供暖系統(tǒng)工藝改造項目節(jié)能效果分析

張昌勝（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

供暖系統(tǒng)工藝改造項目節(jié)能效果分析

張昌勝（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

供熱企業(yè)是冬季能源利用的大戶，隨著能源成本價格的增加，給企業(yè)帶來沉重的負擔。為了達到節(jié)省能源，減少環(huán)境污染，減輕供暖企業(yè)成本，大慶油田外圍物業(yè)對慶新區(qū)域供熱系統(tǒng)通過增設“熱耦合均壓管”、更換循環(huán)泵等措施，取得了節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)水的顯著成效，達到了經(jīng)濟和社會雙重效益，對供暖企業(yè)深入挖掘節(jié)能潛力具有重要意義。

能源 工藝 供熱 節(jié)能

1 概述

大慶油田慶新供熱管理處負責慶新地區(qū)供暖及管網(wǎng)維修服務，管理1座燃煤鍋爐房、6座燃氣鍋爐房、8座熱力站，在用鍋爐9臺，總裝機容量173.8MW，供熱面積97.5×104m2。改造前，由于供暖管線較長，熱損失較大，從而浪費了大量的能源，保證不了用戶的溫度要求。改造后，不但解決了用戶熱量需求問題，而且節(jié)約了大量的能源。

2 項目實施前后主要耗能設備生產(chǎn)工藝

2.1 系統(tǒng)改造前生產(chǎn)工藝

改造前工藝見圖1所示。一次熱網(wǎng)（鍋爐房）的循環(huán)泵與二級熱網(wǎng)（熱力站）的循環(huán)泵之間采用串連回路，在調(diào)節(jié)供熱時，一、二級管網(wǎng)互相影響，使熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)很難達到要求。

2.2 系統(tǒng)改造后工藝

2.2.1 基本原理

所謂二級泵系統(tǒng)就是在鍋爐房設置一次主循環(huán)泵，其揚程按照鍋爐房內(nèi)阻力（包括鍋爐阻力和鍋爐房內(nèi)管線阻力）計算。在各個換熱站內(nèi)設置一次網(wǎng)回水泵，其揚程為換熱站內(nèi)一次側阻力和本站與鍋爐房之間阻力之和，并在換熱站內(nèi)配置了PLC變頻控制柜，使一次網(wǎng)回水泵可以達到按照需求從系統(tǒng)中取熱量的目的。由于采用了自動控制等措施，各換熱站之間的水力平衡問題也可以很好地解決。改造后工藝流程圖見圖2。

圖1 改造前熱網(wǎng)流程圖

2.2.2 改造措施

1）增設熱耦合均壓管

在熱源鍋爐房增設熱耦合均壓管，并調(diào)整熱源、熱力站循環(huán)泵功率及布置方式。采用熱源的二級泵系統(tǒng)和熱力站的分布變頻泵系統(tǒng)能更好地適應熱源和熱網(wǎng)各自功能不同的需要，實現(xiàn)了熱源可以根據(jù)負荷的變化“隨意”調(diào)整運行流量，而熱網(wǎng)也可以根據(jù)運行的需要“隨意”調(diào)整其運行流量，二者之間在實現(xiàn)了熱量傳遞功能要求之外可以互不干涉，解開了它們的流量強耦合關系。

2）改造循環(huán)泵

慶新區(qū)域供熱系統(tǒng)在項目改造前、后的鍋爐配置沒有變化。在循環(huán)泵方面：外圍物業(yè)公司對一級管網(wǎng)（燃煤鍋爐房）的三臺280kW的循環(huán)泵進行了改造，將三臺泵更換為KQSN300-N19/285型（電動機Y2—225M一4）循環(huán)泵,將原有的三臺泵作為備用泵，站里的8臺一級網(wǎng)回水泵重新進行了改造，更換了均壓管（管徑增大到500mm）。又根據(jù)部分供熱區(qū)塊供熱量不足的情況，對二級管網(wǎng)進行了改造，對供熱不足的區(qū)塊增加了循環(huán)泵，并將所有的循環(huán)泵都進行了更換。慶新區(qū)域熱力系統(tǒng)循環(huán)泵的裝機容量從改造前的2065kW降為改造后的759.5kW。

圖2 改造后熱網(wǎng)流程圖

2.2.3 二級泵系統(tǒng)的優(yōu)點

提高了鍋爐房的運行安全性。二級循環(huán)水泵設計方案中，一級主循環(huán)泵只承擔熱源內(nèi)部的水循環(huán)，對水泵揚程的要求降低，減少鍋爐的承受壓力，減少鍋爐房內(nèi)的安全隱患。并且二級循環(huán)水泵系統(tǒng)在鍋爐房停電的情況下，鍋爐水可依靠各換熱站的二級循環(huán)泵提供的動力繼續(xù)流動，防止鍋爐內(nèi)發(fā)生汽化危險，提高了鍋爐房的運行安全性。

