供热系统全方位节能节电技术

李壮男/哈尔滨市直属房产物业管理有限责任公司

供热系统全方位节能节电技术

李壮男/哈尔滨市直属房产物业管理有限责任公司

对于每一个供热企业来说，要想生存、要想发展、都必须充分重视供热质量、经营管理、收费和经济运行等各个方面的问题，而各个方面的问题又都是有机地连在一起的，都是互相关联、缺一不可的，忽视了哪一方面都会给企业的经济效益和社会效益带来不良的后果。有些问题（如收费难的问题、用户冷热不均的问题）大家都认识到了，但由于种种原因一直困扰着供热企业，很难解决。还有一些问题在很大程度上影响着供热企业的供热质量、成本，从而影响着供热企业的经济效益和社会效益，但由于认识不清或被一些不合理的传统做法和习惯势力左右着，已成了“司空见惯”的状态，如供热系统的电耗过大，电能浪费严重的问题就是这样一个大问题。

一、充分认识目前对电能浪费的麻木性、严重性和普遍性

供热企业是电耗大户，各种水泵、风机、照明都用电。如果设备选型不当，系统设计不合理，很容易造成电能的大量浪费。一些先进的供热企业热网循环水泵每平方米面积的电耗只有0.7元～1.2元。但许多企业却超过了先进企业的3～4倍，电能浪费非常严重。这样的供热系统很普遍，甚至一些相当大的供热企业也是如此。经多方调查、研究可知，造成这种局面有以下几个原因：

1.“墨守成规”和“宁大勿小”的设计习惯造成电能浪费。一些设计人员“墨守成规”或生搬硬套，不加分析、不加研究地始终按习惯做法搞设计。同时还存在着“宁大勿小”的心理，因为怕担责任，总是把用电设备选得很大，而不考虑是否会造成能源浪费（如多台泵并联或水泵扬程偏高，脱离实际需要等问题）。

2.不合理的选型造成的电能浪费。还有一些设计院人员或供热企业的工程技术人员，对一些基本理论认识不清，研究不够，往往造成了错误设计、错误选型，使供热系统或用电设备白白浪费了宝贵的电能（如用楼房的高度选择循环水泵扬程的问题）。

3.不合理的技改措施造成的电能浪费。一些企业的工程技术人员在供热系统运行过程中出现技术问题而影响供热质量时，不做认真的分析研究，找出问题的主要原因，抓住主要矛盾，而是凭经验、凭感觉采取了更换用电设备或盲目增加用电设备的方法。虽然使问题有了一定程度的改善（有时反而加大了问题的严重性），却进一步浪费了大量的电能（如热网水力失调，不去调网，却增加循环水泵台数或更换大泵）。

4.运行管理不善造成的电能浪费。还有一些其它原因，如对供热设备的使用条件认识不清或运行管理不到位，造成水循环阻力增加等，都可造成电能白白浪费掉。而对这些情况往往又错误的认为是正常的，许多企业的领导或工程技术人员又“视而不见”或“听之任之”，处在一种麻木的状态下。他们不去同其它企业比较，不向先进企业学习，使企业一直处在高电耗的情况中，造成了运行成本过高，企业亏损严重。甚至错误地认为电费只占供热成本的一小部分，不用计较，供热企业就是一个“半福利”的单位，亏损是正常现象等等。

由以上的情况可知，供热系统的节电潜力是非常大的，必须引起充分的重视。但要想节电还必须从供热系统的各组成部分如：热源、热网、热力站、热用户，从供热系统的各个环节如：设计、施工、以及运行管理、技术改造等全方位地分析问题，研究问题，找出各方面的主要矛盾，从而采取综合措施，达到最大程度的节约电能。这样企业的经济效益和社会效益，才能得到更大的提高。

二、根除水力失调是供热系统节能运行的首要条件

所谓水力失调，就是管网各处实际流量与所需不一致。任何一个供热系统都不可能通过对管网、热力站和热用户等系统的设计、管网的布置、水力计算、管径、管件及设备的选型等，彻底解决运行时的水力平衡问题。任何一个供热系统都必须在系统运行时进行认真地调节，才有可能逐步接近水力平衡。如果调节水力平衡的设备选择不当，使用不当，调节的手段不先进，不合格，甚至不进行运行调节，供热系统就一定会存在不同程度的水力失调问题。从而造成部分热用户室温过高而浪费了热能，部分用户室温不达标，影响了供热质量。而此时，许多供热部门往往又错误的采用更换循环水泵，加大循环水流量等办法解决。虽然使水力工况在一定程度上有所改善，水力失调状况有所减轻，但由此却带来了电能的大量浪费，使供热企业的运行成本大大提高，同时使其它的节电措施无法实施。

