（热能工程专业论文）大型机烧热水间连区域供暖系统的经济运行.pdf

哈尔滨下程大学硕士学位论文 摘要 随着经济长期稳定的发展和人民生活水平的不断提高，我国居民采暖的 面积和范围不断扩大，相应的采暖能耗也在持续快速增长。但是，目前有相 当一部分供暖企业运行水平较低，造成了巨大的能源浪费。因而对供暖管网 经济运行的研究，尤其是对具有广泛代表性的大型间连高温热水区域供暖热 网经济运行的研究，显得十分必要且非常有实际意义。这也是我国建筑节能 向第三阶段，即节能6 5 阶段迈进的必然要求。 本文在某供暖企业最近两个采暖期的运行全程追踪的基础上，依据企业 供暖管网的现状，运用科学的技术方法，充分发挥人的主观能动性，从供暖 系统的三个环节，即热源、热网和采暖热用户，分别进行研究和分析。用实 际效果和实测数据的分析来验证各种技术方法的效果和可行性，以此来提高 效率，降低供暖成本，节能增效。 本文根据实际运行做了大量的实测和研究工作，得出了大量的宝贵数据 和简单易懂的结论，它们具有普遍的代表性和实用性。同时为供暖企业在生 产运行中不合理的地方提供了改进方法和运行参数，文中所采用的方法和得 出的结论可供供暖企业和政府相关管理部门在供暖系统运行和管理时参考以 及采用。 关键词：区域供暖；间接连接；技术指导：经济运行 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 a b s t r a c t a l o n g 、i t l lt h el o n g - t e r ms t a b l ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m ya n dt h e c o n t i n u o u si m p r o v e m e n to ft h el i v i n gs t a n d a r di no u rc o u n t r y , t h eh e a t i n gs u p p l y s u r f a c ea n ds c o p ee n l a r g er a p i d l y , s ot h ee n e r g yc o n s u m p t i o nf o rh e a t i n gm a k e sa s h a r pi n c r e a s ea c c o r d i n g l y , b u tc o n s i d e r a b l en e t w o r k sa r eo p e r a t e dw i t hal o w e f f i c i e n c ya n dh u g ee n e r g ya r ew a s t e d s oi ti sr e a l l yn e c e s s a r yi m p o r t a n ta n d u r g e n tt od ot h es t u d ya i m i n ga te c o n o m i co p e r a t i o no ft h eh e a t i n gs y s t e m ， e s p e c i a l l yc o m m o nl a r g e - s c a l ei n d i r e c t - c o n n e c t i o nh e a t i n gs y s t e m i ti sa l s ot h e d e m a n do ft h ep h a s ei i io ft h ea r c h i t e c t u r a le n e r g yc o n s u m p t i o nc o n t r o lo fc h i n a , i e c u t t i n gd o w nt h ec o n s u m p t i o nb y6 5 c o m p a r e dw i t ht h a to f19 9 8 b yf o l l o w i n gah a r b i nh e a t i n gs u p p l yc o m p a n yi nl a s tt w oh e a t i n gp e r i o d s ， b a s e do nt h ee x i s t i n gc o n d i t i o no ft h en e t w o r k ，州ms c i e n t i f i cm e t h o d sa n dt h e i n i t i a t i v eo fh