供暖系統工藝改造項目節能效果分析

張昌勝（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

供暖系統工藝改造項目節能效果分析

張昌勝（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

供熱企業是冬季能源利用的大戶，隨著能源成本價格的增加，給企業帶來沉重的負擔。為了達到節省能源，減少環境污染，減輕供暖企業成本，大慶油田外圍物業對慶新區域供熱系統通過增設“熱耦合均壓管”、更換循環泵等措施，取得了節煤、節電、節水的顯著成效，達到了經濟和社會雙重效益，對供暖企業深入挖掘節能潛力具有重要意義。

能源 工藝 供熱 節能

1 概述

大慶油田慶新供熱管理處負責慶新地區供暖及管網維修服務，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，而且節約了大量的能源。

2 項目實施前后主要耗能設備生產工藝

2.1 系統改造前生產工藝

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

2.2 系統改造后工藝

2.2.1 基本原理

所謂二級泵系統就是在鍋爐房設置一次主循環泵，其揚程按照鍋爐房內阻力（包括鍋爐阻力和鍋爐房內管線阻力）計算。在各個換熱站內設置一次網回水泵，其揚程為換熱站內一次側阻力和本站與鍋爐房之間阻力之和，并在換熱站內配置了PLC變頻控制柜，使一次網回水泵可以達到按照需求從系統中取熱量的目的。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，并調整熱源、熱力站循環泵功率及布置方式。采用熱源的二級泵系統和熱力站的分布變頻泵系統能更好地適應熱源和熱網各自功能不同的需要，實現了熱源可以根據負荷的變化“隨意”調整運行流量，而熱網也可以根據運行的需要“隨意”調整其運行流量，二者之間在實現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）改造循環泵

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

圖2 改造后熱網流程圖

2.2.3 二級泵系統的優點

提高了鍋爐房的運行安全性。二級循環水泵設計方案中，一級主循環泵只承擔熱源內部的水循環，對水泵揚程的要求降低，減少鍋爐的承受壓力，減少鍋爐房內的安全隱患。并且二級循環水泵系統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泵提供的動力繼續流動，防止鍋爐內發生汽化危險，提高了鍋爐房的運行安全性。

傳統的循環水泵設計方式與二級循環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——循環水泵的功率，kW；

G——供熱系統各管段的流量，m3/h；

ΔHi——供熱系統各管段的阻力損失，m。

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

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

對于二級泵系統來說，每條支路所需的動力均由各自的循環泵來提供，循環泵是根據這條支路所需的流量和揚程來選擇的。當系統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，也會根據系統溫度的變化來調節循環泵頻率，使支路的供水溫度根據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，二級泵系統解決了傳統供熱系統一次網的水力失調。

改造后，實現了一爐一泵方案，熱源循環水的運行動力僅根據鍋爐開啟的臺數和僅僅克服熱源內部管網的循環水阻力運行。

3 項目實施前后系統主要耗能對比

改造前統計一個采暖期，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 供暖系統改造前后節能效果

4 經濟效益分析

通過工藝改造實施前后對比數據可知，不但節約了優質能源，實現了能源的梯階利用，而且具有可觀經濟效益、社會效益和環境效益，是一項值得推廣的節能減排項目。結論如下：

節電為68×104kWh，電價按當前0.6146元/ kWh計算，共節約費用約41.79萬元；

節煤為0.42×104t，煤價按當前640元/t計算，共節約費用約268.8萬元；

節水為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，又節省了能源消耗，取得了較好的節能效果。

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

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.009

2012-06-18）

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