现代集中供热系统的优化设计和运行

现代集中供热系统的优化设计和运行

班级：电智092 学号：2011418241 姓名： 马建龙

现有的某些集中供热系统基本上由区域锅炉房或电厂余热供热系统简单整合而成。存在布局不合理、规模不经济和热源相互间不能联系等问题，导致输配系统动力损耗和热量损耗远远大于合理范围，热源规模与供热区域负荷不匹配，存在“小马拉大车”和“大马拉小车”的现象。并且一次网目前没有自动监控和自动调节设备，依靠人工进行初调节，导致水力与热力失调严重，供热冷热不均现象普遍，不能满足供热需求和节能的要求，也不能适应今后计量供热的变流量运行要求。我国集中供热虽然发展迅速，但生产和输送的能耗仍很高在输送方面，大流量、小温差、高耗点的运行方式普遍存在，一平方米供热面积循环水量的最大7公斤/小时，约为正常三倍的情况，水泵电耗之大可想而知。对于热水供热来说供热经营单位的热成本组成，除购热（锅炉房生产热）费是主要外，水泵的电耗开支占重要份额，因此采用先进的使用技术，设计和改造管网系统，充分挖掘系统节能潜力，特别是降低水泵电耗是系统节能的重要途径。

我国城市集中供热热制造主要来自燃烧化石燃料(煤、油、气)的区域锅炉房和城市热电厂。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风 机和引风机、水制备和输配系统的水泵(循环水泵，补水泵和加压泵)；它们耗用的能源是燃料、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。热电厂是由抽凝式或背压式(包括恶化真空)供热机组排、(抽)汽通过热能转换装置 (通常称为首站热交换器)传递给热网系统；首站是供热系统的热源，主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵，它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

能量转换是通过热力站交换器把一级网的热能传递给二级网，并由它输送到热用户。热力站是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级网高温水/蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。 供热系统从热制备→转换→输送→用热环节的能量进入和输出必须相等，即： 输入能量=可用能量＋∑能量损失 能源利用率=可用能量/输入能量

一、优化设计分析

（一）、原因分析

在供热系统中，单体相当于供热系统的镜子，各个单体的冷暖直接反映供热系统运行的好坏；供热管网相当于供热系统的血脉，属于热源和热用户维系的中间环节；热源相当于供热系统的心脏，为供热系统提供动力和能源保障。通常在设计市场中，同一个系统工程会被人为的拆分成几个部分，委托不同的设计单位进行设计，这种分包设计造成了整体工程各部分的脱节，使整体工程设计不能很好的协调。而一旦某个环节出现设计问题，都会对以后的供热系统运行造成难以

弥补的损失。 1、单体设计

由于市场的激烈竞争，造成设计周期短、设计任务重，一些设计者没有进行详实的理论计算，只是根据经验和估算热指标仓促完成设计。即使单体设计者根据节能指标进行了详尽的计算，但是设计者为了防止可能出现的因为施工及甲方等在节能方面诸多的不合理操作，仍然按照系数放大了设计管径。此外，户内供热系统水利平衡计算也是非常重要的一个环节，对于同程供热系统，失调的可能性很小。近年的单户收费计量设计，几乎都是双管异程下供下回系统，如果忽略校核支路平衡，单凭调节阀门便达不到预期的设计效果，还不可避免的增大了初运行的人为调节。 2、外网设计

为了供热系统安全可靠，设计者只有选取各估算指标的上限，直接导致热负荷骤增、管径增大等一系列设计问题。即使单体设计图纸提供了单元热负荷和系统阻力，根据单体提供的设计数据，严格的进行外网水利计算及平差计算，但是却出现了入户管径比单体预留管径小一号的问题。面对这样的设计偏差，外网设计者常以宁大勿小的思维定式，掩盖设计上可能出现的偏差，不至于采暖系统因为诸多方面的不合理而担负己方责任。设计者虽然在各分支管路安装了各种流量调节装置，但是由于管径的逐级放大，已经超过了阀门的流量调节范围，导致流量调控很难奏效。 3、热源设计

