提高供熱效率的途徑及必要性

賀紫鵑 等

摘要：文章主要內容是對提高供熱效率的一些簡單看法。主要討論供熱方式的轉變；熱量交換設備的精心設計；對余熱的充分利用；減少供暖過程中熱量的損失對提高供熱效率有很大作用。通過這些途徑還能減少資源的浪費和對環境造成的污染。現如今全球節能減排任務非常嚴峻，所以這些做法是非常必要的。

關鍵詞：供熱效率 熱量 環境污染

在供熱效率提高的道路上我們不斷探索前進。由最早的家戶自己燒火取暖到分散式小鍋爐供暖，再到區域式鍋爐，再到熱電聯產項目的進一步發展。我們現在的供熱效率已經由傳統供熱方式的50%左右提高到了80-90%甚至以上。即實現了集中供暖。現在最先進的熱效率最高的規模最大的要數熱電聯產供熱方式。熱電聯產利用發電鍋爐產生的蒸汽來加熱供熱介質或者經過減壓降溫后的蒸汽直接供熱。電廠的燃燒方式非常先進，熱轉化效率亦非常之高。電廠一般規模較大，投入資金也多。自動化程度非常高，相關人員專業技術水平和責任心也相對較高。各類設備的運行的安全性和持續性有很好的保證。而且電廠都必須使用脫硫和脫硝系統。因為煤的主要成分是碳，也含有少量的硫、氮等物質。這些物質燃燒的產物均對環境能造成非常嚴重的污染。比如，碳氧化物會產生溫室效應，氮氧化物和硫氧化物會產生酸雨等。以前的分散式供暖一般沒有這類脫硫脫硝的設備。相對來說電廠有這些設備會大大減少這些有害氣體的排放，減輕對環境的污染。

集中供暖產生了熱網的概念。熱網包括水暖水網和汽暖汽網。汽暖和水暖由于其各自的特點不同，各自用在不同的場所。汽網的特點是：對熱用戶適應性強；輸送能耗小；蒸汽密度小，因地形變化（高差）而形成的靜壓小，受地形和地勢的影響小；蒸汽的溫度和傳熱系數高，可以減少用戶的換熱面積，節約投資；輸送管道壓損大，距離一般在3-5km，最遠10km；回水率低。所以一般用于距離熱源較近的工業生產場所。水網由于比熱容大，可以遠距離供暖，可達20-30km，水溫變化緩和；熱源凝結后可全部回收；水暖一般利用的熱源為汽輪機低壓抽汽，熱化發電比很大；且易于實現集中控制。所以一般用于遠距離居民供暖。

以水暖為例說明提高熱效率的途徑。汽輪機主要出力在高壓缸和中壓缸。低壓缸屬于輔助性提高熱電轉化效率的措施。低壓缸排出的汽稱為乏汽，即做完功的汽。所以從低壓缸抽出來的汽已經做了很大一部分功了。經過低壓缸出來的話需要經過冷卻回收利用，會損失很多的熱量。如果是冷卻塔式冷卻方式還會蒸發掉一部分水資源。如果是空冷式冷卻還需要很多專門的風機來加速冷卻。這樣就會浪費很多電能。低壓抽汽雖然壓力降了很多但是溫度還是非常高的。我們將其用來加熱用來供暖的水，這些汽凝結成水可以全部回收利用，也可以節省電廠冷卻設施的投資和降低真空，使發電機組低真空運行。同時也加熱了居民供暖水介質。相比專門燃燒燃料用來加熱供暖水介質省去了不少能源，也減少燃料燃燒產生廢棄物對環境的污染。對減少霧霾天氣做出貢獻。即提高了能源的利用效率。這也符合我們的節能環保的政策。造福于人類的行為。

為了提高熱源的利用效率我們采用多級表面式換熱器，其特點是換熱容量和換熱面積大，可達500平方米。端差較大，可達十度左右。多級加熱可以充分利用低壓抽汽的熱量。近幾年來隨著一些新設備的出現。我們還可以利用電廠一些溫度較低的輔機循環水。即在熱網回水管路增加一套吸收式熱泵。利用此泵的特殊功能將輔機循環水的溫度降低。輔機循環水溫度降低產生的熱量用于熱網回水的初級加熱。即經過吸收式熱泵后的熱網循環水已經有了一定的溫升。再經過與低壓抽汽的多級表面式換熱器進行換熱。最后將熱網出水溫度調至需要的溫度。增加吸收式熱泵不僅可以減少輔機循環水減溫水的使用，也同時回收了這部分熱量。進一步提高了供熱效率。

集中供熱后也產生了一些新的問題。我們以前的小鍋爐都是小區式管理。沒有熱網或者說僅有非常小的熱網。管道非常短，幾十米到幾百米。管網簡單，閥門非常少。但是集中供暖后，供暖面積擴大。暖網管道極其復雜。管道加長了數百倍，即管路長達幾十千米。相應的閥門也增加了好多。管道的加長和閥門的增多會使得我們的公共管道上的熱量損失變大。為了降低公共管道上的熱量損失。我們需要采取一些必要的措施。這些熱損失主要是通過熱傳導損失的。熱傳遞速率公式，即熱力學中的傅立葉定律：q=-λA（dt/dx）。λ為材料的導熱系數，A為傳熱面積，q是沿x方向傳遞的熱流密度（單位時間的導熱量），dt/dx是物體沿x方向的溫度變化率（與溫度差成正比，與長度成反比）。由這個定律可以看出為了減少熱量損失我們應該在以下幾方面采取措施。盡量使公共管道總的表面積減少，因為熱量的損失與管道表面積的大小成正比關系。所以我們盡量在公共管道使用一根粗管道代替多根的細管道的辦法。到了用戶再分成多跟管道。熱傳導速率和物質的熱導率也成正比關系。熱導率越大，傳導速度越快。供熱管道一般都是金屬材料，金屬材料導熱非常好。熱導率與溫度差成正比。因為冬天環境溫度是非常低的，所以供熱管道環境溫度和管道的溫差很大。這些都是會增加單位時間內的熱量傳遞。比如家里用的暖瓶就是利用熱導率小的特點來保持水溫的。暖瓶是用真空隔熱原理和木塞熱導小來實現的。所以為了降低管道的熱損。我們也要用一些隔熱材料來隔斷公共管道與外界的熱傳導。減緩熱傳遞速度，降低單位時間內的熱量損失。雖然隔熱材料不能完全隔熱，但是能在很大程度上減緩熱傳導速度。大大減少熱量損失，所以此項工作是非常有必要做的。

管道長閥門多還會有一個問題就是滲漏點多了，有了滲漏點就會損失水資源和浪費熱源。這就要求我們要及時發現一些滲漏的地方加以治理。以免造成更大的浪費或者滲漏點擴大造成無法繼續供暖。或者是由于滲漏導致流量不足，居民樓的溫度維持不住。

還有設計管道時要盡量減少水流或氣流的阻力，這樣就會降低加壓泵的出力，降低電能損失。管路閥門設計要合理。當一些地點沒人住或者是來年面臨拆除的地點，必須及時停止給這些地方供暖，減少無為的熱量損失。還要采取一些措施防止居民偷放水導致水資源和熱量的損失。

這些提高供熱效率的途徑都能節約能源，減少對環境的污染。節能降耗減排是當今社會的首要任務，所以我們必須持續不斷地改進供熱方式和想辦法提高供熱效率。

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