淺談節點方法在鍋爐房供熱系統中的應用

王 晶

（吉林省熱力工程設計研究有限責任公司，長春 130000）

為解決冬季取暖問題，近年來北方城市不斷推進集中供熱建設，集中供熱面積有了大幅度增長。但我國城市集中供熱系統的技術暨管理水平與發達國家仍有較大差距，存在供熱質量質差、利用效率低、供熱不均衡以及浪費大等問題。

1 鍋爐房供熱系統及其存在的問題

區域鍋爐房供熱系統是城市集中供熱的主要方式。它由鍋爐房、供熱管網、用戶三部分構成，通過向供熱管網輸送熱水向居民用戶供應熱能。據測算，鍋爐熱效率超過大型汽輪機組的發電熱效率2倍，而且便于集中管理，減少小規模供熱設施重復建設，提高了供熱企業的經濟效益，并減少了環境污染。實踐表明，相較于小規模供熱設施，區域鍋爐房集中式供熱每年可以節約大量煤炭，并減少大量PM2.5、二氧化碳、一氧化氮與二氧化硫的排放[1]。2011年，我國城市蒸汽供熱能力只有85 000 t/h，熱水供熱能力只有33 900 MW，2017年，我國城市蒸汽供熱能力已經超過86 400 t/h，熱水供熱能力超過493 000 MW；2011年，城市熱水管道總長13.4萬km，2017年城市熱水管道總長超過20萬km；北方15個地區供熱面積已經超過8億m3。

目前，區域鍋爐房供熱系統的鍋爐出水溫度一般在70℃以上（甚至接近80℃，以最大限度滿足低溫用戶的需求），分水缸壓力都在0.4MPa[2]。供熱管線基本上采用直埋單管敷設，管徑較大（150 cm），供熱管網呈串聯結構。當前，鍋爐房供熱系統主要存在以下問題。

1.1 管網熱量損失較大

絕大部分供熱管網已經老化，缺乏節能措施，供熱效率低，管網輸送熱量損耗大。據測算，接近30%的熱量在供熱管網中白白損失掉。另外，熱量損失與供熱管線的長度成正比。

1.2 用戶冷熱不均

前鍋爐房供熱系統一般沒有末端調節手段，不能根據實際氣溫的變化靈活調節熱水流量與供水溫度，再加上供熱管線越長，水溫下降越快，因而無法實現所有用戶均衡采暖。離鍋爐房較近的近端用戶室內溫度可以超過25℃，供大于求，室內空氣悶熱，不得不開窗，造成大量浪費；而離鍋爐房較遠的遠端用戶室內溫度卻低于18℃，無法滿足取暖要求，用戶強烈不滿。處于供熱管線最末端的用戶，甚至供不上熱。

1.3 管理方式陳舊

許多供熱企業從未根據室外溫度變化制定過供熱管網供熱參數調控表，更不知曉分階段控制循環水量與主運鍋爐的數量，只憑過去的經驗與主觀臆測行事（甚至推廣落后的管理經驗）；在管理上只抓供熱量與循環水量，不注意調節供回水壓力，不注意供熱管網的水力平衡。還有些供熱企業采用間歇式供熱方式，根本不能適應當前用戶的熱水采暖系統，能耗巨大。

1.4 供熱運行方式落后

20世紀50年代，我國因襲蘇聯模式建立了自己的供熱系統，但調節技術不成熟（蘇聯方面也缺乏調節供熱系統的先進技術），只得摸索出“大流量、小溫差”的土辦法，用增大熱水流量的方式來解決用戶采暖不足的問題。這實際上是一種粗放式高消耗運行模式，卻一直沿用至今。據測算，每增加一倍循環流量，電能消耗就要增加8倍（管網阻力與循環水量成正比），而熱量浪費常常超過20%，甚至達到30%，且必須不斷增加鍋爐數量才能保證不斷提高供水溫度。

