但至今仍然有大量的系统工程不同程度地采用'大流量小温差'来缓和这一问题。

      其实，'大流量小温差'运行并不减少供热量的热损失，而且带来循环水泵电耗的在幅度增加和热源供热量的增大(电耗与流量、扬程成正比;在管网不变条件下，电功率随流量的三次方变化)。

      实例说明，科学解决水力失失调，系统在设计流量下运行，能挖出8-15%的供热量。

      科学运行调度实施按需供热，实现设备长期在高效率区间运行：做到这一点，供热能耗就会降低，违背这一点的，供热能耗就会升高。下面仅举几例说明 。

      根据实际情况，制订调节方式：

      目前，一般采用质调节。有些系统条用质、量并调，在初、末寒期适当减少循环不泵运行台数，就明显降低电耗。国外普遍采用量调节，其原因是：

      ①量调节的循环水泵电耗最少。从理论上说，在管道尺寸已经确定的情况下，减少流量和降低电耗是三次方关第。如流量减少30%，电功率节省65.7%，对于多数地区一长段时间用70%左右的流量运行，年减少电耗40%左右是不成问题的。这是一个十分可观的节能数字。

      ②量调节对用户用热量变化的响应比质调节快得多，质调节的温度变化从热源到用户的传递是以流速进行，管道中水流速为1至2米/秒，传送到1公里远的用户需要的时间是8分20秒-16分50秒，如果传送到10公里远的用户就需要1.5-3小时;如果水流速低，传递时间将增加。

      而量调节是以声速传递，其响应几乎是同步的，因此，一级网采用量调节是发展趋势。量调节应采用变速循环水泵，采用阀门节流的量调节运行，省电很少。

      按照室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图甚至时间图，并以它们指导运行。这样可以避免初、末寒期供大于需，浪费能量。

      热源的容量和台数是由设计人员根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷的大小而确定的。

      运行时应根据热负荷的大小选择投入台数，这是因为锅炉热效率是随运行负荷变化的，一般地说，每台都维持在80%以上负荷能获得高效率运行。低负荷运行效率降低，这里有10%以上的节能潜力。

      设置热源和热网的微机监控系统，可实行最优化的运行调节和控制，实践已说明是目前实现运行节能的有效技术措施。

      管理体制和水平的不同

      供热单位正处于体制转轨过渡时期，自我经营、自我改造和自我发展的思想和能力有差别：在供热从福利变为商品、经营单位从事业机构转变以企业的期间，有的已经成为自负盈亏的企业(包括承包的)，为质量保证和效益驱动，在上级主管部门支持下积极以科学技术改进和完善系统，以高质量商品供给用户，以减少能耗来降低成本和提高经济效益。

      有耕耘就会有收获，因而能源利用率逐年提高。有的还停滞不前留原来的位置，热费收不上、效益谈不上、改造无资金;老系统、老设备、老方法，于是，能耗就居高不下，能源利用率也就居高不下 。

      供热单位管理水平的不同显著影响能耗：人员和技术管理、系统和设备的检查、保养、维修和改造更新，……等差别对能耗影响是不言而喻的。

      例如，链条炉采用分层燃烧技术，就能改善燃烧提高热效率，保护和保持管道无泄漏和保温结构完好，就能减少大量能源浪费;严格水处理和保持水质，维持转换设备传热表面清洁，就能减少传热热阻、提高设备传热效率;对用户实行计量收费，就能刺激用户节能的积极性等等，不一一列举。

      3、依靠科学技术提高供热热源利用率

      利用科学技术提高能源利用率：所谓'节能潜力'是预测一定时期内，耗能系统和设备的各个环节，利用当前科学技术，采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备以及用户能接受的措施后，可取得的节能效益(减少能耗量或降低能耗率)。

      也就是说，预测通过技术改造和用户可接受的有效措施后，可取得的系统能源利用效率提高的程度。

      与先进评估指标的差距体现节能的潜力：节能的潜力是通过分析对比得出的。目标是反应各个耗能环节现有的耗能指标提高到先进水平，其运行评估指标的变化量则体现了节能潜力。

      因此，其潜力大小于对比对象和自身的基础有关，所以，各单位、各系统的潜力是不可能完全相同的。

      各环节欲追求的先进评估指标可以选用：

      ①历史上最好的水平;

      ②国内先进水平;

      ③全国平均水平;

      ④国际先进水平;

      ⑤理论上能达到的最高水平。

      而且，随着节能科学技术的发展，系统和设备的不断进步和完善，选择先进的评估指标也会不断变化。

      寻找能耗差距，制订可行措施，挖掘节能潜力：每个供热低位要定期检测评估各耗能环节的能耗指标，对比先进指标寻找能耗差距，分析能耗差别的原因，结合实际情况，研究和提出为实现先进指标的可行(包括技术和管理等方面)方案，经技术经济论证认为技术可行且经济合理后才能(分期或一次)实施。

      实施后，在运行中再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。

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