供热工程节能设计研究

2022-04-06宫佳慧

中国科技纵横 2022年21期

宫佳慧

（吉林省石油化工设计研究院，吉林长春 130000）

0.引言

随着我国能源供求关系的动态变化，我国能源结构发生了一定程度的变化，不可再生能源在能源结构中的占比显著降低，部分取而代之的是可再生的清洁能源。随着能源结构的调整，供热的方式也发生了一定变化，供热方式日益多样化。当前，供热工程作为城市生活中耗能占比最大的工程，降低供热能源、寻求供热节能设计是供热企业、政府以及全社会关注的焦点。在众多供热方式中，我国最主要的供热方式是集中供热，具有效率高、污染小、供热质量好等优势。以下将在简要概述供热方式、分析供热工程节能优化必要性的基础上，研究供热工程的节能设计。

1.供热方式概述

相较于发达国家，我国人均能源占有率相对较低，能源利用率也相对较低。其中，人口众多是导致我国人均能源占有率低的主要原因，且在现有的人口基数的基础上，随着新人口的出生，我国能源人均占有率将呈现降低的趋势。我国能源供应与需求、国家能源建设和生态环境建设之间存在较大的落差。从我国能耗结构中可知，在城市中，建筑能耗占有较大比例，而在建筑能耗中，供热能耗占比稳居60%以上，是城市建筑能耗的主要组成部分。

随着能源问题的愈发突出，我国对传统的能源结构和能源供应结构进行了调整，相应地，供热体制也发生了变化，向商品化和消费服务化的方向发展。市场机制和竞争机制在供热工程中的表征尤为明显，随之进行的是由市场机制引导下多样化供热方式的出现。

集中供热是我国普遍推行的供热方式，我国针对秦岭、淮河以北的地区进行集中供热作业。集中供热具有较大的优势：

首先，集中供热利用供热管网向某一特定区域进行供热，供热方式更加节能，与我国建设节能社会的工作方向一致。集中供热系统中的供热锅炉的体积较大，产生的热效率高达90%以上，功能效果较好。而与集中供热对应的分散式供热方式，虽能满足分散地区住户对供热的需求，但是其系统内的供热锅炉体积较小，所产生的热效率较低，有限的热效率还存在部分浪费的问题。

其次，集中供热系统内的设备先进，在国家统一部署的供热工作之前，会对系统进行定期维护，更换供热设备。集中供热的设备质量得到保证，且有专业的人员在集中供热前对供热管网进行检修，在各小区物业的配合下，对供热管网开展供水试压作业，能在供热之前及时发现其中存在的问题，并一一解决。设备先进、质量得到保证以及管网问题的及时发现和解决都将提高集中供热的稳定性和安全性。

最后，集中供热系统内多配备专业的除尘设备，对减少烟尘对环境造成的颗粒污染具有实际意义[1]。简而言之，集中供热系统较为完善，管理标准高，是我国应用的主要供热方式，具有众多优势。

我国普遍使用的集中供热的热源形式可以分为两种，即热电厂和区域锅炉房。其中热电厂以背压机组为热源，向居民供热，在节能、降低损耗率、提高利用率和获得效益的方面具有较大的优势，是集中供热最佳的热源形式，但是其具有前期投资大和耗电量大的问题。区域锅炉是我国最传统的热源形式，在多年的应用中积累了较多的供热经验，但是有能耗大、污染大的问题。由于我国当期仍旧以煤为主要能源，煤在能源结构中仍占有主要比例。在部分工业负荷较小的地区，区域锅炉仍旧是集中供热的主要热源形式。

除了集中供热以外，还有一种与集中供热相对应的供热形式，即分散燃气锅炉房供热，其主要是以燃气为燃料，相较于传统的煤炭燃料供热，具有环境污染小、维修简单、自动化水平高的优势，但是其运行费用较高。随着南方城市对供热需求的增加，我国或将在南方城市中应用该供热方式进行试点。