1.5 管理技術落后

目前，供熱事業人才缺口巨大，嚴重缺乏專業工程技術人員。許多供熱企業的工作人員對供熱技術一知半解，甚至根本不懂供熱基本知識。另外，一些剛從專業學校畢業的設計人員為完成任務照搬過去的設計模式，墨守成規，根本不考慮實際情況，不分析、研究具體問題，造成嚴重浪費和其他技術問題。許多供熱企業沒有自己的網站，對許多新技術一無所知，卻故步自封，根本不了解建設供熱信息網和實施模糊技術、智能控制的重要性。部分供熱企業花大價錢盲目進口自動控制系統，自以為抓住主要矛盾，而引進的自控系統無法匹配落后的供熱管網，結果既不能提高供熱質量，也不能降低能源消耗。

1.6 故障頻發

一些供熱管網在敷設時不注意按照設計圖要求進行施工，導致砂土對管道的約束力降低，管網在長期熱脹冷縮中發生變形，最后被管道應力破壞。一些供熱管網在結構設計上存在缺陷，盲目追求較大的管道外徑，而保溫層的厚度卻較低（保溫層厚度越大，供熱管網熱損失越小），或選用價格較低的保溫材料。一些供熱管網質量不過關，或焊縫質量不合格。當前，許多電焊工沒有操作證卻無證上崗，在焊接管道時常常出現氣孔、咬邊、夾渣和裂紋。一些供熱管網在內外部共同作用下出現嚴重銹蝕，每小時滴漏幾百噸熱水。一些供熱管網不能承受80℃以上的水溫，不能承受設計水壓，常常在管道應力作用下發生破裂。鍋爐在運行中易出現低水位、不著火、爆燃等故障；管網中的許多管件、閥門、補償器在長期使用過程中被管道應力破壞，常常出現損壞、破裂。

2 節點管理方法

節點管理就是將整個系統及其整個工作流程分割細化成一個個具體節點，繼而明確各個節點的具體作用，并將各個節點的管控落實到具體員工頭上，從而實現標準化、規范化、流程化管理，并提高工作人員的素質與責任感。這種方法可以大大降低管理成本，提高系統運行效率。

3 鍋爐房供熱系統中應用節點的方法

根據節點管理法，人們可以很清楚地分析出，鍋爐房供熱系統的幾個關鍵節點分別是燃氣鍋爐、供熱管網、管理人員、管理方式和管理技術。因此，人們可以從這幾個關鍵節點入手，對癥下藥，拿出具體可行的控制方法。

3.1 控制鍋爐出水溫度

冬季天氣變化快，且早晚溫差極大，所以用戶的熱量需求會不斷發生變化，導致供熱管網用熱情況發生相應變化。此外，有學者根據實際數據進行計算研究，結果發現，供熱管網中輸水溫度越高，熱量損失反而越大；輸水溫度越低，熱量損失反而越小。因此，為減少管網輸送熱量損耗，提高鍋爐運行效率，應合理調節鍋爐，控制出水溫度。據測算，鍋爐出水溫度70℃已經綽綽有余，不必接近80℃。所以，控制鍋爐出水溫度，可以讓燃燒效果更好并節約燃氣資源。

3.2 增加供熱管網運行溫差

適當提高供回水溫差，可以降低系統的循環水量，減少管網的阻力損失，并節約電能消耗，減少熱量浪費。此外，還應該逐步推進“小流量，大溫差”的供熱運行方式。據測算，采用“小流量，大溫差”，可以節約90%的電能，節約室內20%的熱能，并節約大量鋼材、投資和敷設供熱管網的建設用地，擴大3倍供熱面積，提高管網的水力平衡，增加管網穩定性，實現用戶對室內溫度的自主調控，且調控流量更加方便、簡單。目前，北歐等國的供熱企業都已經運用“大溫差、小流量”的運行模式，供熱管網根本不需要補水，卻可以保證50 km外用戶末端的水壓，值得學習、借鑒。