u m a nb e i n g s ，t h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h en e t w o r ki sa n a l y z e da n da m a s so fd a t ai sc o l l e c t e di n t h i sp a p e r , a n di t ss y s t e mo p e r a t i o ne f f i c i e n c yi s i m p r o v e da n dt h eh e a t i n gs u p p l yc o s ti sc u td o w n f r o mt h er e s e a r c ha n da c t u a lm e a s u r e ，a b u n d a n to fe x p e r i e n c ea n dc h e r i s h d a t ai sc o l l e c t e d ，w h i c hi se a s yt ou n d e r s t a n da n dp o p u l a r i z e t h eu n r e a s o n a b l e i s s u e sf o u n di nt h es t u d ya r el i s t e d ，a n dt h es e t t l e m e n t sa n ds t a n d a r do p e r a t i o n d a t aa r es u p p l i e dt ot h ec o m p a n y t h em e t h o d su s e di n t h i ss t u d ya n dt h e c o n c l u s i o n sg o tf r o mt h i sr e s e a r c hc a nb eu s e df o rt h em a n a g e m e n ta n do p e r a t i o n o ft h eh e a t i n gs y s t e mi nt h eh e a t i n gs u p p l yc o m p a n i e s ，w h i c ha l s oc a nb eu s e df o r g o v e r n m e n tb u r e a ua sr e f e r e n c e k e yw o r d s ：d i s t r i c th e a t i n g ；i n d i r e c t - c o n n e c t e dn e t w o r k ；t e c h n i c a ld i r e c t i o n ； e c o n o m i c a lo p e r a t i o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) 鄹：鼬 e l期：年月日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的来源及研究的目的和意义 能源是经济发展的源泉和动力，是发展生产和提高人类生活水平的重要 物质基础。自上世纪7 0 年代世界性的能源危机以来，能源问题就已经成为人 类面临的重要问题之一。从世界整体形势来看，能源的消费量飞速增长，能 源消耗量增长的速度远高于能源产量增长的速度。1 9 7 3 年的石油危机，给全 世界敲响了警钟，加速了节能技术的不断发展，近3 0 年来，节能已经成为世 界性的不可阻挡的大潮流，另外，节能也是经济发展、环境保护和可持续发 展的必然选择。 随着我国经济的迅速发展，能源的消耗也持续快速地增长，而我国人均 资源匮乏，近来连续发生的“煤荒”、“电荒”、“油荒”，一再向人们警示：必 须走节约能源的可持续的发展道路。在中国经济高速发展的情况下，能源需 求正在快速增长，能源面临的形势十分严峻。“翻两番”意味着如果此期间国 内生产总值年均增长7 2 ，那么中国能源总产量年均最多只能增长4 左右， 也就是说，只能用大约“翻一番”的能源，保“翻两番”的g d p 增长目标。2 0 0 0 年全国能源消费总量大约为1 3 亿吨标准煤，为此，要求2 0 2 0 年一次能源消费 总量控制在2 5 亿吨标准煤左右，节能总量要达到8 亿吨标准煤。为此提出了“节 能优先，结构多元，环境友好，市场推动”的中国可持续能源战略，以便达到 g d p 翻两番，能源翻一番的目标。