供熱系統(tǒng)的熱損失及節(jié)能潛力(趙誠(chéng))

1、《供熱系統(tǒng)的熱損失及節(jié)能潛力》,惠天熱電 趙誠(chéng),1,一、供熱系統(tǒng)的組成,完整的供熱系統(tǒng)是由熱源、一級(jí)網(wǎng)、換熱站、二級(jí)網(wǎng)及熱用戶室內(nèi)系統(tǒng)五部分組成（直連系統(tǒng)只有熱源、管網(wǎng)、室內(nèi)系統(tǒng)三部分組成）。熱源、一級(jí)網(wǎng)、換熱站和換熱站、二級(jí)網(wǎng)、熱用戶構(gòu)成了兩個(gè)封閉的回路。,2,3,熱源：一般分為熱電廠供熱熱源和區(qū)域 鍋爐房供熱 熱源。熱電廠熱源主要是利用汽輪機(jī)同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能合供系統(tǒng)供熱。供熱汽輪機(jī)的型式主要分為背壓式汽輪機(jī)

2、和抽汽式汽輪機(jī)。分別利用汽輪機(jī)的排汽和從汽輪機(jī)中抽汽，經(jīng)熱網(wǎng)水加熱器供出熱量。,,4,區(qū)域鍋爐房：一般把容量大于等于29MW（2400 x104kcal/h）的鍋爐房稱為熱源廠，而把29MW以下的鍋爐房稱為區(qū)域鍋爐房。集中供熱概念曾以“雙十”為標(biāo)準(zhǔn)，即供熱面積10萬(wàn)平方米以上，或單臺(tái)鍋爐超過(guò) 7MW（600×104kcal/h）。隨著城市規(guī)模的逐步擴(kuò)大及“拆小建大”工程的實(shí)施，其標(biāo)準(zhǔn)在不斷的提升。,,,,5,一級(jí)網(wǎng)（

3、一級(jí)供熱網(wǎng)路）,主要是指連接熱源與換熱站之間的管網(wǎng)。一般由管線、井室、補(bǔ)償器、固定墩等組成。相對(duì)二級(jí)網(wǎng)而言，一級(jí)網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)較高（一般設(shè)計(jì)為供水130℃，回水70℃，實(shí)際運(yùn)行一般在供水100℃左右，回水50℃左右。）管網(wǎng)的輸送距離較遠(yuǎn)（多數(shù)10km左右，遠(yuǎn)的也有10km以上，甚至幾十公里的）。管徑較粗，且便于平衡調(diào)節(jié)。,6,換熱站（又稱熱力站）,是兩個(gè)封閉的供熱回路交匯的地方。它起著調(diào)節(jié)供向熱用戶的熱媒參數(shù)，熱能轉(zhuǎn)換及熱量分配的作

4、用。換熱站的主要設(shè)備為換熱器和循環(huán)水泵。一般以供5萬(wàn)平方米~10萬(wàn)平方米規(guī)模為宜。,7,二級(jí)網(wǎng)（二級(jí)供熱網(wǎng)路）,主要是指換熱站與用戶室內(nèi)系統(tǒng)之間相連接的管網(wǎng)。相對(duì)于一級(jí)網(wǎng)而言，二級(jí)網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)較低（一般設(shè)計(jì)為供水80℃，回水60℃。實(shí)際運(yùn)行一般供水在55℃，回水在40℃之間或更低。）管網(wǎng)輸送距離短，管徑細(xì)，支線井、進(jìn)戶井多，系統(tǒng)難調(diào)節(jié)平衡。,8,室內(nèi)系統(tǒng),室內(nèi)系統(tǒng)一般由二級(jí)網(wǎng)入戶井以內(nèi)的立杠，支線管，室內(nèi)管線和散熱器組成。 按照

5、敷設(shè)方式分：可分為垂直式和水平式系統(tǒng)。按每組立管的根數(shù)分，又可分為單管和雙管系統(tǒng)。散熱器多為鑄鐵散熱器，如大60、小60、四柱型。還有鋼制散熱器，及地?zé)岜P管散熱器。,9,二、供熱系統(tǒng)的熱損失,煤炭、熱力、電力、水是熱力系統(tǒng)消耗的主要能源。熱力系統(tǒng)的熱損失是造成上述能耗過(guò)高的主要損失。熱源損失：包括鍋爐燃燒熱損失，電能浪費(fèi)等，但主要損失是由鍋爐運(yùn)行效率低，耗煤過(guò)高造成的。,10,2011~2012采暖年度，惠天公司對(duì)在運(yùn)鍋爐進(jìn)行了

