较远距离供热探讨及供热系统节能潜力分析

　　摘要：城市集中供热是城市公益性、基础性事业，是社会文明的体现。在我国能源结构中还大量使用燃煤为一次能源的现阶段，如何发挥城市集中供热的效益，努力降低其对环境的污染程度是人们共同关心的问题。
　　关键词：集中供热；可持续发展；节能优化
　　一、较远距离集中供热可行性分析
　　(一)较远距离集中供热的技术可行性
　　集中供热系统的合理输送距离应该是相对的，关键看用热负荷特性，对于较大规模的持续而稳定的热负荷，进行较远距离输送仍然是合理的。进行较远距离供热，为维持末端参数稳定，始端参数的调控应能随负荷波动在较大调整区域内适应，例如优先选择热电联产供热时配合使用减温减压装置作为备用及补充汽源；同时也要求对于用热加强计划与调度，努力使热负荷保持良好的稳定性与持续性。一句话，进行远距离供热，需要供用汽双方密切配合，才能取得良好效果。
　　作为技术方案，进行较远距离供热的管道敷设方式也是需要重点考虑的一点。要根据地区的地理情况，选择合理敷设方式，避免影响管道保温性能的敷设方式。对于保温应切实强调其设计、施工、运行、维护的全过程管理，以保障蒸汽输送安全、经济。热补偿方式要尽量利用管道自然补偿；疏水器的规格尺寸应满足排凝水量的要求，尤其低流量工况下蒸汽输送至末端凝结量较大，应考虑提前设置自动经常疏水装置以尽早排尽凝结水。较远距离供热的供热调节非常重要，较远距离供热管线中间容积大，不稳定工况和低负荷工况下容易发生蒸汽凝结，产生水击，因此要选取科学合理的调节方式并进行水击防范，要有切实、周全的保障措施确保供热安全可靠。
　　(二)较远距离集中供热的经济可行性
　　对于较远距离供热的经济可行性，应测算工程造价及其投入产出情况。工程造价依据工程量测算得出，供热成本考虑固定成本和变动成本，其中固定成本由折旧费、大修费、维护人工费、还贷利息和其他费用(办公费、差旅费、劳动保护费、财产保险费、业务招待费、养老保险、待业保险费、住房公积金、福利费、教育经费、工会经费和其他管理费等)组成；变动成本考虑因较远距离供热和热负荷变化造成热耗加大而增加的费用以及为抵偿工程投资，提高热价部分增加的增殖税金及附加费等因素。较远距离供热的定价应极为审慎，因为较远距离供热对于较大规模的持续而稳定的热负荷的依赖严重，需要调动用户的用热积极性，使工程投产后即能快速达到较高负荷，才能保证管线安全、稳定运行，因此应确定较为优惠的热价，尽量让利给热用户，以拉动其需求。定价要贯彻保本微利原则，以满足贷款偿还年限为首要，尽量压缩供热的盈利空间。在确定了工程造价、供热成本及蒸汽销售单价后，即可进行各项经济指标（如内部收益率指标和投资回收期指标等）的计算，以客观评估工程的经济效果。
　　二、集中供热节能分析
　　发展城市集中供热是节约能源和保护环境的重要途径，属城市现代化的重要基础设施。城市集中供热指的是在城市的个别区域乃至整个城市，利用一个热源或多个热源向工厂或民用、公用建筑供热的一种方式。城市集中供热规划应根据气候条件，整个采暖期内均能达到规定的供热标准，并可节约能源，获得良好的环保效能。
　　(一)热网方面
　　存在问题：管网设计缺乏统筹规划，加之热负荷发生较大变化，致使目前管网的水力工况与压力工况严重混乱；架空敷设的管网使用时间较长，散热损失非常大，腐蚀严重，漏点较多；地沟敷设的管网保温层破损脱落；管道、阀门腐蚀严重；有些热网严重老化，跑、冒、滴、漏问题突出；运行的热力管网技术管理水平比较落后，调节手段和监控不能控制水力工况和热力工况的平衡调节；不具备分户计量、变流量运行的调节手段，无法实现对供热量进行统一调度。以上问题应引起重视，采取科学措施加以克服。
　　科学的节能优化各热源间的热网也是关键因素之一，必须保证各热源在不同负荷下不同供热范围时的输送能力和调节稳定性。应尽可能创造条件实现各热源、热网的联网运行。实现联网可使各热源都处于高效运行区，并可在不同负荷下选择最经济、最节能的热源运行，同时在个别热源出故障时互为补充备用，提高供热系统的可靠性。
　　(二)热用户方面
　　存在问题：供热质量差，冷热不均；热费收取不合理，收费困难；规划水平有限，制约节能工作的落实。应重视和完善城市供热规划中针对热用户的规划内容。在城市供热规划阶段，应充分认识热用户在集中供热系统中节能的重要性。对热用户的规划应体现出一定的先进性和超前性，针对不同的热用户采取不同的技术措施。