基于这样的形势，把节能从国家层面上提 到了前所未有的高度【l j 。 近年来，我国城乡建设发展极为迅速，建筑面积每年以1 6 2 0 亿平方米 的速度增长。到目前为止，全国既有房屋面积4 2 0 亿平方米，其中城市1 1 5 亿 平方米，农村3 0 5 亿平方米【2 】。然而，目前我国现有住宅建筑中能够达到采暖 建筑节能设计标准的只有1 8 亿平方米，仅占全部建筑面积的0 6 ，占城市 房屋建筑面积的2 3 。约2 1 0 亿平方米的既有住宅建筑存在着保温隔热性和 哈尔滨工程大学硕士学位论文 气密性差、供热系统效率低下等问题【引。同时。在我国每年新建的城镇住宅 中，完全按照建筑节能要求设计的不足6 。即使执行了建筑节能标准的住宅 建筑，其住宅能耗于相同气候条件的西欧或者北美国家相比，单位建筑面积 要多消耗5 0 1 0 0 的采暖能量，而且舒适性较差【4 1 。 住宅竣工面积的增加，势必会带来建筑能耗的加大。目前每年全社会的 能耗约为1 3 亿吨标准煤，其中城市建筑的建造和使用的能耗一般占1 3 左右， 若考虑墙体材料的生产能耗则约占2 5 左右，我国北方严寒和寒冷地区建筑 采暖能耗已经占当地社会总能耗的2 0 以上。如果按照国家宏观发展目标确 定的中等发展国家水平来推算，我国经济发展的数据在一定时间内都将维持 在7 以上( 实际上，近几年一直维持在1 0 左右) ，那么，n 2 0 1 0 年就将需 要一次性能源3 0 亿吨标准煤，而实际可提供的能源仅为1 8 亿吨标准煤，约有 1 2 亿吨的能源缺口。如果再考虑在未来几年内的人口增加和人民生活水平的 提高，建筑能耗占全社会总能耗的比例也将增大，我国能源的生产和供应的 缺口也将会增大，必将严重影响我国经济和社会发展战略目标的实现【5 1 。 在我国能源消耗中，建筑能源占有相当大的比例。据统计，我国历年建 筑能耗在总能耗中的比例是2 0 - 2 5 ，随着社会的发展，人们对所居住的 环境和生产工作环境的要求越来越高，建筑能耗所占的比例也越来越大。建 筑物能耗主要包括供暖能耗、制冷能耗、室内照明能耗、办公设备能耗等， 其中用于供暖能耗约占建筑总能耗的一半以上，是建筑能耗的最主要部分， 也是浪费最为严重和节能潜力最大的部分，因此在满足能源需求的前提下， 如何降低供暖的能耗，提高能源的利用率是核心问题，而在该领域的节能主 要分为建筑节能和系统运行节能。 1 2 供暖系统的经济运行对建筑能耗的重要意义 供暖系统消耗能量的环节，供暖系统由热源把热量送达热用户，一般都 要经过热制备、转换、输送和热用户耗热几个环节，通常可用单位供热量的 消耗量来评定耗能水平。目前我国区域供暖的热源主要分为热电联产和区域 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 锅炉房。 热电联产：热电联产在国内外都是城市供热采用最多的热源形式。前苏 联以热电联产为主实现区域供热，1 9 8 7 年供热机组装机总容量达到 9 3 0 0 0 m w ，占火电装机容量的4 0 ，而我国1 9 8 9 年供热机组总容量为 1 0 0 0 0 m w ，占火电机组装机容量的1 1 4 2 ，年供热量仅为5 1 7 5 7 1 0 4 g j 。目 前，我国3 0 0 m w 及以下的供热机组型式有背压机组、抽汽背压机组、抽汽机 组、凝汽机打孔抽汽机组、凝汽机循环水供热机组、大型供热两用机组等， 热电联产对燃料的综合利用率较高，可以达到9 0 以上。 区域锅炉房：设置蒸汽或者热水锅炉作为热源，向一个较大的区域供应热 能。工矿企业比较多的以蒸汽作为热媒，供应生产工艺热负荷。如果没有生 产工艺负荷，只有采暖和生活热水负荷的住宅区和公共设施，一般则选取热 水锅炉作为热源，松江热源( 本文研究对象) 即是这样。区域锅炉房由于其 规模、技术水平等制约因素，其综合效率一般只有6 0 多一点。 通过对大型机烧高温热水间接连接区域供暖系统的经济运行的研究，能 够更深入的了解在供暖系统的运行中应该注意哪些问题，在允许的条件下， 找到更节能、优点更多、更适合北方严寒地区的供暖运行方式，这对于供暖 系统的优化运行，节约能源，减少污染，提高人民的生活品质以及国家的可 持续发展都具有重大的意义。 目前我国供暖企业普遍存在的问题有： ( 1 ) 我国目前相当一部分供暖企业还处于凭经验运行供暖系统的阶段， 运行比较盲目，缺乏科学的数据支持和计划性，致使热源运行不稳定，效率 低下。目前我国供暖锅炉的平均效率只有6 0 强，如果采用科学的运行方法， 提高司炉人员的技术水平，将其平均效率提高到7 0 是一个实际可行的目标。 