6、熱工測(cè)試。數(shù)據(jù)如下：,11,從數(shù)據(jù)中分析：20t/h以下的鍋爐基本上運(yùn)行效率在60%以下，40t/h鍋爐運(yùn)行效率在60%~70%之間，90t/h及以上鍋爐運(yùn)行效率在78%~80%之間。由此可見(jiàn)，鍋爐噸位越小，熱損失越大，效率越低。,12,按照鍋爐反平衡效率的計(jì)算方法。鍋爐的熱效率：,Q1=Qr-Q2-Q3-Q4-Q5-Q6 Q1—有效利用熱 Qr—入爐熱量 Q2—排煙熱損失 Q3—?dú)?/p>

7、體不完全燃燒熱損失 Q4—固體不完全燃燒熱損失 Q5—散熱損失 Q6—灰渣熱損失,13,鍋爐熱效率,q2~q6分別為各項(xiàng)熱損失占入爐熱量的比例。,,,,,14,一般 DN100,δ=35mm厚散熱損失28.4W/m； DN400,δ=45mm厚散熱損失62.3W/m； 預(yù)制保溫管的熱損≤3%； 舊的供熱管溝熱損約30%。大量的散熱損失多發(fā)生

8、在存在有問(wèn)題的管網(wǎng)。如保溫材質(zhì)不好，容重低。保溫脫落，管道浸泡在污水中。還有井室管道不保溫，入戶管道不保溫等等。,熱網(wǎng)（包括一、二級(jí)管網(wǎng)）熱損失。主要有散熱損失、補(bǔ)水耗熱損失及管網(wǎng)失調(diào)熱損失。散熱損失,15,補(bǔ)水耗熱損失管網(wǎng)上附件及設(shè)備由于漏水和用戶惡意放水而導(dǎo)致的熱損失，我們稱為補(bǔ)水耗熱損失。其中多數(shù)發(fā)生在外網(wǎng)。補(bǔ)水量近似等于失水量，一般在0.5%~2%之間。補(bǔ)水1%近似等于減少4%的供熱量（補(bǔ)水溫度10℃，加熱到供水溫度5

9、0℃，是10℃溫差循環(huán)水的4倍）。補(bǔ)水在每平方米200kg~300 kg的鍋爐房，補(bǔ)水耗熱損失一項(xiàng)就占10%左右。,16,失調(diào)熱損失通過(guò)管網(wǎng)送到各熱用戶的熱量，由于管網(wǎng)失調(diào)而導(dǎo)致的各處室溫不等，造成局部過(guò)熱，我們稱這部分損失為失調(diào)熱損失。這一問(wèn)題尤其在二級(jí)網(wǎng)較為突出。近些年在分戶改造過(guò)程中，多數(shù)沒(méi)有按規(guī)范圖紙施工，頂層、把山戶沒(méi)有增加散熱器，造成為保18℃，過(guò)熱戶偏多。另外，管網(wǎng)平衡差、調(diào)節(jié)手段少也是造成該項(xiàng)損失增加的原因。據(jù)資

10、料介紹，管網(wǎng)輸送損失這三項(xiàng)，一般占總送熱量的15%~25%之間。,17,換熱站：換熱站的熱損失主要來(lái)自散熱損失、傳熱損失和水泵的電能浪費(fèi)。多數(shù)換熱站板換不保溫，散熱損失大。更有甚者，站內(nèi)管道、除污器等沒(méi)保溫，散熱損失更大。 傳熱過(guò)程中的損失主要體現(xiàn)在換熱效果不理想，即使非常薄的污垢也會(huì)顯著的影響傳熱效果，從而造成一級(jí)網(wǎng)回水溫度過(guò)高，二級(jí)網(wǎng)供熱熱量不足。,18,換熱站的電能浪費(fèi)較為嚴(yán)重和普遍。存在的問(wèn)題主要有：,系統(tǒng)設(shè)計(jì)不