　　逐步建立和完善对热用户按耗热量计取热费的体系，改变按面积收取热费的不合理方法。为实现这一目标，可通过两种方式建立热量消耗计量：第一种方法，对于可以分户控制的热用户，可在每一用户入口装热能计，以计量其耗热量；第二种方法，对于不能实现分户控制的热用户，可在每组用户的入口装热能计，在用户的每一散热器上装热量分配表，以实现耗热量的计量和到各用户的分配。
　　(三)循环水供热方面
　　目前很多工厂由于当时设计位置的原因，积水池和冷却面积偏小，冷却效果本身就达不到设计要求，并且所处的地区水质硬度非常大，又位于街道边上，运行不久塔内就会沉积大量的灰尘和泥垢，严重堵塞了填料的缝隙，致使水流不畅，必须用几台风机进行连续不断的强制通风，耗用大量的电能。另外，由于积水池有限，塔内沉积的泥土、杂质等来不及沉淀就回到循环水中，这些泥垢在凝汽器铜管内壁附着，致使铜管结垢，换热效果差，排汽温度升高，形成换热的恶性循环。为了解决此问题，每年必须对凝汽器铜管和冷却塔填料进行清理，生产成本提高。
　　三、供热系统能耗悬殊的原因分析
　　1．设备效率的不同
　　锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标，体现燃料热被有效利用的程度。目前，燃煤供热锅炉的设计热效率（≥7MW）一般在75-85%（燃油、燃气供热锅炉热效率在90%左右）。但在使用时，由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等方面不同的原因，使锅炉的运行效率差别很大。好的，能达到设计热效率，保证锅炉出力，差的，燃烧不完全、排烟温度高、各项热损失大，热效率不及50%，锅炉出力大幅降低，导致能源浪费，大气环境污染增加。
　　风机、水泵效率是电能转化为有用功的份额，体现电能被有效利用的程度。目前，风机、水泵效率一般在55-75%。它们的流（风）量和扬程（压头）的选择与配置是十分重要的，选择与配置得当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，电耗少。选择与配置不当（一般是偏大），装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多，两者的相差可达10-30%。不仅如此，锅炉的鼓、引风机配置不当，还会导致锅炉热效率下降。循环水泵配置不当，还会影响系统水力工况。
　　风机是热源子系统的主要附属设备，水泵是热网（一级和二级网）子系统的主要设备。其电耗大小，不但对电资源有影响，也对运行成本有显著影响。由于城市集中供热热负荷有随气候及用热规律变化的特点，设置变速风机和水泵已在发展并被实践证明可以进一步节能。
　　2．输送条件的不同
　　热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果。一般热网热效率应大于90-95%。从实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求，而架空和管沟都达不到要求，其热损失远大于10%。如果地沟积水，管道泡水，保温性能遭破坏，其热损失甚至大于裸管。这一问题广泛存在于早期建设的热网。
　　热网补水率可近似认为（忽略水热胀冷缩的补充）是输送过程失水的指标。目前，热网（特别是二级网）运行补水率差别很大，在0.5-10%范围变化，正常情况下，应在2%左右。好的，补水率可在1%以下，差的，管道泄漏和用户放（偷）水严重，补水率可达10%左右。系统泄漏丢失的热水，补充的是比回水低得多的冷水（一般是10-15℃），要把它加热到供水温度至少是循环水的三倍（二级网运行供水温度一般为55-85℃，回水温度40-60℃）。这就是说，系统补水不仅是水耗问题，热耗是更大的问题。例如：补水率1%，即相当于减少至少3%的供热量；补水率10%，则相当减少至少30%的供热量，其差别很大。
　　3．运行技术水平的不同
　　热网水力失调度是流量分配不均程度的指标。按用户热负荷分配流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热网无水力的失调，若分配不当，出现冷、热不均现象，说明有水力失调，其失调度是大于或小于1。大于1，会使用户室温过高，导致热量浪费，小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格是不允许的。为解决失调问题，正确的做法应该是改进和完善热网，如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施，但至今仍然有大量的系统工程不同程度地采用大流量小温差来缓和这一问题。其实，大流量小温差运行并不减少供热量的热损失，而且带来循环水泵电耗的大幅度增加和热源供热量的增大（电耗与流量、扬程成正比，在管网不变条件下，电功率随流量的三次方变化）。实例表明，科学解决水力失调，系统在设计流量下运行，能挖出8-15%的供热量。