这就意味着每年可以节约原煤近2 0 0 0 万吨，减少s 0 2 排放约5 0 万吨年，从而 将大大缓解我国能源需求快速上涨的势头，同时也会减轻污染对生态环境的 压力。 ( 2 ) 目前我国供暖企业热源效率普遍低下，通常不到7 0 ，此外在热量 3 哈尔滨工程大学硕十学位论文 传递环节，即热网与换热站及热用户户内系统的跑冒滴漏或者保温问题等原 因造成的损失也有3 0 之巨，综合算之，热网总效率大约只有5 0 。这是个 很触目惊心的数字，一方面造成了巨大的浪费，无论从国家的角度还是从供 暖企业甚至热用户的角度看都是这样的。另一方面，这也说明我国在这方面 还有很多需要提高的地方，需要切实去改善现状。锅炉房供暖系统作为能源 的直接消耗者和热能的提供者，如果不提高运行水平，将造成能源和资金的 极大浪费，能源的消耗直接影响到企事业单位和住宅小区的切身经济利益。 供暖节能是我国现阶段供暖工作中最重要的一项任务。供暖节能不再是 一句空洞的口号，严峻的形式摆在我们每一个暖通人的面前。根据中国节能 纲要的要求，建筑节能要达到5 0 ，其中建筑材料节能为3 0 ，供暖系统节 能为2 0 。 ( 3 ) 间连系统普遍存在不平衡现象。这里既有各个换热站之间的水力失 调，也有二级网之间的不平衡。这些不平衡会造成严重的浪费。对于水力失 调的管网，前端过热，必定存在开窗放热等严重的浪费现象；末端不热，会 引起热用户的不满和投诉，甚至有一些用户为了自己室内温度能够暂时达标， 采取私自安装放水装置，通过放掉管网里的水，换取暂时的室内温度的升高， 但是这对于供暖企业来说几乎是噩梦，同时对私自放水户和其他广大热用户 都会造成不良的影响。 一般地，在热源输出足够的负荷的前提下，前端过热，末端不热现象的 关键很明确，就是供暖系统的水力失调引起的，应当对系统进行调节和平衡。 面对这种情况，不少企业没有找到问题的根源，往往为了提高末端不热户的 室内温度，盲目增大热源负荷，提高出水温度或者增大流量，这样做虽然可 以缓解末端不热的温度，但是会使前端用户更加过热，浪费更加严重。 ( 4 ) 管网保温不好，跑冒滴漏现象较为严重，自动化程度不高等也是需 要提高。 本文依托我国供暖企业的现状，通过发挥人的主观能动性，通过为企业 解决这些实实在在的问题来提高热网运行效率，增加企业的经济效益，并为 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 建设节约型社会和环境友好型社会提供了一个方法和途径。 松江热源为两台6 5 t 热水锅炉，最大供热面积约为1 3 0 万平米，类似规模 的供暖( 热) 企业在我国供热行业占相当的比例，选取松江热源作为我们的科 研的合作单位，较具代表性和可推广性。 1 3 国内外间连热水供暖系统的简介 1 3 1 国外供暖系统简介 发达国家在热水系统区域供暖方面开展的时间较长，无论在经验上还是 技术上都处于领先位置，在这方面，各国都进行了多方面的分析与研究。区 域供暖在欧美国家已经有一百多年的历史，美国从1 8 7 7 年、俄罗斯从1 9 0 3 年开始就有了区域供暖工程。由于这项技术具有显著的经济合理性，所以在 各国均有较大的发展，一方面区域供暖迅速普及，区域供暖在各国的普及率 都有了相当的提高；另一方面是区域供暖的技术有了长足的进步，相关先进 设备也迅速普及。 在区域供暖普及率方面，以前苏联最为突出，其区域供暖事业是社会公 共事业的一部分，每年以平均1 0 的幅度增长。2 0 世纪7 0 年代中期，其热 电厂总容量已达6 0 x 1 0 6 k w ，总供暖量约为3 7 6 6 x 1 0 1 2 k j ，热网总长度约 1 5 0 0 0 k m ，公共住宅的热化率为5 0 - 6 0 。 在区域供暖效率和设备方面：以地处寒冷气候的北欧国家，如瑞典、丹 麦、芬兰等国家为代表，其供暖技术非常具有特色，这些国家的热水网络的 设计供水温度大多为1 2 0 ，网路与供暖热用户的连接方式多采用间接连接方 式，因而，北欧在热网间接连接的运行方式技术领先、设备先进，能源利用 率高，在供暖领域的许多著名的大型跨国公司都来自于该地区，如丹麦的 d a n f o s s 公司，瑞士的a b b 等，德国的s i m e n s 等，在该领域走在了世界的前列。 1 3 2 国内供暖系统简介 在党的十六大上，党中央提出了建立资源节约型、环境友好型、人与自 s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 然和谐共处的新型社会，因而节约能源，提高能源的利用率式是实现这一伟 大目标的重要方面，是我们必须着力改进的地方。