任占軍

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

0 引言

本文主要對(duì)供暖系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行深入的研究，通過(guò)研究得出，供暖節(jié)能技術(shù)的采用不但可以使供暖系統(tǒng)能耗降到最低，也是集中供暖節(jié)能技術(shù)應(yīng)用最佳節(jié)點(diǎn)，同時(shí)降低能耗技術(shù)也會(huì)對(duì)我國(guó)的供暖供暖系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1 熱源改造的必要性

我國(guó)目前的采暖方式仍然是以燃煤鍋爐作為熱源，其最大的弊端就是熱效率低，環(huán)境污染較為嚴(yán)重，據(jù)環(huán)保等有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，在供暖季節(jié)，燃煤鍋爐的實(shí)際發(fā)熱量占比一般只有70%，而燃?xì)忮仩t的實(shí)際負(fù)荷率基本上可以達(dá)到90%以上。因此，目前的大型燃煤鍋爐房節(jié)能降耗工作十分繁重，要實(shí)現(xiàn)其節(jié)能降耗目標(biāo)，必須對(duì)現(xiàn)有的鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造，以利用高效清潔能源為主，以利用高效、清潔的能源為改造的主導(dǎo)方向。

在集中供熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的高效、潔凈的新型鍋爐，以取代效率低、污染嚴(yán)重的燃煤鍋爐。例如，在使用燃?xì)忮仩t時(shí)，應(yīng)設(shè)置煙氣余熱回收裝置，采用變頻技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行綜合調(diào)整，以獲得最佳的熱源利用率。

2 供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)

2.1 熱網(wǎng)

在采暖系統(tǒng)中，按照熱媒介質(zhì)的不同，將其劃分為熱水供暖系統(tǒng)和蒸汽供暖系統(tǒng)，按供暖方式可分為環(huán)形供暖系統(tǒng)和分支供暖系統(tǒng)，按供暖區(qū)域劃分為一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)。兩種供熱管網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的供熱范圍是不同的。一次管網(wǎng)具有較高的工作溫度和壓力，是由熱源向熱源處傳輸熱量的一種供暖管道。一次管網(wǎng)從熱源協(xié)議的邊界開(kāi)始，一直到換熱站圍墻1m處。換熱站是將一次管網(wǎng)與二次管網(wǎng)之間的熱質(zhì)、溫度、壓力進(jìn)行交換的地方，其可以根據(jù)使用者的需要，調(diào)整熱源的種類、溫度和壓力，并根據(jù)使用者的需要進(jìn)行熱能的調(diào)節(jié)和測(cè)量。二次管網(wǎng)是通過(guò)換熱站進(jìn)行熱交換而得到的低溫和高壓的熱傳輸?shù)浇K端用戶的供暖管路中。二次管網(wǎng)的使用范圍為從供熱站圍墻外側(cè)1m到用戶樓宇入口。

2.2 熱網(wǎng)改造的必要性

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有供暖系統(tǒng)的運(yùn)行情況的分析，可以發(fā)現(xiàn)供暖系統(tǒng)熱網(wǎng)的主要問(wèn)題如下。

（1）由于網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)方法陳舊，存在著嚴(yán)重的漏熱現(xiàn)象。目前的供暖系統(tǒng)大多是在20世紀(jì)70、80年代建成的，因?yàn)樵诜笤O(shè)、保溫、節(jié)能等方面尚不完善，許多老式管線都是采用地溝敷設(shè)，由于老式地溝的防水性能差，從其他管線中流出的水，造成了部分保溫管的隔熱性能下降，已經(jīng)失去了對(duì)供熱管道的隔熱能力，而且由于跑水、冒水、滴漏等現(xiàn)象嚴(yán)重，造成了系統(tǒng)穩(wěn)定性極差、供熱效果不佳、水資源和熱量浪費(fèi)嚴(yán)重。

（2）熱電廠供熱設(shè)施的使用壽命較長(zhǎng)，能源消耗較大。大部分設(shè)備因年久失修、設(shè)備老化，導(dǎo)致設(shè)備選型不符合生產(chǎn)實(shí)際，由于存在著低溫差、大流量的特點(diǎn)，由于水泵缺乏變頻調(diào)節(jié)、氣候補(bǔ)償?shù)裙?jié)能措施，無(wú)法根據(jù)最終受熱用戶的實(shí)際需求實(shí)行分區(qū)分溫、分時(shí)調(diào)節(jié)，因此造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

由于集中供熱系統(tǒng)規(guī)模龐大，在供熱系統(tǒng)的節(jié)能改造中節(jié)能能力最強(qiáng)，因此，對(duì)老式供暖系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，是改善供熱質(zhì)量、提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率、緩解供熱資源短缺的一種有效途徑。