2.供热工程节能优化的必要性

供热工程节能优化是与我国经济可持续发展和经济高质量增长相适应的一种供热工作，与我国社会建设和经济发展总体战略方向一致。当前，我国经济发展和社会建设中暴露的问题愈发增多，其中，我国在前一阶段以生态效益换取经济效益的行为，在当前阶段我国生态建设和生态修复工作面临着较大的困难，导致经济发展受限于生态问题和环境问题，与我国寻求的高质量和高水平的发展存在较大的差距。在我国未来发展和国际上的国际地位方面，优化能源结构，提高能源节能水平尤为关键，将直接决定我国发展水平和发展潜力。在这一背景下，针对生活常态中耗能最大的供热工程探求其节能优化设计尤为必要。

2.1 提高供热效率

我国长期实行福利性质的供热工作，导致大部分承接供热工作的企业对供热工作的管理意识较差，供热工作中经营管理模式中存在的问题愈发暴露。供热企业在长期福利供热意识的影响下，实行粗放式供热管理。固守传统的供热方式，忽视开发新式供热方式和供热新能源，以煤为主要供热能源，对管网的维护力度较小，导致管网存在堵塞、漏水等问题，热能丧失，以致无法为住户提供良好的供热服务[2]。供热工程节能优化将从管网维护、能源材料以及热源端等方面寻求降低能耗、提高热效率的措施，以达到节能的目的。推动供热企业转变经营管理意识，提高供热系统各阶段的节能水平。以管网维护为例，供热企业在按照要求对供热管网进行检修和维护作业时，将解决管网中导致能源损失的大部分问题，保持热效率在管网中的稳定性，减少供热过程中的能源损耗，提高最终的供热效率。

2.2 引导民众树立节能意识

当前，我国集中供热中未普遍落实分户计量，导致住户在享受供暖时缺乏节能意识。例如，住户忽视供热热量开关的作用，当屋里较热时，住户通常采用开窗通风的方式，进行屋内散热，导致热量损失。而供热工程节能优化将从住户端对其优化，未来将普遍落实分户计量，将计量结果与住户缴纳的供暖费相关联，采用多退少补的方式，在供暖结束之后，对住户的供暖数据和结果进行统计，从而引导民众逐渐树立供热节能意识。在全社会的范围内推进供热节能工作的有序开展，住户作为供热的需求者以及供热终端，提高住户的节能意识有利于社会和企业开展供热节能工作，提高全社会在供热节能工作的效率。

3.供热工程节能设计研究

在我国人均能源占有率逐渐减少的背景下，做好能源节能工作尤为关键。供热工程在能源消耗中占有一定的比重，尤其在城市的生活中比重较大，是城市生活能源消耗的主体。降低社会能耗，提高能源利用率，是寻求缓解社会需求与能源供给之间压力的主要着手点。供热工程是一项复杂的综合性工程，研究供热工程节能设计就要从供热工程的各个环节着手，不能忽视任一环节，只有从个体环节着手，而后才能将个体环节连成整体力量，取得最佳的节能效果。

3.1 供热管网节能设计

供热管网在整个供热系统中居于关键位置，是供热工程的重要组成部分。探讨供热工程的节能设计不能忽视管网节能设计这关键的一个环节。供热管网的节能设计和优化是供热工程系统优化的核心，改进供热管网设计、提高管网的供热效率，是探讨供热系统降低整体能源损耗率、提高能源利用率的重要部分，同时也在降低城市建筑总体能耗和社会总能耗中具有重要的意义。

首先，供热管网技能设计的第一环节是管网铺设和施工，管网施工的水平和质量将直接决定供热系统的整体效率。当前，我国可供选择的管网施工方法主要有：直埋敷设、地沟敷设以及架空敷设3种，针对不同的施工需求，要选择与之相适应的施工方法。对3种施工方法进行对比分析，从环境破坏、施工难度、施工要求以及施工工程量方面进行综合评价可知，直埋敷设方案是最佳的方案，不仅对环境的破坏较小，而且管网处于地下，管道万一发生泄露对周围人员以及环境的危害较小，且施工工期较短，工程造价低，是一种最佳的管网敷设方法。

其次，在对管网供热过程中导致能耗损失的部分进行分析可知，导致供热系统能源浪费的主要问题是水力失衡，解决这一问题，可采用“大流量，小温差”的运行方案。

此外，供热管网端设计应该针对不同的小区住户，在终端安装流量检测设备，对每一位住户在供暖周期内对供热的使用情况进行动态监测，为以监测结果计算供暖费用提供明确的参考，以使供暖工程逐渐向供水、供电工程的收费方案靠近，从而引导住户自觉地树立其使用供热节能的意识，调动全面供热节能积极性。