锅炉的循环水量允许有一定的波动，波动的范围应小于20％。当实际流量超过额定流量过大时，便增加锅炉的阻力；当实际流量低于额定流量过小时，会使锅炉内的部分管束流量发生偏流，造成局部汽化或爆管，所以热源设计锅炉和循环泵的选择非常关键。供热负荷一般占锅炉额定负荷的70％，而循环泵的流量却是根据锅炉额定负荷进行计算的，从而增大了系统的循环水量。循环泵的扬程一般按照h=锅炉房系统阻力(12米)+最不利环路阻力(长度×80Pa×l.3)+用户资用压头(4米)+富裕压头(5米)计算，如果单体设计的保险系数加上热网设计的保险系数和热源设计的保险系数，直接导致供热系统三级放大。

对于以上三种设计分析得出经济、合理的优化设计：对于新建工程，设计者应仔细核算单体热负荷，校核系统管径和水力平衡，设计要经济、合理，能经得住多方的推敲。外网根据准确的热负荷，计算相应的循环水量。然后根据最不利环路的比摩阻应在40-80Pa／m，确定最不利环路的各级管径，得出准确的最不利环路阻力损失。再根据其它支路的比摩阻应小于等于300 Pa／m，同时循环水的流速小于等于3．5m／s，校核近端支路的管径，消耗掉过盈的资用压头。为了更加安全、妥当，在近端支路加装流量调节装置，合理匹配各分支的流量。热源设计参照单体热负荷汇总，合理确定锅炉容量及循环水量，后根据单体资用压头及外网最不利环路阻力，合理考虑锅炉房内部系统阻力，确定循环水泵的扬程。只有这样的优化设计，才会避免大流量小温差的出现，达到管网系统经济、合理、平衡的运行。对于改造工程，要经过仔细核算，不管比原来管径小几号，都要经过科学计算，在近端支路加装变径短节，安装平衡阀门。只要大环节匹配得当，整个系统就会趋向平衡，大流量现象也会合理遏制。当然随着流量、系统管阻降低，循环泵也要随之调整，变频水泵已经很好地解决了这一问题，不必采用单纯关闭阀门来降低流量和扬程，那样会造成极大的浪费。对于板换的地板采暖系统，仔细核算分流管径，然后加装旁通管、平衡阀却是行之有效地解决方案，与前面

锅炉加装旁通管有截然不同的区别。

二、运行体系分析

发展城市集中供热是节能、保护环境的重要途径；是城市现代化的重要基础设施。城市集中供热指的是在城市的个别区域乃至整个城市，利用一个热源或多个热源向工厂或民用建筑供热的一种方式。城市集中供热规划应根据本地区的气候条件，整个采暖期内均能达到规定的供热标准，并可节约能源，获得良好的环保效能。多年来，大中城市建筑采暖推行区域集中供热，发展“以热定电”的热电联产，一直是我国的主要能源政策，即使到本世纪末或更长的时间内，我国能源生产与消费构成中，煤炭仍将占70%以上，推行这一政策，对于城市采暖供热合理化，无疑具有极大的现实意义。

实行建筑节能标准后，建筑物的保温性能提高了，供热能耗也降低了，但是，建筑物供热能耗的降低与供热系统的节能并不能直接画上等号。供热系统由锅炉房、室外供热管网和室内供热系统组成。系统节能效果如何，包括用户的“行为节能”在内，最终都会反映在锅炉房综合效率和管网输送效率这两个能效指标上。在我国，恰恰是这两个能效指标与国际先进水平有很大的差距。在过去的十年中，在推进建筑节能上，我们欠缺了对供热系统的综合考虑，忽视了锅炉房、管网的节能，造成了节能建筑的供热耗煤量还是居高不下，形成了“节能建筑不节能”的说法。

《城镇供热系统安全运行技术规程》（CJJ/T88---2000）对热源为燃煤锅炉热水供暖系统的能耗指标做了如下规定：煤耗应小于或等于50。2KG标煤/GJ；电耗应小于或等于7。2KWH/GJ；直接连接的供热系统失水率应控制在总循环水量的2%以内，间接连接的供热系统失水率应控制在总循环水量的1%以内。

（一）、节能型集中供热系统的构成

供热系统中常用的节能设备有：省煤器、空气预热器、变频炉排、变频鼓、引风机、变频循环水泵、变频补水泵、煤处理装置、水处理装置、锅炉房热量总表、换热站热量总表、计算机监控系统、气候补偿器、换热机组（或换热器）一次侧电动调节阀、换热站入口平衡装置、用户热力入口平衡装置以及室内温控阀。