应该从根本上消除热网的水利失调，才能确保用户的供热质量。但以前消除水利失调的方法--人工调节关断阀、调节阀或平衡阀的方法，不但给运行调节人员带来相当大的工作量，而且根本无法使管网的水力失调得到彻底改善。采用自动控制的方法又大大提高了热网建设资金的投入。目前最好的办法，是最近几年来已开始普及的，在每个热用户的入口安装恒流量调节阀或自力式流量控制阀的方法。只要按每个热用户需要的流量，一次性调节好，就可保证全网的水力平衡。它不但可保证流入每个热用户的循环水量与设计或实际需要一致，而且还会自动消除热网的剩余压头，保证热网有良好的水力工况。

目前“恒流量调节阀”是“自力式流量控制阀”中的佼佼者，它不但调节性能良好，而且可带电动执行器，实现远程自动控制。供热系统只有在根除了水力失调后，才有可能实现下面一些更有力的节电措施。

三、提高供回水温差是节电的重要途径

根据热量计算公式：Q=G×C×（Tg-Th）可知，当供热系统向热用户提供相同的热量Q时，供回水温差△T=Tg-Th与

循环水量G成反比例关系。即系统的供回水温差大，则循环水量就小，水泵的电耗就会大大降低。从下面的一个例子，就可看出温差与电耗之间的关系。

例如一个供热系统设计热负荷为7MW，一网供回水温差△T=30℃。经计算，其循环水量为 200m3/h。外网管径为DN200。查表可知沿程阻力系数为170Pa/m。经水力计算，管网沿程总阻力损失为50m水柱，如果按此流量和扬程选水泵，即水泵功率为45K W。如果把供回水温差由△T=30℃提高到△T=60℃，其循环水量可下降到100m3/h，按外网管径DN200查表可知，沿程阻力系数为42Pa/m。同温差30℃时的阻力系数相比是：42:170=1:4。按此推算，此时管网沿程总阻力损失应为H=50m/4=12.5m。按流量100m3/h和扬程12.5米选泵，其水泵功率只有5.5K w。

由此发现一个规律：当供回水温差提高到原来的两倍时，循环水量也降至原来的二分之一，而管网的沿程阻力降至原来的四分之一，而水泵的功率要降至原来的八分之一。即：△T2=2△T1则G2=1/2G1H2=1/22G1N2=1/23N1由此可看出，提高供热系统的供回水温差，可大大降低运行电耗。同时由于阻力损失的大幅度降低，可以使有中继泵站的供热系统，取消了中继泵站，节省了建设投资和中继泵站的运行费用。

目前，直供系统或间供系统的二级管网，也都存在着运行温差过小的问题。用户的室内采暖系统一般都按供回水温差25℃设计，但实际运行的温差都在20℃以下，有的甚至只有10℃左右。因此存在着大量电能浪费问题。二级管网和室内

采暖系统的节能潜力也很大。

四、正确选择和安装循环水泵是节电的当务之急

在泵的选型与安装上，目前普遍存在着一些不合理的地方，许多时候不依照水力计算，而是死套所谓的“规定”，并层层加码或参照别人的设计、以前的设计，甚至在错误的理论指导下确定泵的型号。而工程设计人员和运行管理人员又都习以为常，浑然不觉。因此在水泵的问题上存在大量的电能浪费。主要问题有：

1.泵扬程偏高、与实际需要相差太大。循环水泵扬程过高既造成了电能浪费，有时还使泵在超流量工况下工作，使电机过载，不得不在关小水泵出口阀门的状况下工作，进一步造成了电能的浪费，可以使电耗超过实际需要的三倍以上。

如某一种水泵流量为100m3/h，当扬程H=12.5m时，水泵功率N=5.5K w；扬程H=20m时，N=11K w；扬程H=32m时，N=15K w；扬程H=42m时，N=22K w。

造成水泵扬程偏高的原因一般有两种：

（1）错误地把楼房高度加在循环水泵的扬程中。一种是错误认识造成的。一些人错误地把采暖系统的楼房高度，作为选择循环水泵扬程的依据。他们把循环水泵的作用和补水定压泵的作用混到了一起，不知道循环水泵的扬程只是用来克服采暖系统的循环阻力，而补水定压泵的扬程是维持采暖系统所需静水压强。循环水泵的扬程不应负担楼房的高度。这种错误在某些地方还普遍存在着，是供热理论和供热常识普及不够的结果。那些把热力站的循环水泵扬程定为32m甚至40m的就是这种情况。

