关于换热站二次网进行小流量大温差运行工况试验的情况说明

胡喜喆 于江

【摘 要】节能对于促进能源、资源节约和合理利用，缓解我国能源、资源供应与经济社会发展的矛盾，加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展，有着举足轻重的作用，也是保障国家能源安全，保护环境，提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观的一项重要举措。

【关键词】换热站 换热器；循环泵；节能

目前，我国能源浪费已经是非常严重，是世界上第二能源消耗国，其中采暖能耗占有相当大的比例。采暖能耗一部分是由于供热系统自身存在的问题及运行管理不到位导致，另一部分是由于建筑围护结构的保温性差，热损失严重以及用户无自主节能意识，有私自放水放热现象导致。随着国家节能减排工作的开展，节约能源已经是供热企业的工作重点，它不但要求要有良好的企业管理模式，还要求采用先进的节能技术措施及经济的运行方式。

供暖运行中实现小流量大温差的运行工况一直是供暖行业乃至整个社会关于供暖节能运行最为关注的课题，水以流量的形式在供暖运行中作为热能的载体输送着热量，多年来国内和国际市场上陆续出现了多种多样的节能产品，从管道保温材料的技术更新，减少了热能输送过程中不必要的损失，从普通建筑到节能建筑，减少了建筑物能耗大的问题，从水-水管壳式换热器到水-水板式换热器，很大程度提高了换热器的换热性能，从工频运行到变频技术，解决了实际运行负荷小于设计负荷和设计富裕量过大的问题，从手动平衡阀到各种自立式平衡阀，解决了管网平衡调节周期长、互相干扰精度低的问题，这些措施无不体现了社会对节能工作的重示和研究。

从性价比来讲，现有行业中主要的可行性节能措施有：水泵采用变频技术减少富裕流量、管网安装自力式平衡阀提高平衡调节水平，局部管网管径加粗或环网改造，减少失水和降低比摩阻，次要的可行性节能措施主要有：对换热器进行改造或更换来提高换热能力，对管网进行大范围更换提高保温性能、减少失水和降低比摩阻，从社会角度来讲，新建节能建筑和对老旧建筑物围护结构增加保温结构来减少热量浪费同样是一项很有效的节能措施，对于刚步入节能工作的单位来讲，上述改造方式可以很大程度的达到节能的效果，但对于节能工作已做到一定水准的单位来讲，就必须通过其它途径进行突破才能更有效的将运行节能工作进行下去。

换热站节能工作主要有减少能源浪费、降低能源过剩、提高换热效率三大部分，通过对建筑围护结构节能和管道及设备的保温性、密闭性的处理以及变频技术的应用和开展管网平衡调节都是对前两部分的有效诠释，一定程度的减少电能的消耗，但这些都是对管网或者热用户进行流量合理分配达到减少总循环流量，从而达到了减少循环水泵动力电耗的目的，而对于提高换热效率这个同样重要的工作环节的研究却开展的很缓慢，从水-水板式换热器的推广和广泛应用后，就渐渐的达到了一个相对稳定的时期，对于非直供的供热系统来讲，换热站的换热能力和换热效率直接影响着节能工作的深度开展，热能与电能在换热环节也有着密切的相互依存和相互矛盾的关系，对于节能工作来讲换热环节应当作为开展节能工作的前提条件之一来考量，随着节能工作的逐步进行，我们常常会遇到这样的问题，随着二次网流量的降低，二次网的温差并没有成比例的加大，而是小比例的加大，比如当二次网流量减少到原来的1/2时，二次网温差只增加了1.5倍，并不是增加2倍，有一个输送热量公式大家可能都接触过：Q=GC△T，即：热量=循环流量×水的比热×供回水温差，等同与换热量，通过这个公式，人们常常会说，流量减少的同时温差会同比例相对上升，总热量不变就可以实现小流量大温差运行工况了，但为什么没有达到期望的效果呢，上述公式中，有一个很重要的前提条件就是要保证等式左侧为常数时，等式右侧各项变化才会成相应的比例关系变化，分析其原因还要从根本上着手，那就是换热器的换热量受到了什么样的影响，换热器的换热公式为：Q=KA△Tm，即：换热量=换热系数×换热面积×对数温差，从换热量的计算公式中，我们可以看出，影响换热量的因素有三种：（1）换热系数；（2）换热面积；（3）对数温差，事实却不是这样的，当二次网流量降到一定程度时，就不能再降了，再降就满足不了用户的用热需求了，热量=循环流量×水的比热×供回水温差，通过这个公式，人们常常会说，流量减少的同时温差会相对上升，总热量不变就可以实现小流量大温差运行工况了，但事实却不是这样的，上述公式适用于计算管网供给热量，数值等同于换热量，在循环流量变化的同时，左侧，还可以通过这个公式去计算换热量。

