供暖系统工艺改造项目节能效果分析

2012-10-13张昌胜中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心

石油石化节能 2012年9期

张昌胜（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

供暖系统工艺改造项目节能效果分析

张昌胜（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

供热企业是冬季能源利用的大户，随着能源成本价格的增加，给企业带来沉重的负担。为了达到节省能源，减少环境污染，减轻供暖企业成本，大庆油田外围物业对庆新区域供热系统通过增设“热耦合均压管”、更换循环泵等措施，取得了节煤、节电、节水的显著成效，达到了经济和社会双重效益，对供暖企业深入挖掘节能潜力具有重要意义。

能源工艺供热节能

1 概述

大庆油田庆新供热管理处负责庆新地区供暖及管网维修服务，管理1座燃煤锅炉房、6座燃气锅炉房、8座热力站，在用锅炉9台，总装机容量173.8MW，供热面积97.5×104m2。改造前，由于供暖管线较长，热损失较大，从而浪费了大量的能源，保证不了用户的温度要求。改造后，不但解决了用户热量需求问题，而且节约了大量的能源。

2 项目实施前后主要耗能设备生产工艺

2.1 系统改造前生产工艺

改造前工艺见图1所示。一次热网（锅炉房）的循环泵与二级热网（热力站）的循环泵之间采用串连回路，在调节供热时，一、二级管网互相影响，使热网流量调节很难达到要求。

2.2 系统改造后工艺

2.2.1 基本原理

所谓二级泵系统就是在锅炉房设置一次主循环泵，其扬程按照锅炉房内阻力（包括锅炉阻力和锅炉房内管线阻力）计算。在各个换热站内设置一次网回水泵，其扬程为换热站内一次侧阻力和本站与锅炉房之间阻力之和，并在换热站内配置了PLC变频控制柜，使一次网回水泵可以达到按照需求从系统中取热量的目的。由于采用了自动控制等措施，各换热站之间的水力平衡问题也可以很好地解决。改造后工艺流程图见图2。

图1 改造前热网流程图

2.2.2 改造措施

1）增设热耦合均压管

在热源锅炉房增设热耦合均压管，并调整热源、热力站循环泵功率及布置方式。采用热源的二级泵系统和热力站的分布变频泵系统能更好地适应热源和热网各自功能不同的需要，实现了热源可以根据负荷的变化“随意”调整运行流量，而热网也可以根据运行的需要“随意”调整其运行流量，二者之间在实现了热量传递功能要求之外可以互不干涉，解开了它们的流量强耦合关系。

2）改造循环泵

庆新区域供热系统在项目改造前、后的锅炉配置没有变化。在循环泵方面：外围物业公司对一级管网（燃煤锅炉房）的三台280kW的循环泵进行了改造，将三台泵更换为KQSN300-N19/285型（电动机Y2—225M一4）循环泵,将原有的三台泵作为备用泵，站里的8台一级网回水泵重新进行了改造，更换了均压管（管径增大到500mm）。又根据部分供热区块供热量不足的情况，对二级管网进行了改造，对供热不足的区块增加了循环泵，并将所有的循环泵都进行了更换。庆新区域热力系统循环泵的装机容量从改造前的2065kW降为改造后的759.5kW。

图2 改造后热网流程图

2.2.3 二级泵系统的优点

提高了锅炉房的运行安全性。二级循环水泵设计方案中，一级主循环泵只承担热源内部的水循环，对水泵扬程的要求降低，减少锅炉的承受压力，减少锅炉房内的安全隐患。并且二级循环水泵系统在锅炉房停电的情况下，锅炉水可依靠各换热站的二级循环泵提供的动力继续流动，防止锅炉内发生汽化危险，提高了锅炉房的运行安全性。

传统的循环水泵设计方式与二级循环水泵的总功率均可以通过电学的特兰根定律[1]进行计算：

式中：

N——循环水泵的功率，kW；

G——供热系统各管段的流量，m3/h；

ΔHi——供热系统各管段的阻力损失，m。

根据特兰根定律，分别对两种方式的循环水泵进行功率N计算（各管段的流量、压降都是已知的设计值）可知：传统设计方案的功率大于二级循环水泵方式，其主要原因是传统设计方案只在热源处设置单泵系统，所提供的动力是在总循环流量(即最大流量)下实现的；而二级循环水泵方式则是除了在热源处设置扬程较小的循环水泵，还在外网换热站前设置二级循环泵，采用“接力棒”的办法，共同实现了热媒的输送工作，热源处的一级循环泵在总流量下，只提供部分动力(扬程)，其它动力(扬程)是在二级循环泵的分流量下实现的。因此，二级泵方式输送功率小于传统设计方案循环水泵的输送功率。

同时对各换热站的二级循环水泵实施变频控制，当供热负荷减小的时候，变频水泵相应地降低供水流量，节约热能，还可节约大量电能。另外，对二级循环水泵进行变频改造可实现水泵软启动，减少水泵启动电流，延长水泵使用寿命。

对于二级泵系统来说，每条支路所需的动力均由各自的循环泵来提供，循环泵是根据这条支路所需的流量和扬程来选择的。当系统中某一个或某几个用户关闭时，其他用户的支路的气候补偿和变频控制系统，也会根据系统温度的变化来调节循环泵频率，使支路的供水温度根据室外温度的变化满足用户要求，过多的流量亦会通过旁通管回到锅炉，因此，二级泵系统解决了传统供热系统一次网的水力失调。

改造后，实现了一炉一泵方案，热源循环水的运行动力仅根据锅炉开启的台数和仅仅克服热源内部管网的循环水阻力运行。