11、合理，寧大勿小，余量過(guò)大；大馬拉小車，遠(yuǎn)離額定工況運(yùn)行，泵的運(yùn)行效率大大的降低；管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，盲目接網(wǎng)造成系統(tǒng)失調(diào)嚴(yán)重；憑感覺(jué)改造，盲目增大用電設(shè)備，多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)；運(yùn)行過(guò)程中采用節(jié)流的方法調(diào)節(jié)流量，功耗太大。,19,室內(nèi)系統(tǒng)（熱用戶）熱損失主要有：,樓道，管道井立杠、支管保溫不好，熱損失大；立杠、小地溝漏水，失水嚴(yán)重，補(bǔ)水量大；用戶因各種原因放水，造成熱損失；供水管路的垂直、水平失調(diào)造成的頂層達(dá)標(biāo)，中間房屋過(guò)熱的熱損失；

12、由于改地?zé)幔黾由崞鞯人讲饋y改，造成的超標(biāo)供熱損失；既有建筑保溫差造成的熱損失。,20,綜上所述：供熱系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)熱損失應(yīng)在40%~50%之間，節(jié)能潛力巨大。,21,三、供熱系統(tǒng)的節(jié)能,供熱系統(tǒng)能源損失浪費(fèi)觸目驚心，供熱節(jié)能勢(shì)在必行。根據(jù)《中國(guó)節(jié)能綱要》的要求，建筑節(jié)能要達(dá)到50%，其中建材節(jié)能30%，供熱系統(tǒng)節(jié)能20%。能耗成本一般占企業(yè)成本的70%~80%。由此可見(jiàn)，節(jié)能降耗對(duì)企業(yè)降低成本來(lái)說(shuō)意義重大。抓供熱系統(tǒng)節(jié)能，

13、要從管理和技術(shù)進(jìn)步兩方面入手。,22,表1是惠天熱電5臺(tái)同型號(hào)、同廠家鍋爐測(cè)試效率，高低相差近15%,表1.鍋爐效率,23,表2是惠天公司前后5個(gè)站失水量的比較，相差10倍。,表2.失水量,24,表3是惠天公司換熱站耗電前后5個(gè)站的比較，相差3~5倍。,表3.耗電量,25,單位內(nèi)部能耗參差不齊，原因：,設(shè)備效率不同；輸送條件不同；運(yùn)行方式不同；管理人員水平不同。,26,D,η,,圖1.鍋爐負(fù)荷與鍋爐效率的關(guān)系,27,提高鍋爐

14、運(yùn)行效率的主要途徑,圖1鍋爐負(fù)荷與鍋爐效率的關(guān)系。當(dāng)鍋爐在70%~100%負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行時(shí)，效率最高且穩(wěn)定。因此，鍋爐出力應(yīng)維持在70%~100%之間。鍋爐盡量不間斷運(yùn)行。經(jīng)過(guò)分析，鍋爐的主要熱損失為排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失。,28,q2排煙熱損失主要有：,排煙溫度高（主要是積灰、隔煙墻側(cè)塌）；排煙處空氣過(guò)剩，系數(shù)過(guò)大；爐墻漏風(fēng)，出渣口處漏風(fēng)；空氣預(yù)熱器管穿孔；司爐操作不當(dāng)，爐膛負(fù)壓大。,,29,測(cè)試結(jié)果表明

15、，排煙熱損失在效率低的鍋爐中達(dá)到20%以上。造成排煙溫度高的主要原因：積灰，隔煙墻側(cè)塌。由于有灰垢，使傳熱能力下降。更多的鍋爐測(cè)量的排煙溫度并不高，但空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大。正常排煙溫度應(yīng)為140℃~160℃，排煙處空氣過(guò)剩系數(shù)α=1.6~1.8。實(shí)測(cè)達(dá)到6~8。α大，主要是漏風(fēng)。出渣處不水封或水封不嚴(yán)。爐墻漏風(fēng)，新近測(cè)試發(fā)現(xiàn)：爐體四處沿磚縫漏冷風(fēng)出人意料，尤其是烘爐不好的爐墻更為嚴(yán)重。此外，爐門不嚴(yán)，鼓風(fēng)量過(guò)大，爐排