2.3 集中供熱系統(tǒng)末端熱用戶

由于傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的終端用戶并沒(méi)有采取有效的節(jié)能措施，所以供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)質(zhì)量調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不是由用戶自己來(lái)調(diào)節(jié)[1]。要想提高供暖系統(tǒng)的供暖效率，首先要對(duì)供暖管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能改造，而制約供暖節(jié)能改造的主要原因是現(xiàn)行供暖系統(tǒng)的按面積計(jì)費(fèi)。按面積計(jì)費(fèi)，無(wú)論管線的保溫和供熱的質(zhì)量好壞，都要確保室內(nèi)溫度不能低于16℃。這種方法讓使用者不會(huì)主動(dòng)地節(jié)約能源，在房間里溫度太高時(shí)，就會(huì)打開(kāi)窗戶，使熱量流失很大。

3 供熱系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

3.1 煙氣余熱回收裝置的應(yīng)用

3.1.1 煙氣余熱回收裝置的應(yīng)用介紹

鍋爐煙道處裝有煙塵廢熱回收設(shè)備，通過(guò)對(duì)鍋爐的回水或補(bǔ)水進(jìn)行加熱，提高鍋爐的回水或補(bǔ)水溫度，提高鍋爐效率，節(jié)約燃料。其工作原理類似于燃煤鍋爐中的節(jié)煤器，通過(guò)在煙囪的煙道上安裝一組換熱器，該換熱器通過(guò)高溫?zé)煔獾膶?duì)流換熱，將熱量傳遞到換熱管，使其與換熱器的內(nèi)壁發(fā)生對(duì)流換熱，從而吸收煙氣中的熱量。煙氣余熱裝置換熱如圖1所示。鍋爐的煙氣余熱回收有以下兩個(gè)部分。

圖1 煙氣余熱裝置換熱

（1）顯熱回收：在煙氣廢熱回收設(shè)備的預(yù)熱系統(tǒng)中，采用降低煙溫釋放熱量的方法，回收了煙塵中的熱能，并利用實(shí)測(cè)資料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)煙溫下降到50℃時(shí)，回收的顯熱可以提高鍋爐的熱效率3%～6%。

（2）潛熱回收：利用煙氣中的水蒸氣凝結(jié)為水進(jìn)行相變釋放的熱，實(shí)測(cè)資料顯示，當(dāng)煙溫下降到50℃時(shí)，潛熱回收率達(dá)到30%左右，回收的潛熱可以使鍋爐的熱效率提高3%～5%。在安裝了煙道廢熱回收系統(tǒng)后，通過(guò)對(duì)鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)在煙道溫度降低到50℃的情況下，能有效地將煙道余熱中的潛熱和顯熱回收，從而提高鍋爐的綜合效能。

3.1.2 不同類型煙氣余熱回收裝置的對(duì)比

煙塵廢熱回收裝置的種類繁多，其中煙塵廢熱回收裝置的核心是換熱器，而在采暖系統(tǒng)中，煙塵廢熱的回收裝置多為間接接觸式[2]。以下比較了3種類型的煙塵廢熱回收設(shè)備。

（1）熱管型煙道廢熱回收設(shè)備：當(dāng)熱管型煙道廢熱回收設(shè)備運(yùn)行時(shí)，熱管內(nèi)的工作液會(huì)吸收來(lái)自熱管蒸發(fā)區(qū)的高溫?zé)煔庵械臐摕?，使其汽化，?jīng)傳輸區(qū)段進(jìn)入冷凝區(qū)，再由冷凝區(qū)的蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，再釋放潛熱對(duì)冷水進(jìn)行加熱。熱管煙氣廢熱回收設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小等特點(diǎn)；其缺點(diǎn)是沒(méi)有解決腐蝕問(wèn)題，節(jié)能率低，維修難度大，造成熱管質(zhì)量差的一個(gè)重要原因是在使用中易出現(xiàn)故障。有機(jī)工作媒質(zhì)因其物理性質(zhì)的不穩(wěn)定，在一定的工作溫度下，會(huì)發(fā)生降解，從而導(dǎo)致物理性能下降。

（2）板狀煙塵廢熱回收設(shè)備：板狀煙塵廢熱回收設(shè)備運(yùn)行時(shí)，熱風(fēng)和冷風(fēng)液體在板間流道的兩側(cè)流動(dòng)，并由相互間的熱板片進(jìn)行換熱。板式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆洗方便，傳熱效率高的特點(diǎn)；其不足之處在于對(duì)傳熱板材料的要求較高，而且由于其結(jié)構(gòu)形式的特殊性，易產(chǎn)生結(jié)垢，造成流道阻塞，從而降低了換熱器的換熱器效率，因此對(duì)水質(zhì)有較高的要求。

（3）加強(qiáng)翅片管換熱式煙氣廢熱回收設(shè)備：翅片管換熱器具有良好的耐溫性和承壓性能，因?yàn)槊總€(gè)翅片管都是獨(dú)立的熱傳遞部件，在使用過(guò)程中，如果某一翅片管出現(xiàn)故障，其他翅片管仍能正常工作。采用加強(qiáng)翅片管換熱方式，使高溫?zé)煔庠诔崞芡鈧?cè)流動(dòng)，并與管內(nèi)的冷水發(fā)生隔壁對(duì)流傳熱[3]。目前在工程中應(yīng)用最廣泛的是采用鋼鋁板加強(qiáng)肋片換熱管的形式，經(jīng)工程實(shí)踐證明，這種新型的熱交換器是目前市場(chǎng)上效率最高、運(yùn)行穩(wěn)定的一種新型結(jié)構(gòu)。