（二）、集中供热系统节能运行指标

1、现有运行指标

现有的运行指标综合起来有三类：反映社会效益的运行指标、反映环境效益的运行指标和反映供热系统节能和经济的运行指标。其中，反映供热系统社会效益的运行指标有用户室温合格率、供热系统可靠性指标、故障处理及时率、“三来”上访率等。

2、集中供热系统运行的综合指标

上述三类指标从不同的角度反应了供热系统的运行状况的好坏。在以节能为主题的今天，需要有一个综合评价指标来评价供热系统运行的节能水平。综合指标主要包括锅炉房综合效率和供热系统综合运行效率。

锅炉房的综合效率亦称锅炉房的能源利用率，用ηz表示。它表示锅炉房所输出的蒸汽热量或供热量与总能量消耗（燃料、电、水等）之比。在实际的运行

中，热源年实际供热量?Qs常采用两种方法计算： 第一种： ?Qs?86.4?q平?Hs?F?管网 （1）

Tn?TwpjTn测－Tw测式中：q平——供热季单位供热面积得热量，W/㎡，q平?F——供热面积，㎡；

Hs——年实际供热时间，d；

?管网——室外管网输送效率；

?q测

Tn——室内设计温度，℃； Twpj——室外平均温度，℃；

Tn测——室内实测温度，℃； Tw测——室内实测温度，℃；

q测——实测耗热指标，W/㎡,q测＝G测——实测条件下热源的流量，m

3

K???G测?C?(Tg测?Th测)F；

/s；

Tg测，Th测——实测时的供、回水温度, ℃；

在实测条件下，由于各热用户室内温度Tn测各不相同，可按每个热用户室内温度加权平均计算：

m?FTn测?i?1i?Tn测iF

（2）

综上所述，热源年供热量∑Qs的计算公式为：

?Qs?86400?Tn?TwpiTn测?Tw测?K???G测?（Tg测?Th测）?C?1?Hs （3）

?管网第二种： 目前，有的地区已经开始了供热计量，在热源出口处安装了热量总表，

可以直接从热量表的读数得到热源的年供热量∑Qs，热量表的读数是由热量表内部的积分仪计算得到的，即

?Qs????21K???C?G(?)?Tg(?)?Th(?)d? （4）

??式中：τ1，τ2——开始及停止供热时刻，h；

K——相对密度和比热综合的修正系数；

3

ρ——流经热量表的热水密度，kg/ m； C——水的比热容，4.1868kJ/（kg·℃）

G(τ) ——热源τ时刻的流量,m3/s；

Tg ，Th ——热源τ时刻的供、回水温度，℃。 所以，锅炉房综合效率的计算公式为：

?z??????21K???C?G(?)?Tg(?)?Th(?)d?Y??BQDW?(W1?W2)?qWD?S?qs?21?100% （5）

?z?K???C?g(?)??Tg(?)?Th(?)?d?YbQDW?(W1?W2)?qWDF?S?qsF3

?100% （6）

式中：g(τ)——单位供热面积消耗的流量，m/h·㎡；

b——单位供热面积的年耗煤量，kg/㎡。

从上面公式（5）（6）可以看出，ηz中包含了水输送系数（

W2GC(Tg?Th)GC(Tg?Th)W2）、

耗

?21电输热比、锅炉平均运行效率

??K???C?G(?)?Tg(?)?Th(?)d?BQYDW???100%、供热耗煤指标（

GFBQDWGC(Tg?Th)Y）、供热能效

指标（

FGC(Tg?Th)）和循环流量控制指标（g?）等六个常用指标，另外，在

锅炉房综合效率中还体现了供热耗水量的多少。

3、单位面积综合能耗指标和单位热量综合能耗指标

综合能耗是规定的耗能体系在一段时间内实际消耗的各种能源实物量按规定的计算方法和单位分别折算为一次能源后的总和。在本文中，一次能源为标准煤。

单位热量综合能耗指标：

B综合?B?a?0.404?(W1?W2?Wh)?0.486?S1?0.257?S2n?1000

?Qi?1i单位面积综合能耗指标：

qc综合?B?a?0.404?(W1?W2?Wh)?0.486?S1?0.257?S2F

式中：B综合——单位热量综合能耗指标，g /kJ标准煤；

qc综合——单位面积综合能耗指标，kg /㎡标准煤；

S1——一次网侧系统补水量，t； S2——二次网侧系统补水量，t；

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