16、側(cè)密封間隙大等等，都是造成α大的原因。,30,q4機(jī)械不完全燃燒熱損失主要有：,灰渣含碳量高。著火晚，靠渣短，風(fēng)煤比不合適，煤層厚。漏煤量大。爐排片間隙大，有破損、有掉片，橫梁變形，鏈帶長(zhǎng)短不一，側(cè)密封不嚴(yán)。飛灰含碳量高。引風(fēng)大，溫度低，爐膛飛灰沒(méi)燃盡。煤的粒度不均，煤塊大，不粉碎、煤粉多等等。,31,鍋爐的其他熱損失占比較小，易于控制。如爐墻表面溫度不超過(guò)50℃，排渣溫度不超過(guò)600℃等。,32,降低鍋爐熱損失的技術(shù)手段：,增加

17、尾部受熱面，降低排煙溫度；提高鍋爐的燃燒效率，加裝空氣預(yù)熱器吹熱風(fēng)，上分層給煤。煤中混配秸稈（混配比例25%左右）。保證鍋爐在高效區(qū)域連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。系統(tǒng)加裝蓄熱器，削峰補(bǔ)谷。鍋爐改造。改變?nèi)紵绞剑ㄦ湕l爐改往復(fù)爐），改變爐膛結(jié)構(gòu)。加助燃芯板，延長(zhǎng)后拱等，改變本體結(jié)構(gòu)。旗式受熱面改造成蛇形管省煤器等等。,33,熱管空氣預(yù)熱器應(yīng)用對(duì)比表,備注：年供熱量：年供熱量以24小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行152天計(jì)算 耗煤量：煤炭發(fā)熱值煤場(chǎng)處煤加權(quán)

18、平均值4461kcal/kg計(jì) 節(jié)省資金：每噸煤按700元/噸計(jì),34,節(jié)電措施：1.選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，盡量使所選設(shè)備滿足實(shí)際運(yùn)行的要求2. 對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造3.減少局部損失，取消節(jié)流環(huán)節(jié)4.變頻調(diào)速,35,供熱公司往往不注重節(jié)電，認(rèn)為電耗從屬于煤耗和供熱需求，其實(shí)這是認(rèn)識(shí)誤區(qū)。在現(xiàn)有的耗電水平上，采取必要的措施，就可實(shí)現(xiàn)每平方米節(jié)約0.5~0.8kwh的目標(biāo)。而對(duì)惠天熱電這樣的企業(yè)來(lái)說(shuō)，將會(huì)是20

19、00萬(wàn)~3500萬(wàn)元的收益。,36,離心泵的性能曲線,37,38,離心泵的效率 —除去機(jī)械本身的能量損失和消耗外，由于泵的運(yùn)轉(zhuǎn)而使液體實(shí)際獲得的功率叫做有效功率，用 表示。 —軸功率是指原動(dòng)機(jī)械傳給泵軸的功率，用 表示。,,ｎ１，Ｈ１，Ｑ１，Ｎ１—改變轉(zhuǎn)速前的轉(zhuǎn)速，揚(yáng)程，流量，軸功率ｎ２，Ｈ２，Ｑ２，Ｎ２—改變轉(zhuǎn)速后的轉(zhuǎn)速，揚(yáng)程，流量，軸功率由此可知：流量降低一半，轉(zhuǎn)速降低一半，功率

20、僅為原來(lái)的12.5%。揚(yáng)程降低一半，功率僅為原來(lái)的35.3%,選對(duì)合適的泵在工作范圍內(nèi)至關(guān)重要。利用葉輪的切割或者變頻技術(shù)可以擴(kuò)大泵的工作范圍。但并不是最好的選擇。,39,基于此原理誕生了一些熱力輸送新技術(shù)：,混水分布式變頻二級(jí)泵供熱系統(tǒng)技術(shù),40,混水,即加大熱網(wǎng)的溫差，減少流量。為保證熱用戶的舒適度（循環(huán)水溫差盡量小），采用末端混水，既解決了熱量輸送過(guò)程中的能量浪費(fèi)問(wèn)題，又解決了用戶室溫舒適的問(wèn)題，還可以有效的改善末端失調(diào)問(wèn)題，