（2）设计人员“宁大勿小”心理和习惯的后果。另一种是设计人员不良的设计习惯造成。一般的设计人员都存在一个“宁大勿小”的心理，认为所选的设备、各方面的参数大一些总比小了好，这样不会出问题。而很少去考虑怎样做才能更经济、更实用，怎样做才能使自己的设计水平有所提高，怎样做才能使这方面的技术更进步、更先进。而且有的人一直“墨守成规”，或不加思索，不加研究和鉴别地去参考别人的设计，或随着大多数状况走，这样可不动脑，可少犯错误。这样在选择设备时就会死搬规程，或层层加码，最后再乘以一个安全系数，使所选水泵的扬程超过实际很多。不但造成了大量的能源浪费，而且往往给运行带来很大困难。如不关小出口阀门，电机就会超载。一般情况下，热力站循环水泵扬程大多都在8m--13m之间，供热半径大的也不超过18m，最小的只有6m左右。

2.多台泵并联运行降低了水泵效率，大量浪费电能。

（1）应正确认识水泵并联运行工况。由泵的并联工况可知，单台泵运行效率要高于多台泵并联运行。但目前许多设计者都习惯选择二开一备、三开一备，甚至多开一备的方式，有时不但达不到所需要流量，而且造成了电能的巨大浪费。合理的设计是在每种工况下都是单台泵运行。因此可根据运行的工况，在同一个热源或热力站中同时选择几种不同型号的水泵，或变速泵。

（2）热源循环水泵的设计原则。另外热源的循环水泵必须同时满足热网和热源的共同要求，不能根据锅炉的循环水量、一台炉配一台泵的多泵形式。这样几台泵并联运行后既不能满足锅炉的要求，也不能满足热网的要求。形成这种习惯的主要原因是：许多人错误地认为，水泵并联后的流量就是各泵铭牌流量之和。实际并联后的流量一定小于铭牌流量之和。它取决于并联特性曲线与管网特性曲线的交点。

3.循环水泵出口装设止回阀问题的探讨。在给排水系统中，给水泵或排水泵出口设止回阀是必要的。因为这些系统都是开式系统，都是把水由低处往高处送，或者把水从低压处送往高压处。停泵时如果没有止回阀，则水会倒流。而供热系统是一个闭式系统，循环水泵的作用是克服网路的循环阻力，使水在网路中循环。当水泵停止工作时，水泵两侧的压强相等，不会作反向流动。因此安装止回阀只会增加网路的阻力，无谓的消耗电能，没有任何作用。热源和换热站的循环水泵出口都可不设止回阀，但直供混水系统的混水泵和回水加压泵，同补水系统与给水系统一样，泵的出口应设止回阀。

对于多台水泵并联安装的情况。按离心水泵操作规程，不工作的水泵应关闭水泵进出口阀门，不需要由止回阀起隔离作用。此措施经多年实践证明，没出现任何问题，而且北欧的供热系统中，循环水泵出口就不设止回阀。

五、供热系统热源的节电节能措施

热源的节电节能除前面提到的循环水泵选型、安装的节电措施、以及提高热源供

回水温差的节电措施外，围绕着锅炉的节电节能措施还有很多。如：提高锅炉的燃烧效率的各种措施，锅炉增加分层、分行、分段给煤的设备、防止锅炉水垢、烟垢的各种措施，锅炉鼓引风系统加装变频调速器等节电措施，这些都是大家比较熟悉的。这里主要介绍一个往往被许多人忽视，但又非常重要的问题。就是如何实现锅炉在额定循环水量下工作，既节约电能而又不影响系统总循环水量和供水温度的问题。每台热水锅炉在设计中都给定了额定循环水量和最高供回水温度。锅炉本体对循环水的总阻力损失就是在这个循环水量的情况下计算出来的。一般都不超过0.1MPa，即10米水柱。而整个供热系统的总循环水量是根据系统的供回水温差和供热负荷确定的。它往往大于几台锅炉额定循环水量之和。许多工程技术人员都忽略了这一点。在设计和运行中不采取任何措施，而是使锅炉的实际运行循环水量与外网总循环水量相等。这样就造成了每台锅炉的循环水量大于额定循环水量，使炉内水的阻力损失大大超过锅炉说明书中的阻力损失。从前面第三条论述中得出的规律可知，锅炉的实际循环水量达到了额定循环水量2倍时，锅炉本体的水循环阻力就是额定阻力损失的4倍，而此时用于克服锅炉水循环阻力的电耗就会是额定电耗的8倍。多么严重的电能浪费问题。这个问题通常的解决办法是在循环水泵去锅炉的供回水干管之间加设一个旁通管。当锅炉的循环水量为 G=400m3/h，外网的循环水量G=2400m3/h，调节旁通管调节阀的开度，使流经旁通管的循环水量达到1200m3/h。而此时锅炉本体的供回水温差为60℃，而热网的供回水温差为30℃，锅炉本体的水循环阻力为额定阻力，一般为0.06-0.1Mpa旁通管管径的大小应根据流经旁通管水量的大小来确定，但旁通管的阻力小，可选择小一些的管径，以便同锅炉阻力匹配，亦可降低造价。另外为了进一步减小锅炉水循环系统的总阻力损失，总供回水干管和锅炉的供回水管的管径应大些。