这就要求我们必须从各个 能源消耗系统入手，尽最大努力，既满足我国社会经济发展对能源的需求， 又尽量减少对我们赖以生存的环境所造成的危害与破坏，而在我国的建筑耗 能在整个社会的能耗中占有很大的比例，是我们应该重点改进和提高的领域。 虽然近年来，我国的供暖工程建设和技术，取得了显著的成就，但是与 发达国家，甚至是一些发展中国家相比，在整个供暖系统的热能利用效率、 供暖产品设备品种和质量、供暖系统的运行管理和自控水平等方面，还有很 大差距，亟待提高【6 j 。 我国供暖起步较晚，在解放初期，主要是学习国外的先进技术与经验。在 “一五”、“二五 期间，我国开始逐渐学习和开展区域供热项目，主要以学 习前苏联的直接连接技术为主，建立大型的直连网络，这在一定程度上提高 了能源利用的效率，但是其弊端也日益明显：管网调节能力差，末端用户多 而且长期不热等等，且主要局限在东北的一些大型城市。 在6 0 年代初n 7 0 年代中期，由于种种原因，我国的区域供暖事业基本处 于停滞状态。 进入上世纪八九十年代，我国开始引进西方技术，使我国的区域供暖事 业进入了快速发展的快车道。截止目前，这个时期大致可以分为两个阶段， 第一个阶段：区域锅炉房和热电联产一起运作，但是一般其单台容量都比较 小，运行效率较低。第二个阶段：近几年来，随着环保要求的不断提高，以 及节能标准的不断提升，国家在锅炉及热电厂项目上严格控制，主要以单台 容量大，运行效率高的大型锅炉房或热电厂为主，并且辅以对原有区域锅炉 房或热电厂进行技术创新和改造。 北欧主要为间接连接，热源将热能送至各换热站，各换热站换热后再将 热送至千家万户。但是由于北欧热用户相对是独家独院( 楼) 的，其管网可以 说是天然的分户采暖，分户计量的，而且其自动化程度高，管网调节能力很 强，可以达到无人值守的情况下，管网经济运行。但在我国有自己特殊的国 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 情，我们需要根据国情，对外来的技术和经验进行消化、吸收和改进，进而 找到适合自身特点的方法和模式。例如哈尔滨、长春等的供暖企业就有引进 北欧供暖技术的，经过几个采暖期的运行后发现效果不是很理想，经过研究 总结发现主要是引进国外先进技术不能简单的拿来，而要消化的吸收，北欧 等发达国家其供暖系统基本为“天然”的分户采暖，相对于我国大采暖有很 大不同，因而必须加以改造。 1 4 本文研究内容 本文以实际测量为手段，选取哈尔滨某供暖企业，在最近两个采暖期期 间进行全程跟踪指导和实际测量，研究各种方法。从热源、热网、采暖热用 户系统以及主要的能耗指标煤水电等几个方面进行了跟踪研究，解决企业在 实际生产运行中的主要技术问题，以实实在在的运行效果进行对比分析，进 而得出极具实际指导意义的数据与结论。 所选取的供热企业总的供热面积约为6 0 万m 2 ，热源为2 台6 0 吨热水锅炉。 2 0 0 6 - 2 0 0 7 采暖期下设7 个换热站，热用户中既有节能型墙体又有非节能墙 体，供热半径为1 5 k m 。 本科研小组在最近两个采暖期内对以下几个方面进行了研究： ( 1 ) 如何选择有指导意义的室外气温作为热网运行的依据和收集室温并 及时反馈给运行的重要性。 ( 2 ) 热网平衡调节的重要性及如何提高其平衡度，包括首站的平衡、一 级网与二级网之间的平衡、以及二级网各支线之间的平衡等。 ( 3 ) 实时调节锅炉运行方式，切实为企业增加社会效益和经济效益。 ( 4 ) 从加强保温和设备的维护维修等方面着手，寻求提高热网运行效率 的方法。 ( 5 ) 通过本科研项目，得出如煤耗、水耗、电耗等能耗的关键数据的面 积指标，为企业的提高运行效率提供重要的参考。 7 哈尔滨 二程大学硕十学位论文 1 5 本文研究的方法路线 论文的写作过程是由浅至深、由感性认识到理性认识的升华过程。本文 主线如下图所示： 背景介绍，总问题的提出 j 上 科研合作项目介绍 i 采暖期科研项目详述 上上 i 运行数据的收集与整理 u i 结论与建议 1 6 本科研的研究成果 图1 1 论文研究流程图 经过两个采暖期的全程跟踪和数据测量，在大量的实际运行经验和科学 检测的基础上，得到研究成果如下： ( 1 ) 得出大量具有指导意义的结论性数据 数据可以直观的表示出我们的成果，通过对所有数据的汇总、处理，我 们不仅对实际的数据进行了处理和分析，还针对各种因素进行了换算折合分 析，得出具有代表性和指导性的科研结果，如按规范室温折合、按室外标准 温度折合( 避免寒冬或暖冬因素的影响) 、按采暖期1 8 0 天折合、按节能墙体与 非节能墙体折合、以及按不同煤质折合等。