浅谈节点方法在锅炉房供热系统中的应用

2018-02-02王晶

中国资源综合利用 2018年9期

王晶

（吉林省热力工程设计研究有限责任公司，长春 130000）

为解决冬季取暖问题，近年来北方城市不断推进集中供热建设，集中供热面积有了大幅度增长。但我国城市集中供热系统的技术暨管理水平与发达国家仍有较大差距，存在供热质量质差、利用效率低、供热不均衡以及浪费大等问题。

1 锅炉房供热系统及其存在的问题

区域锅炉房供热系统是城市集中供热的主要方式。它由锅炉房、供热管网、用户三部分构成，通过向供热管网输送热水向居民用户供应热能。据测算，锅炉热效率超过大型汽轮机组的发电热效率2倍，而且便于集中管理，减少小规模供热设施重复建设，提高了供热企业的经济效益，并减少了环境污染。实践表明，相较于小规模供热设施，区域锅炉房集中式供热每年可以节约大量煤炭，并减少大量PM2.5、二氧化碳、一氧化氮与二氧化硫的排放[1]。2011年，我国城市蒸汽供热能力只有85 000 t/h，热水供热能力只有33 900 MW，2017年，我国城市蒸汽供热能力已经超过86 400 t/h，热水供热能力超过493 000 MW；2011年，城市热水管道总长13.4万km，2017年城市热水管道总长超过20万km；北方15个地区供热面积已经超过8亿m3。

目前，区域锅炉房供热系统的锅炉出水温度一般在70℃以上（甚至接近80℃，以最大限度满足低温用户的需求），分水缸压力都在0.4MPa[2]。供热管线基本上采用直埋单管敷设，管径较大（150 cm），供热管网呈串联结构。当前，锅炉房供热系统主要存在以下问题。

1.1 管网热量损失较大

绝大部分供热管网已经老化，缺乏节能措施，供热效率低，管网输送热量损耗大。据测算，接近30%的热量在供热管网中白白损失掉。另外，热量损失与供热管线的长度成正比。

1.2 用户冷热不均

前锅炉房供热系统一般没有末端调节手段，不能根据实际气温的变化灵活调节热水流量与供水温度，再加上供热管线越长，水温下降越快，因而无法实现所有用户均衡采暖。离锅炉房较近的近端用户室内温度可以超过25℃，供大于求，室内空气闷热，不得不开窗，造成大量浪费；而离锅炉房较远的远端用户室内温度却低于18℃，无法满足取暖要求，用户强烈不满。处于供热管线最末端的用户，甚至供不上热。

1.3 管理方式陈旧

许多供热企业从未根据室外温度变化制定过供热管网供热参数调控表，更不知晓分阶段控制循环水量与主运锅炉的数量，只凭过去的经验与主观臆测行事（甚至推广落后的管理经验）；在管理上只抓供热量与循环水量，不注意调节供回水压力，不注意供热管网的水力平衡。还有些供热企业采用间歇式供热方式，根本不能适应当前用户的热水采暖系统，能耗巨大。

1.4 供热运行方式落后

20世纪50年代，我国因袭苏联模式建立了自己的供热系统，但调节技术不成熟（苏联方面也缺乏调节供热系统的先进技术），只得摸索出“大流量、小温差”的土办法，用增大热水流量的方式来解决用户采暖不足的问题。这实际上是一种粗放式高消耗运行模式，却一直沿用至今。据测算，每增加一倍循环流量，电能消耗就要增加8倍（管网阻力与循环水量成正比），而热量浪费常常超过20%，甚至达到30%，且必须不断增加锅炉数量才能保证不断提高供水温度。

1.5 管理技术落后

目前，供热事业人才缺口巨大，严重缺乏专业工程技术人员。许多供热企业的工作人员对供热技术一知半解，甚至根本不懂供热基本知识。另外，一些刚从专业学校毕业的设计人员为完成任务照搬过去的设计模式，墨守成规，根本不考虑实际情况，不分析、研究具体问题，造成严重浪费和其他技术问题。许多供热企业没有自己的网站，对许多新技术一无所知，却故步自封，根本不了解建设供热信息网和实施模糊技术、智能控制的重要性。部分供热企业花大价钱盲目进口自动控制系统，自以为抓住主要矛盾，而引进的自控系统无法匹配落后的供热管网，结果既不能提高供热质量，也不能降低能源消耗。

1.6 故障频发

一些供热管网在敷设时不注意按照设计图要求进行施工，导致砂土对管道的约束力降低，管网在长期热胀冷缩中发生变形，最后被管道应力破坏。一些供热管网在结构设计上存在缺陷，盲目追求较大的管道外径，而保温层的厚度却较低（保温层厚度越大，供热管网热损失越小），或选用价格较低的保温材料。一些供热管网质量不过关，或焊缝质量不合格。当前，许多电焊工没有操作证却无证上岗，在焊接管道时常常出现气孔、咬边、夹渣和裂纹。一些供热管网在内外部共同作用下出现严重锈蚀，每小时滴漏几百吨热水。一些供热管网不能承受80℃以上的水温，不能承受设计水压，常常在管道应力作用下发生破裂。锅炉在运行中易出现低水位、不着火、爆燃等故障；管网中的许多管件、阀门、补偿器在长期使用过程中被管道应力破坏，常常出现损坏、破裂。