六、热力站的节电措施

热力站的节电措施除了前面提到的循环水泵的选型与安装问题，和提高二网供回水温差的措施之外，还有以下几个措施可进一步节电。

1.直供混水系统的热力站。直供混水系统的热力站，应根据管网水压图的情况，尽选择在旁通管上加混水泵的方式。此时混水泵的混水量G3=G2-G1小于二级网的总循环水量，而且又充分利用了一级网提供的资用压头，使混水泵的电耗降到最低。

2.间供系统的热力站。间供系统的换热站中，换热设备的选型也影响着二级网循环水泵的电耗。应尽量减小换热器的水循环阻力。经研究得出的结论是：板式换热器中水的流速应控制在0.2-o.5m/s。也就是在选取板式换热器时，使换热器的换热面积大一些，达到每平方米换热面积供450-700m2的建筑面积为最佳。

3.热力站规模大小与节电关系。对于间供系统和直供混水系统，热力站规模的大小也直接影响影响全系统的电耗。一般规律是这两种系统的热力站规模越小，越省电。因为此时一级网的供回水温差大，循环水量小，供到每个热力站的电耗就小。而热力站到热用户，虽然由于供回水温差小，循环水量大，但因为热力站负担的供热面积小，供热半径就小，因此电耗就低。供热半径大的热力站，电耗就高！如果采用中，小型换热机组或无人值守换热站更好。因为它占地小，甚至可以不建换热站，节约了土建投资。

4.热力站的运行管理与节电关系。站节电应注意的另一个问题是应在热力站的一、二级网的除污器前后加装压力表。运行人员应经常视察除污器前后的压差，当压差超过0.02Mpa时，应及时清掏或反冲除污器，以降低阻力损失，节约电耗。

七、供热系统与热网设计中的节电措施

1.尽量不采用直供系统。供热系统最好不要采用直供形式，尽量采用间供形式或直供混水形式，才能减少循环水泵的运行电耗。

2.管网管径大小与节电。供热管网的管径大小与建设投资成正比，与运行电耗成反比。但同时也与城市供热发展规划密切相关，有时供热的发展会超出规划的设想。因此为了节电，为了给今后供热发展留出充分的空间，热网的管径在建设资金允许的条件下，应尽量大一些，经济比摩阻最好控制在30-50Pa/m。这样还可以同时提高管网的水力稳定性。

3.环状管网的优越性。环状管网不但可以自动优化水利工况，平衡供热效果，同时还可以减少管网事故对供热的影响。因此，在有条件的地方可以把支状管网连成环状管网，也相当于加大了某些管段的管径，既有利于节电，又可提高供热质量。另外应大胆推广在安定理论指导下的直埋技术，采用无补偿（或少补偿）、无固定墩的直埋技术。可大大降低投资和施工难度。提高管网的安全性。

4.大胆采用多热源联合供热。多热源联合供热可以在供热初、末期充分发挥主热源的热效率，同时由于全网的循环水量小，调峰热源不启运，从而大大节约了电能。而在供热尖峰期启运调峰热源后，使主热源的供热半径和循环水量均缩小。节约了水泵的电耗。所以对于中、大型供热系统一定要采用多热源联合供热的形式。尤其是热电联产系统，为了使热电厂的热化系数接近0.5，提高供热系统的安全性，必须设置大型调峰热源、或同时设置几个调峰热源，实行多热源联合供热。多热源联合供热的设计和运行调节并不复杂，目前已有多家供热企业的成功经验和一套较完整的理论，可大胆推广应用。

5.分集水器的取舍。目前在许多热源和热力站还都设有分水器和集水器。这是从蒸汽供热系统沿袭下来的不合理做法。它不但增加了管网和热力站的施工难度提高了造价，而且增加了运行电耗，尤其是现在对热网水力工况的调节已进入到了第四个阶段----用恒流量调节阀或自力式流量控制阀调节水力平衡的阶段，已不需要分层次调节各分支点的调节阀了，只是在用户终端一次性调节恒流量调节阀的流量，就可以使全网达到水力平衡。因此分集水器就更没有必要继续存在下去，应彻底取缔。