通过对大型机烧高温热水间连区 域供暖系统的经济运行的研究，得到适合北方气候的供暖方式，并以此次研 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 究过程中遇到的问题和获得的经验为鉴，更好的解决以后遇到的新问题。 ( 2 ) 获取科学的热网运行指导温度 用实验证明以预测室外气温，估算热负荷并以此指导系统的生产运行是 科学的、可行的。为以往企业看“天 烧炉的落后生产方式提供了一个科学 的解决方案，为进一步的经济运行增加了技术上的保证。 ( 3 ) 为供暖系统的经济运行提供了依据和技术指导 通过两个采暖期的科研合作，企业在运行方面得到了很大的提高，相关 运行人员技能水平也得到了提升，同时也为企业的经济分析和绩效考核提供 了科学的有力的依据。 ( 4 ) 对企业降耗增效，对国家节能环保 从实际运行生产中遇到的方方面面问题，进行研究分析，得出切实可行 的解决方法，并检验效果。这种“以事实说话 的科研态度，为企业带来了 切切实实的利益。 ( 5 ) 对供暖企业和国家的一些建议 指出了目前我国区域供暖领域内的一些不足并给出了一些方向。对科研 得出来的成果进行推广应用，对于发现的问题，希望国家在今后的政策制定 上加以考虑，为建设节约型社会添砖加瓦。 1 7 本文的组织结构 本文的组织结构如下所示： 第1 章绪论 介绍我国供暖行业背景和国内外研究状况，然后重点介绍了我国热网运 行状况的现状，提出了存在的问题，进而指出本文的主要研究内容、研究意 义和文章的结构。 第2 章科研背景简介 本文主要依托松江热源两个采暖期的经济运行的科研实践，总结出了具 有指导意义的结论，该章首先介绍了松江热源热网等基本概况，为下一步工 9 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 作的展开做好铺垫。 第3 章间连区域供暖系统热源的运行 本章主要介绍了热源的运行，包括热源( 锅炉) 的夏季维修与保养、指 导室外预测温度的获取、采暖期燃煤热值的测定、每天锅炉燃煤量的计算与 执行、锅炉的高效运行等。 第4 章间连区域供暖系统热网的运行 本章主要介绍了关于热网的运行的相关问题，主要是是热网的维护、换 热站的运行以及热网的水力平衡的调节问题，并使热网效率在以上措施的基 础上得到较大的提高。 第5 章热用户端应采取的措施和方法 本章主要介绍了采暖热用户端如何处理方案，尤其是用户的个别调节、 室内温度测定等，系统在用户端的节能运行进行了说明。 第6 章供暖系统的经济分析 本章给出了问连热网经济运行的重要指标，如单位面积热耗量、煤水电 耗量，并折算成标准年数据，使之更具指导意义。此外对本科研单位该采暖 期的运行进行了经济分析，给出了更直观的科研成果。 第7 章结论 总结科研和本文的内容，给出成果与结论。 1 0 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 第2 章概述 2 1 背景简介 哈尔滨市区供暖期建筑物能耗分析，在我国建筑物能耗领域中，尤其是 在东北地区采暖期建筑物能耗情况中，比较具有代表性。这里通过对哈市某 家比较典型的间连大型区域锅炉房的采暖期运行状况进行全程的分析指导， 数据采集等以及汇总，并进行分析，得出具有普遍指导意义的规律与结论。 2 1 1 气象参数 哈尔滨位于我国东北地区，北纬3 9 * 4 8 ，东经1 2 6 。3 7 ，属于亚寒带大陆性 气候。采暖期从每年的1 0 月2 0 日到第二年的4 月2 0 日，共计约1 8 3 天。下面给 出其采暖气象资料： 冬季采暖室外计算温度一2 6 采暖期室外平均温度 一9 5 冬季通风室外计算温度 - 2 0 室外风速：夏季平均 3 5 m s 冬季平均 3 8 r n s 冬季最多风向平均4 7 m s 采暖时间1 7 9 - - 1 8 3 天 冬季日照6 3 最大冻土深度 2 0 5 m t 7 1 2 1 1 所选取的供暖系统简介 我们与哈尔滨市信托房产经营有限公司的松江分公司( 又称松江热源) 进行科研合作。松江热源位于哈尔滨市南郊的哈电机厂大院内，为大型机烧 区域锅炉房，在2 0 0 6 , - - - - 2 0 0 7 采暖期承担的供暖面积约为6 5 万m 2 ，拥有2 台 喻尔滨j 程人学硕十学位论文 6 5 吨热水锅炉，锅炉型号均为d z l 4 6 一1 2 5 1 3 0 7 0 a i i ，投入时问分别为2 0 0 5 年1 0 月和2 0 0 6 年1 0 月，主循环泵为立式离心泵，扬程5 2 m ，循环流量为 6 5 0m 3 h 。 