2 节点管理方法

节点管理就是将整个系统及其整个工作流程分割细化成一个个具体节点，继而明确各个节点的具体作用，并将各个节点的管控落实到具体员工头上，从而实现标准化、规范化、流程化管理，并提高工作人员的素质与责任感。这种方法可以大大降低管理成本，提高系统运行效率。

3 锅炉房供热系统中应用节点的方法

根据节点管理法，人们可以很清楚地分析出，锅炉房供热系统的几个关键节点分别是燃气锅炉、供热管网、管理人员、管理方式和管理技术。因此，人们可以从这几个关键节点入手，对症下药，拿出具体可行的控制方法。

3.1 控制锅炉出水温度

冬季天气变化快，且早晚温差极大，所以用户的热量需求会不断发生变化，导致供热管网用热情况发生相应变化。此外，有学者根据实际数据进行计算研究，结果发现，供热管网中输水温度越高，热量损失反而越大；输水温度越低，热量损失反而越小。因此，为减少管网输送热量损耗，提高锅炉运行效率，应合理调节锅炉，控制出水温度。据测算，锅炉出水温度70℃已经绰绰有余，不必接近80℃。所以，控制锅炉出水温度，可以让燃烧效果更好并节约燃气资源。

3.2 增加供热管网运行温差

适当提高供回水温差，可以降低系统的循环水量，减少管网的阻力损失，并节约电能消耗，减少热量浪费。此外，还应该逐步推进“小流量，大温差”的供热运行方式。据测算，采用“小流量，大温差”，可以节约90%的电能，节约室内20%的热能，并节约大量钢材、投资和敷设供热管网的建设用地，扩大3倍供热面积，提高管网的水力平衡，增加管网稳定性，实现用户对室内温度的自主调控，且调控流量更加方便、简单。目前，北欧等国的供热企业都已经运用“大温差、小流量”的运行模式，供热管网根本不需要补水，却可以保证50 km外用户末端的水压，值得学习、借鉴。

3.3 控制供热管线各个节点

在具体操作上，供热企业可以在循环总量不变的前提下，根据用户距离的不同和用户室内温度的不同，合理降低近端用户的管网流量，增大远端用户的管网流量，解决近端用户采暖供大于求、远端用户采暖不足、最末端用户供不上热（“冷热不均”）的问题，实现全体用户均衡采暖。

3.4 改进管理方式

供热企业应结合历年的运行情况，在每年供热期开始前就制定好供热管网供热参数调控表，并根据实际气温的变化认真调控循环水量与主运锅炉的数量，从而实现节约能耗，提高供热质量的目的。在运行管理中，要注意调节供回水压力，保持各级级网的水力平衡。还应该摒弃原始的间歇式供热方式，采取连续式供热方式，根据具体用热情况调节供热量、流量和压力。

3.5 提高管理技术

必须加大对供热专业教育的投入，尽快培养出一大批专业工程技术人员，填补供热事业的人才缺口。同时，对供热企业在职人员加强技术培训，必须让他们掌握供热基本知识与供热技术，提高他们的技术水平。此外，还要推进供热信息网建设，每个供热企业都必须建立自己的网站并实现统一联网，积极探索引进模糊技术，实施智能控制；设计供热系统，不能照搬过去的设计规范，不能墨守成规，必须根据现场实际情况与用户实际需求，实事求是地分析、研究具体问题，提高设计质量。

3.6 升级供热管网

我国供热企业必须全面进行技术改造，更新当前的供热管网，引进国外预制保温管技术，采用新材料制造“管中管”型式的供热管，提高管网的耐热性与耐压性和防腐性，切实解决水力失调与泄漏损失等问题。敷设管网时，应采用无补偿敷设技术并严格按照设计图要求进行施工，保证砂土对管道的约束力。另外，还要提高焊接工艺水平，减少管网焊接中出现的气孔、咬边、夹渣、裂纹，焊接作业完成后必须对每个焊接口进行探伤，保证焊接质量。在全面提升供热管网质量的基础上，供热企业可以引进先进自控系统，并发挥好它们的作用。每年供暖季结束后，必须对供热管网进行全面检修；对于老化的管道，应该尽快拆除，更换新管。

在设计供热管网时，供热企业必须有意识地降低管道外径（外径越小，热量损失越少），同时有意识地增加保温层厚度，选择保温材料必须向最高标准看齐。同时，必须精确计算现场的土壤热传导率，考虑土壤热传导率在不同季节的变化幅度。除此之外，还应该考虑到当前北方地区人口少子化和老龄化严重、青壮年人口大量外流的客观情况，优化供热管网的布局，尽可能收缩供热管网的面积。

3.7 加强日常检查

供热系统在运行中，管件、阀门及散热器难免会发生各种故障，因此务必加强日常检查与维护。使用燃气锅炉，必须按规范操作，并每月进行2次维护，仔细检查并维护管路、仪表、燃烧器和进水系统。此外，为确保万无一失，在供暖季每天都必须保证2台以上的备用锅炉随时可以投入使用，无论主运锅炉还是备用锅炉，都必须为它们准备至少2部可自动切换功能的电源（以应付突然停电）。