3.3 控制供熱管線各個節點

在具體操作上，供熱企業可以在循環總量不變的前提下，根據用戶距離的不同和用戶室內溫度的不同，合理降低近端用戶的管網流量，增大遠端用戶的管網流量，解決近端用戶采暖供大于求、遠端用戶采暖不足、最末端用戶供不上熱（“冷熱不均”）的問題，實現全體用戶均衡采暖。

3.4 改進管理方式

供熱企業應結合歷年的運行情況，在每年供熱期開始前就制定好供熱管網供熱參數調控表，并根據實際氣溫的變化認真調控循環水量與主運鍋爐的數量，從而實現節約能耗，提高供熱質量的目的。在運行管理中，要注意調節供回水壓力，保持各級級網的水力平衡。還應該摒棄原始的間歇式供熱方式，采取連續式供熱方式，根據具體用熱情況調節供熱量、流量和壓力。

3.5 提高管理技術

必須加大對供熱專業教育的投入，盡快培養出一大批專業工程技術人員，填補供熱事業的人才缺口。同時，對供熱企業在職人員加強技術培訓，必須讓他們掌握供熱基本知識與供熱技術，提高他們的技術水平。此外，還要推進供熱信息網建設，每個供熱企業都必須建立自己的網站并實現統一聯網，積極探索引進模糊技術，實施智能控制；設計供熱系統，不能照搬過去的設計規范，不能墨守成規，必須根據現場實際情況與用戶實際需求，實事求是地分析、研究具體問題，提高設計質量。

3.6 升級供熱管網

我國供熱企業必須全面進行技術改造，更新當前的供熱管網，引進國外預制保溫管技術，采用新材料制造“管中管”型式的供熱管，提高管網的耐熱性與耐壓性和防腐性，切實解決水力失調與泄漏損失等問題。敷設管網時，應采用無補償敷設技術并嚴格按照設計圖要求進行施工，保證砂土對管道的約束力。另外，還要提高焊接工藝水平，減少管網焊接中出現的氣孔、咬邊、夾渣、裂紋，焊接作業完成后必須對每個焊接口進行探傷，保證焊接質量。在全面提升供熱管網質量的基礎上，供熱企業可以引進先進自控系統，并發揮好它們的作用。每年供暖季結束后，必須對供熱管網進行全面檢修；對于老化的管道，應該盡快拆除，更換新管。

在設計供熱管網時，供熱企業必須有意識地降低管道外徑（外徑越小，熱量損失越少），同時有意識地增加保溫層厚度，選擇保溫材料必須向最高標準看齊。同時，必須精確計算現場的土壤熱傳導率，考慮土壤熱傳導率在不同季節的變化幅度。除此之外，還應該考慮到當前北方地區人口少子化和老齡化嚴重、青壯年人口大量外流的客觀情況，優化供熱管網的布局，盡可能收縮供熱管網的面積。

3.7 加強日常檢查

供熱系統在運行中，管件、閥門及散熱器難免會發生各種故障，因此務必加強日常檢查與維護。使用燃氣鍋爐，必須按規范操作，并每月進行2次維護，仔細檢查并維護管路、儀表、燃燒器和進水系統。此外，為確保萬無一失，在供暖季每天都必須保證2臺以上的備用鍋爐隨時可以投入使用，無論主運鍋爐還是備用鍋爐，都必須為它們準備至少2部可自動切換功能的電源（以應付突然停電）。

3.8 做好管網的內部防腐

據研究，管網腐蝕不僅發生在管網之外，也來自于管網之內。若不控制好供熱管網內部的水溫和水的含鹽量、含氧量、酸堿度，將加速管網內部腐蝕，縮短管網的壽命。所以，供熱企業必須定期更換管網內的軟化水，并定期向管網內注入緩蝕劑。

4 結語

我國集中供熱技術與國外還有很大的差距，為節約能源消耗，提高供熱質量，保證供熱企業獲得合理的經濟效益，人們應不斷探索各種先進的管理方法，運用先進技術，切實降低供熱應統不必要的熱損、水耗與電耗，提高運行水平。