t z 。；：2 。z = ：= 一 幽21 橙江热源锅炉外观圈 幽22 松江热源泵房内景 松江管网连接形式为枝状管网，下设本站、十八线、乐东、三合园、森 林人家、翠海、田园等七个换热站( 2 0 0 7 2 0 0 8 采暖期增加海富二期换热站) ， 其中本站换热站和十八线换热站所承担的是上世纪七八十年代的老建筑，非 肖能墙体，散热器采暖，围护结构保温效果较差；其余的换热站所承担的都 是近儿年完工的小区，节能保温墙体，采用地热采暖，围护结构保温效果较 好。其概况可见表2l ： 表21 松江热源各换热站概况单位：万m 2 轩称 本站 1 8 线三台园森林翠海 面积 l5 1 01 02 267 79 类型1 f 竹能1 卜协能仃能 竹能竹能 方式 散热器敞热器地热+ 散热嚣 地热地热 2 0 0 6 2 0 0 72 0 0 7 2 0 0 8 名称 田吲 乐尔海富 总面积总面积 面积 55 2 类型仁能霄能能 方式地热地热地热+ 散热器 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 主要采用的技术方法 热网运行要靠科学的方法去指导，本科研中主要从以下几个方面进行科 学的指导分析： ( 1 ) 室内外气温的科学获取与分析使用。所测量的温度主要包括室外温 度和室内温度。室外温度的测量与收集采用温度计实测、专业网站预测以及 历史数据记录查询等方法；对于室内温度的测量，分三个阶段进行，分别在 采暖初期、中期和末期进行，具体采用抽样测量法，随即抽样率不低于2 0 ， 测量仪器采用电子仪温度自记仪。每次测温的结果，都做到及时反馈，并相 应地调整日运行指令单。采暖期结束后，将所有实测数据汇总，求出采暖期 室内平均温度。 ( 2 ) 每日运行煤量的计算与执行。每日根据预测室外平均温度，计算当 日耗煤量和运行方式，对生产运行进行科学的指导。 ( 3 ) 系统的平衡。对于间连系统而言，这里的平衡包括热源与换热站之 间的平衡、换热站与热用户之间的平衡等，也就是一级网的平衡和二级网的 平衡。 ( 4 ) 根据当日室外平均气温，制定锅炉燃煤指令单，指导生产运行。同 时考虑到燃煤的质量变化范围较大，因而采取按购煤批次进行抽样化验，得 出每批原煤的热值，并作为煤量计算( 以吨计) 的考虑条件之一。 ( 5 ) 针对不同时期，供暖系统出现的问题及时展开研究，采取有效的措 施，及时解决问题。 2 3 本章小结 本章主要介绍了科研项目合作方的基本情况，包括热源，热网和换热站， 及其热用户的概况等，并简单描述了该科研项目主要采用的技术指导方法， 为指导采暖期的热网的经济运行打下了基础。 哈尔滨工程大学硕十学位论文 第3 章间连区域供暖系统热源的运行 热源是供暖企业的心脏，其稳定高效运行对整个热网的经济运行起着至 关重要的作用。锅炉的经济运行管理就是以锅炉良好的运行状态和安全可靠 为前提，运用先进的专业知识和科学的管理方法，提高锅炉运行效率，节约 能源，减少浪费，降低锅炉的各项热损耗，取得最佳的经济效益。 3 1 锅炉效率低下的原因 我国目前锅炉运行效率普遍较低，分析其主要原因有【8 l ： ( 1 ) 锅炉本身效率低。燃煤锅炉本身效率一般为6 5 - 7 5 ，燃气锅炉 本身效率一般8 5 , - 一9 0 。锅炉质量差、吨位小的接近效率范围的低值，锅 炉质量优、容量大的接近效率范围的高值。 ( 2 ) 管理不到位和司炉人员操作水平不高一l 不懂锅炉习性和规律，缺乏 专业运行和节能管理人才，运行单位缺乏管理机制、员工缺乏责任心，由管 理不到位引起的热损约为2 1 5 。 ( 3 ) 设备设计组合不匹配。设计估算热指标和水力计算偏大，盲目层层 加大供暖主辅机设备，且设备组合配置不合理。同时受旧有经济体制和粗犷 型经济发展的模式的影响，我国现运行的大部分锅炉，均没有配置完善的节 能控制设施，可造成约2 - - 1 0 热损失。 ( 4 ) 排烟温度过高。一般地，排烟温度应当控制在1 8 0 2 0 0 。但是 在我国多数供暖企业由于担心排烟温度低会对排烟系统尾部设备造成腐蚀， 或是对燃烧控制不佳往往导致排烟温度高于2 0 0 。c ，这可造成约5 l o 热 损失。 ( 5 ) 燃料未充分燃烧。这造成约l 1 0 热损失。如燃煤链条炉排炉每 层过厚、鼓引风配比不合理、炉排转速过快等。 ( 6 ) 锅炉及其附属设备散热。由于锅炉本体密封不严、设备保温不好， 造成约1 - - 2 热损失。 1 4 哈尔滨下程大学硕十学位论文 上述问题是一般供暖企业普遍存在的问题，也说明了提高热源效率方面 还有很多工作要做，还有很大潜力。 