3.2 热电厂节能设计分析

热电厂是当前主要的热源形式之一，相较于传统的区域锅炉的热源形式，具有高效率、低污染等优势，是未来集中供热的发展趋势。随着环境问题和生态问题的加剧，传统的区域锅炉供热的方式将在未来被淘汰，而作为唯二热源形式之一的热电厂热源形式，将在未来承担着集中供热的主要责任。热电厂作为供热的源头，其节能意识和水平直接影响整个供热工程的节能水平。热电厂供热中，应该重视热电联产技术的应用，从而弥补热电厂供电中存在的电能损耗大的缺点。热电联产主要是指将产生的高品位的热能转化为电能，并对此过程中产生的低品位的电能进行利用，为周围热需求住户提供供热，对于产生的两种不同品位的热能采取不同的利用方案，提高不同品位热能的利用率。对于高品位的热能而言，超出了住户的供热需求，若用于用户供电，不仅不能给住户带来舒适的供热体验，还会导致部分热能的丧失。而热电厂热源模式需要较高的电能[3]。高品位的热能转化将直接满足其供热过程中所需要的电能供给。将热电厂产生的电能和热能进行针对性利用，以电能满足热能供给的实际需求。

热电厂供电需要燃烧煤，而后产生热源，煤炭燃烧与空气中的氧气发生反应，会产生大量的能造成大气污染和环境污染的气体。这就需要热电厂为燃烧这一环节配备脱硫脱硝系统和高效的除尘系统，其中，脱硫脱硝系统的配备是热电厂前期设计的重要工作；除尘系统主要用以燃烧之后的粉尘收集等作业，减少大气中颗粒污染物的数量，减少固体颗粒物对环境造成的污染。

3.3 烟气余热回收节能分析

烟气余热回收是改进供热工程、提高供热效率的关键工作，其主要是后置于生产热能阶段后，设置的一种收集和循环使用剩余热量的装置，减少烟气排放阶段的热量损耗，将这部分损耗利用于实际供热中。

从我国供热企业的装置设置调查中可知，大部分企业对烟气余热能量损耗较为忽视，未设置烟气余热回收装置，导致部分热量伴随烟气排放而损失，与节能的原则相违背。针对这一情况，烟气排放中仍旧存在的较大的热量，回收烟气热量势在必行，是优化供热企业供热设计、提高供热工程节能水平的重要环节。

供热企业需要就热能产生之后的烟气排放工作安装烟气回收和利用装置，回收锅炉排烟中的热量，将锅炉排烟中的热量控制在合理的范围内，减少烟气排放所损失的热量。回收到的烟气热量，可利用其加热系统循环用水，废热利用。此外，烟气的排放，不仅排出了部分热量，导致热量损失，还排放出水蒸气，水蒸气在排烟设备中会受到温度差的影响而发生凝结，对烟道和烟囱造成腐蚀和破坏，对锅炉房的安全运行带来严重的风险。

据实际调查发现，随着烟气余热的收集，当排烟温度超过55℃之后，烟温每降低10℃，锅炉热效率将提高0.5%左右；当排烟温度在55℃之下，此时烟温每降低10℃左右，锅炉的热效率将增加3.5%左右。可见针对不同的烟温采取针对性回收利用的方式，可在最大程度上降低烟气排放所导致的余热浪费率，对提高供热工程整体的节能效率具有重要的作用，是供热节能的重要一环。

在烟气排放处装置回水加热器，当烟气排放时，所产生的热量会被回水加热器回收，用于供热系统的回水加热中，以循环的模式减少烟气排放所浪费的总量。

上述分析主要是针对烟气排放中的余热回收进行的，烟气排放中除了存在大量的余热，还存在大量的凝结水，这部分凝结水如若不加以处理，会对烟气管道产生侵蚀作用，缩短烟气管道的使用寿命。同时，凝结水作为水资源，对其进行针对性回收，不仅会减少对烟气管道的侵蚀，还会为锅炉系统供给大量的水资源，达到提高水资源利用率、减少供给水浪费率的目的。