3.1.3 煙氣余熱回收裝置的安裝方式

根據(jù)出口位置的不同，鍋爐的煙囪可以分成兩種形式：后出煙囪和上出煙囪。煙塵廢熱回收設(shè)備是安裝在鍋爐的煙道中，煙塵的安裝方式要依據(jù)煙道的出口位置而定，其可以分為水平安裝和豎向安裝。在本項(xiàng)目中，煙氣廢熱回收設(shè)備的安裝形式是以臥式布置為主，與臥式布置相比，豎向布置會(huì)增大排煙阻力，而且下部與鍋爐相連，很容易造成凝結(jié)水回流，從而影響到鍋爐的正常使用。在采用豎向安裝時(shí)，應(yīng)在余熱設(shè)備下面設(shè)置凝結(jié)水回收設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱器的冷卻。鍋爐改造中，煙道廢熱回收設(shè)備應(yīng)采取水平安裝方式。在每個(gè)鍋爐上安裝一套煙道廢熱回收設(shè)備，通過(guò)排出的煙氣余熱對(duì)鍋爐的回水進(jìn)行加熱，使其成為鍋爐的補(bǔ)充水源。

3.2 變頻節(jié)能技術(shù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在供暖系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)和水泵的能源消耗占比約為25%。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵進(jìn)行節(jié)能改造具有很大的潛力[4]。變頻技術(shù)的應(yīng)用使得供暖系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流量控制更加精準(zhǔn)，能夠根據(jù)用戶的入戶溫度和使用溫度對(duì)水泵進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)的節(jié)能效果。在供暖系統(tǒng)熱網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，由于各種干擾原因，常常會(huì)出現(xiàn)管道滲漏現(xiàn)象，因此必須對(duì)管網(wǎng)介質(zhì)進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)充，以確保管網(wǎng)能正常工作，同時(shí)必須在供熱系統(tǒng)中安裝定壓補(bǔ)水設(shè)備，以保持該位置的壓力不變，以確保管網(wǎng)的整體壓力穩(wěn)定。

通常的定壓方法有兩種，一種是膨脹水箱定壓，另一種是加泵變頻定壓[5]。盡管使用膨脹罐作為定壓供水裝置，其運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，壓力保持穩(wěn)定，但其弊端也非常顯著，必須將膨脹水箱放置于全供暖系統(tǒng)的頂端，并且由于安裝高位水箱不方便進(jìn)行維修，并且不能滿足供暖系統(tǒng)的擴(kuò)容要求，所以通常情況下，這種方法僅用于小面積（建筑面積小于30000m2）的低溫供暖系統(tǒng)。采用變頻調(diào)壓補(bǔ)水泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，既能保證系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，又能節(jié)省能量。

當(dāng)補(bǔ)水泵變頻定壓系統(tǒng)工作時(shí)，由循環(huán)泵入口的壓力傳感器輔助采集壓力信號(hào)，再同時(shí)反饋給變頻控制器，并將其與設(shè)定的壓力參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，由變頻器控制電流調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，從而使補(bǔ)水泵的流量隨需要而變化，從而實(shí)現(xiàn)變頻供水。

3.3 氣候補(bǔ)償器在節(jié)能改造工程中的應(yīng)用

由于樓宇室內(nèi)的采暖散熱器、換熱站的換熱器等設(shè)備都是在最不利的條件下進(jìn)行工作的，且在實(shí)際使用中，室外的氣溫常常比設(shè)計(jì)值要高，如果不對(duì)換熱器的供熱量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就會(huì)導(dǎo)致供熱量超過(guò)實(shí)際的供熱量，從而導(dǎo)致能耗大量的浪費(fèi)。安裝氣候補(bǔ)償裝置就是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出的一種節(jié)能方法，它可以根據(jù)室內(nèi)氣溫的變化，對(duì)換熱器二次網(wǎng)絡(luò)的供熱進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程就會(huì)避免造成供熱量的浪費(fèi)和流失。氣候補(bǔ)償器原理如圖2所示。

圖2 氣候補(bǔ)償器原理

在集中供暖系統(tǒng)安裝了氣候補(bǔ)償裝置后，該系統(tǒng)可以完成以下的功能。

（1）利用電動(dòng)三通閥門(mén)，以適應(yīng)戶外氣溫的改變，在室內(nèi)氣溫上升時(shí)，可降低熱水溫度，防止熱量的浪費(fèi)。

（2）利用設(shè)置時(shí)間控制器，能夠按照建筑的用熱特性進(jìn)行分時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱的合理分布。

（3）可以通過(guò)將太陽(yáng)能等其他熱源的熱高效地用于散熱，從而節(jié)約室內(nèi)的能耗，從而降低供暖系統(tǒng)的供暖量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高，住宅的居住適用性將直接影響到供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。為了節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，必須通過(guò)各種節(jié)能措施、新工藝和新工藝來(lái)減少熱量消耗，這就需要我們的專家們通過(guò)不斷的努力，不斷地采取措施，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范，以推動(dòng)我國(guó)的供暖系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。