傳統(tǒng)的循環(huán)水泵設計方式與二級循環(huán)水泵的總功率均可以通過電學的特蘭根定律[1]進行計算：

式中：

N——循環(huán)水泵的功率，kW；

G——供熱系統(tǒng)各管段的流量，m3/h；

ΔHi——供熱系統(tǒng)各管段的阻力損失，m。

根據(jù)特蘭根定律，分別對兩種方式的循環(huán)水泵進行功率N計算（各管段的流量、壓降都是已知的設計值）可知：傳統(tǒng)設計方案的功率大于二級循環(huán)水泵方式，其主要原因是傳統(tǒng)設計方案只在熱源處設置單泵系統(tǒng)，所提供的動力是在總循環(huán)流量(即最大流量)下實現(xiàn)的；而二級循環(huán)水泵方式則是除了在熱源處設置揚程較小的循環(huán)水泵，還在外網(wǎng)換熱站前設置二級循環(huán)泵，采用“接力棒”的辦法，共同實現(xiàn)了熱媒的輸送工作，熱源處的一級循環(huán)泵在總流量下，只提供部分動力(揚程)，其它動力(揚程)是在二級循環(huán)泵的分流量下實現(xiàn)的。因此，二級泵方式輸送功率小于傳統(tǒng)設計方案循環(huán)水泵的輸送功率。

同時對各換熱站的二級循環(huán)水泵實施變頻控制，當供熱負荷減小的時候，變頻水泵相應地降低供水流量，節(jié)約熱能，還可節(jié)約大量電能。另外，對二級循環(huán)水泵進行變頻改造可實現(xiàn)水泵軟啟動，減少水泵啟動電流，延長水泵使用壽命。

對于二級泵系統(tǒng)來說，每條支路所需的動力均由各自的循環(huán)泵來提供，循環(huán)泵是根據(jù)這條支路所需的流量和揚程來選擇的。當系統(tǒng)中某一個或某幾個用戶關閉時，其他用戶的支路的氣候補償和變頻控制系統(tǒng)，也會根據(jù)系統(tǒng)溫度的變化來調(diào)節(jié)循環(huán)泵頻率，使支路的供水溫度根據(jù)室外溫度的變化滿足用戶要求，過多的流量亦會通過旁通管回到鍋爐，因此，二級泵系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的水力失調(diào)。

改造后，實現(xiàn)了一爐一泵方案，熱源循環(huán)水的運行動力僅根據(jù)鍋爐開啟的臺數(shù)和僅僅克服熱源內(nèi)部管網(wǎng)的循環(huán)水阻力運行。

3 項目實施前后系統(tǒng)主要耗能對比

改造前統(tǒng)計一個采暖期，室外平均氣溫為-10.4℃，供熱面積76.14×104m2，改造后統(tǒng)計另一個采暖期，室外平均氣溫為-10.1℃，供熱面積76.06×104m2，具體耗能見表1。

表1 改造前后能源消費情況表

改造前共計消耗27760.36t標準煤；改造后共計消耗24705.24t標準煤，具體消耗標煤量見圖3。

圖3 供暖系統(tǒng)改造前后節(jié)能效果

4 經(jīng)濟效益分析

通過工藝改造實施前后對比數(shù)據(jù)可知，不但節(jié)約了優(yōu)質能源，實現(xiàn)了能源的梯階利用，而且具有可觀經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，是一項值得推廣的節(jié)能減排項目。結論如下：

節(jié)電為68×104kWh，電價按當前0.6146元/ kWh計算，共節(jié)約費用約41.79萬元；

節(jié)煤為0.42×104t，煤價按當前640元/t計算，共節(jié)約費用約268.8萬元；

節(jié)水為0.85×104m3。

5 結束語

綜上所述，對鍋爐房供暖管線進行工藝改造具有顯著的節(jié)能效果，它在原有鍋爐房的基礎上，通過對鍋爐管線及原有循環(huán)泵（大功率泵換小功率泵）進行改造，既保證了用戶需要的熱量，又節(jié)省了能源消耗，取得了較好的節(jié)能效果。

[1]石兆玉.供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設計.暖通空調(diào)標準與質檢[J],2006(2):2-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.009

2012-06-18）

張昌勝，2007年畢業(yè)于吉林化工學院機械設計制造及其自動化專業(yè)，從事節(jié)能技術監(jiān)測評價工作，E-mail：zcs2001@126. com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號節(jié)能技術監(jiān)測評價中心，163453。