　　科学调度运行，实施按需供热，实现设备长期在高效率区间运行，供热能耗就会降低，否则，供热能耗就会升高。按照室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图甚至时间图，并以它们指导运行，可以避免初、末寒期供大于需，浪费能量的现象。热源的容量和台数是由设计人员根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷的大小而确定的。锅炉热效率是随运行负荷变化的，运行时应根据热负荷的大小选择投入台数，一般地说，每台都维持在80%以上负荷能获得高效率运行。低负荷运行效率降低，这里有10%以上的节能潜力。设置热源和热网的微机监控系统，可实行最优化的运行调节和控制，实践表明是目前实现运行节能的有效技术措施。
　　4．管理体制和水平的不同
　　供热单位正处于体制转轨过渡时期，自我经营、自我改造和自我发展的思想和能力有所差别。在供热从福利变为商品、经营单位从事业机构转变为企业的期间，有的已经成为自负盈亏的企业（包括承包的），为保证质量和提高效益，在上级主管部门支持下积极的技术改进和完善系统，以高质量商品供给用户，以减少能耗来降低成本和提高经济效益。有耕耘就会有收获，因而能源利用率逐年提高。有的还停滞不前在原来的位置，热费收不上、效益谈不上、改造无资，老系统、老设备、老方法，于是，能耗就居高不下，能源利用率也就很低。
　　供热单位管理水平的不同显著影响能耗。人员和技术管理、系统和设备的检查、保养、维修和改造更新等差别对能耗影响是不言而喻的。例如，链条炉采用分层燃烧技术，就能改善燃烧、提高热效率，保护和保持管道无泄漏和保温结构完好，就能减少大量能源浪费；严格水处理和保持水质，维持转换设备传热表面清洁，就能减少传热热阻、提高设备传热效率；对用户实行计量收费，就能刺激用户节能的积极性等等，不一一列举。
　　四、依靠科学技术提高供热利用率
　　1．利用科学技术提高能源利用率，挖掘节能潜力。所谓节能潜力是预测一定时期内，耗能系统和设备的各个环节，利用当前科学技术，采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备以及用户能接受的措施后，可取得的节能效益（减少能耗量或降低能耗率）。也就是说，预测通过技术改造和采取用户可接受的有效措施后，可取得的系统能源利用效率提高的程度。
　　2．与先进评估指标的差距体现节能的潜力。节能的潜力是通过分析对比得出的，目标是使各个耗能环节现有的耗能指标提高到先进水平，其运行评估指标的变化量则体现了节能潜力。因此，其潜力大小与对比对象和自身的基础有关，所以，各单位、各系统的潜力是不可能完全相同的。各环节欲追求的先进评估指标可以选用：①历史上最好的水平；②国内先进水平；③全国平均水平；④国际先进水平；⑤理论上能达到的最高水平。而且，随着节能科学技术的发展，系统和设备的不断进步和完善，选择先进的评估指标也会不断变化。
　　3．寻找能耗差距，制订可行措施，挖掘节能潜力。每个供热期要定期检测评估各耗能环节的能耗指标，对比先进指标寻找能耗差距，分析能耗差别的原因，结合实际情况，研究和提出为实现先进指标的可行（包括技术和管理等方面）方案，经技术经济论证认为技术可行且经济合理后才能（分期或一次）实施。实施后，在运行中再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。
　　参考文献：
　　[1]丁华峥，丁崇功，城市供热热源的研究，煤气和热力，2006(02)
　　[2]丁汾蒂，城市集中供热系统中热用户节能措施的重要性，专题研讨，1999，29(01)
　　[3]王国刚，首都蓝天热能系统工程探讨，热电技术，1999(04)

《较远距离供热探讨及供热系统节能潜力分析》

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