21、一舉三得。,41,分布式變頻二級(jí)泵供熱系統(tǒng)技術(shù),即改變整個(gè)供熱系統(tǒng)由熱源主循環(huán)泵提供循環(huán)動(dòng)力的現(xiàn)狀。改由熱源一級(jí)循環(huán)泵僅負(fù)責(zé)熱源內(nèi)部的循環(huán)流量和揚(yáng)程。二級(jí)循環(huán)泵根據(jù)用戶需求提供流量和揚(yáng)程，而達(dá)到按需供熱，大大降低能耗。據(jù)介紹，其節(jié)電效率在20%以上。,42,減少局部損失：取消節(jié)流環(huán)節(jié)。除污器堵塞，要及時(shí)清理。循環(huán)泵出口止回閥開啟失靈或阻力大要及時(shí)維修，必要時(shí)可以拆除。變頻調(diào)速：長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，變頻啟動(dòng)可節(jié)電，保護(hù)電機(jī)。但應(yīng)注

22、意，不可無(wú)限制調(diào)速。一般認(rèn)為不低于50%，最好在75%~100%之間。另變頻過(guò)程中本身有一個(gè)轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題，資料介紹在85%左右變頻本身就損失了一部分能量。加之，變頻器的使用壽命短，維修費(fèi)用高，自己修不了。因而，正確的選擇是，選擇合適的風(fēng)機(jī)和水泵，輔以變頻調(diào)速的手段，才能真正做到節(jié)能。,43,一、二級(jí)管網(wǎng)和室內(nèi)系統(tǒng)的節(jié)能,采用合適的保溫形式和厚度。井室內(nèi)管線及工程管件要保溫并加強(qiáng)維護(hù)。加強(qiáng)老舊管網(wǎng)的改造，嚴(yán)查失水。合理地確定供熱區(qū)域

23、，換熱站供熱面積最好為5萬(wàn)平方米左右。供熱管網(wǎng)要進(jìn)行調(diào)節(jié)。增加調(diào)節(jié)手段，消滅高溫用戶。應(yīng)用新技術(shù)。如水力輸配智能平衡控制系統(tǒng)（用計(jì)算機(jī)調(diào)控實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)平衡，節(jié)約多余熱量）。熱計(jì)量（用戶按需供熱，消除室內(nèi)系統(tǒng)偏差）。,44,附帶講二個(gè)問(wèn)題：,第一、目前制約城市集中供熱發(fā)展的主要問(wèn)題；第二、既有建筑的節(jié)能改造。,45,一、目前制約城市集中供熱發(fā)展的主要問(wèn)題：,城市熱源嚴(yán)重不足，舊熱源擴(kuò)建受場(chǎng)地和管網(wǎng)條件限制，新熱源受土地及城市大氣環(huán)境

24、容量限制，難以實(shí)施。計(jì)算表明，一次網(wǎng)供回水溫差由60k提高到110k，管網(wǎng)輸送能力提高80%。實(shí)現(xiàn)的途徑，吸收式換熱器，如圖1、圖2、圖3 所示。而熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)經(jīng)吸收式循環(huán)改造后，同樣裝機(jī)容量，同樣燃料消耗，同樣的發(fā)電量下，輸出熱量增加35%~50%。以沈海電廠為例，目前，每采暖期供惠天熱電500x104 GJ。若增加250x104 GJ，可解決600~800萬(wàn)平米建筑供熱。,46,吸收式換熱器,圖1.吸收式換熱器

25、,圖2.吸收式換熱器,47,吸收式熱泵,圖3.吸收式熱泵,48,二、既有建筑的節(jié)能改造,前述《中國(guó)節(jié)能綱要》 要求，建筑節(jié)能達(dá)到50%，其中建材節(jié)能30%。由此可見(jiàn)，既有建筑對(duì)能源的浪費(fèi)甚至超過(guò)熱力系統(tǒng)的熱損失。我們國(guó)家2003年前后推行一步節(jié)能，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能30%，2010年推行二步節(jié)能，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能50%。近年在逐步實(shí)施三步節(jié)能，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能65%。同時(shí)開展既有居住和公建房屋的節(jié)能改造，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能50%。目前，惠天公司總熱耗在