其实换热的环节体现为换热器热量交换的一过程，所以上述公式根本就不是换热量的直接计算公式，现有系统的组合方式并不适合低流量大温差运行工况的实现，因为在不改变硬件配备的情况下，换热器的换热量的大小取决于传热系数K值的大小，而传热系数K值并不是定数，而是与板片形式、结垢情况和流体流动状态等有关系，流体的流动状态即为流体在板片间流速的大小，在板片形式和结垢情况一定的条件下，K值主要取决于板间流速的大小，《传热学》中指出换热量与流速的0.6—0.8次方成正比，是对换热量影响最大的参数，如果在现有系统组合方式下，降低了二次网流量，换热器的板间流速也必然减少，K值也随之减少，总换热量也减少，所以流量小的同时，温度差并不会达到期望的数值，也就是说，只有在保证换热量（K值，即板间流速）不变或者增加的情况下，才能实现小流量大温差的运行工况。

下面介绍一种可以保证板间流速相对不变或者增大的换热器组合形式，将原有站内换热器一备一运设计方式（二台板换并联运行）改为两台换热器串联的运行方式，首先，在保证总流量不变的情况下，板间流速会增加到原来的2倍，K值可增加80%左右（数据来自《传热学》），换热量与板片阻力也随之增加（具体数值由于数据不足无法进行计算），而当二次网流量降至原来一半时，板间流速也达到原来水平，K值与原来一样，换热量也与原来一样，只有在此状态下，根据热量=比热×流量×温差公式，才能达到流量减少一半，温差相应增加1倍的效果，但由于并联改为串联，虽然板间流速与原来一样，但换热器的总压差会是原来的2倍，换热器处消耗的电能会有所增加，但由于总流量减少，外网的比摩阻减少，外网的压力损失也将减少，并且外网减少的压力损失要远大于换热器增加的压力损失，所以总体电能还会有所减少，并且能达到实现小流量大温差的运行工况。

注：外网比摩阻的减少，也意味着各管段间的水利失调度减少，有利于热网平衡调节。

锅炉房换热站内鼓引风机、循环水泵、补水泵等用电设备是主要的耗电大户，各设备在设计选型时一定要经过严格的计算并与锅炉换热器相匹配，同时在运行时降低系统循环水量及阻力损失。

循泵变频技术是通过改变循泵的工作频率来实现的，即改变循泵转数，循泵在变频工作状态下， 泵的轴功率P与其流量Q、扬程H之间的关系为：

Q/Q1=N/N1，H/H1=（N/N1）2，Pa/Pa1=（N/N1）3

可以看出，泵的轴功率与转速的3次方成正比。扬程与转速的2次方成正比，流量与转速的1次方成正比，不难看出，想要达到充分节能就要对循泵和外网进行调节，使循泵达到合理的运行状态。

能源，始终是困扰世界的难题，随着世界能源的消耗，节能显得尤为重要，而我们供暖企业作为消耗能源的“大户”，节能更是势在必行。

【参考文献】

[1]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.传热学.中国建筑工业出版社.

[3]民用建筑热工设计规范.GB50176-93.

[4]公共建筑节能设计规范.GB50189-2005.