3 2 提高效率的方法 提高锅炉效率的常用方法i m j 总结如下： ( 1 ) 采用合理的调节风量，来满足燃料充分燃烧时的氧气供应。燃料在 锅炉内燃烧，燃烧过程不同，燃烧情况也不同。例如：燃料在链条炉排的锅 炉中燃烧，随炉排的转动而依次着火，燃烧是沿炉排长度方向分区进行的。 在炉排的前部和尾部需要空气量减少，而在炉排中部的燃烧区需要大量的空 气。根据这一现象，合理的调节送风量，使燃料在燃烧层充分的燃烧，对提 高锅炉的热效率，达到节能的目的是很重要的。 ( 2 ) 采用二次风系统，促进燃料完全燃烧。二次风能在锅炉内形成烟气 漩涡，这一方面增加了悬浮煤粉在炉膛内停留的时间，而使燃料充分地燃烧， 另一方面能使炉膛内的温度梯度降低，提高了炉膛内受热面的利用率，所以 采用二次风系统是改善燃烧条件的重要手段。据测算，利用二次风系统的锅 炉热效率可提高5 1 0 左右，效果十分显著。 ( 3 ) 对锅炉燃烧上自控设备，实现燃烧过程控制自动化。为适应锅炉负 荷变化，锅炉供热过程要不断变化，因而锅炉炉膛内燃烧过程也要变化。为 减少因操作不当而对燃烧的影响，对锅炉燃烧过程上实现自动化。当负荷变 化后，应自动改变煤的供给量和煤层的厚度，同时调节风量，以保证燃煤在 炉膛内充分合理地燃烧。利用微机控制不但能提高锅炉的热效率，而且对锅 炉安全运行及改善司炉工劳动条件及劳动强度也带来了好处。 ( 4 ) 加强水处理，促进热能的有效转换。锅炉经过一定时期的运行，其 内部将出现水中沉淀物，即结垢现象，这是很难避免的。据统计，锅炉结l m m 厚的垢，就要多燃料消耗3 5 ，并且锅炉结垢后对锅炉安全运行也极为 不利。从保证锅炉安全运行及节能方面考虑，加强锅炉水处理工艺的推广即 采取先进的水处理技术是十分必要的。 哈尔滨工程大学硕十学位论文 当前使用比较普遍的水处理设备是钠离子逆流再生交换器。这种水处理 方式对原水的适应性广，出水数量及质量，单位盐耗，自耗水量等指标都比 较先进，效果也比较理想。 大中型锅炉水处理中还常常采用真空除氧，真空除氧比大气式热力除氧 节省燃料，而且又能减少排烟损失，提高锅炉效率，所以是大中型锅炉有效 的水处理方式。 ( 5 ) 燃烧管理。在现有的锅炉设备条件下，使炉内送风和燃料达到最佳 配比来满足负荷需要，对层燃炉来说，燃烧层平整无发黑或喷火穿孔的现象， 火焰麦黄而匀密，炉前着火迅速，距炉尾0 3 m - - 一o 5 m 处基本燃尽。烟囱排 烟清淡略呈灰色，压力稳定，水位正常。还要及时处理跑、冒、滴、漏及保 温和烟垢、水垢的清除工作，保持锅炉受热面内外清洁。一要保持炉膛处于 微负压状态；二要及时清理、堵塞漏灰；三要经常冲洗、打扫设型l 。 ( 6 ) 加强锅炉及供热系统的维护，防止和减少热损失。锅炉运行时，由 于维护不当，对热效率影响也很大。为提高锅炉系统热效率，减少热损失， 在运行时应着重注意以下几个问题： 随时清除锅炉内的积灰，减少热损失。积灰对提高锅炉热效率十分有 害，当锅炉有效散热面的积灰l m m 厚时，热效率就要下降4 - - - 5 。因此及 时清除锅炉受热面的积灰是提高锅炉热效率的有效措施。目前清除锅炉积灰 主要有机械和化学方法两种，且以后者应用较广。化学清灰剂是用硝酸钾， 硫磺混合粉末组成，使用时用高压空气喷入炉膛与烟灰起化学反应，使灰垢 变得松散而脱落。 加强维护保养，防止和减少热量损失。由于锅炉及供热系统温度比环 境温度高的多，故锅炉本体及供热系统向周围放热而产生热损失在所难免。 为了减少热损失必须加强维护，对锅炉本体及系统要做好保温层，减少热损 失尤为重要。热力管网及阀门等漏水也是热损失一个不可忽视的环节，热力 管路的绝热保护必须妥善处理。对使用热水管道集气罐排气时，尽量使用自 1 6 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 动排气阀或密闭关锁阀门，避免用胡乱开阀门放热水。另外经常检查供热系 统中阀门，接头及散热器，及时消除漏水现象。 加强管理，提高节能意识。加强管理包括技术管理及成本管理两方面。 在技术管理方面，应根据具体情况尽可能设置完善的管理系统。如燃烧中应 该有取样装置，各种计量装置及仪表。设置水质化验室，以适应煤的工业分 析，烟气分析和会渣含碳量分析等需要。在成本管理方面，燃料管理是十分 重要的工作。煤场的原煤应按差别分别堆放。做好防风雨措施，减少自然损 耗。热水是供暖锅炉房的产品，产量要有计划，分析要有计量。锅炉设备维 修管理也是十分重要的，停炉时要有检查制度，并派专人维修，对操作人员 要加强节能意识的教育，形成一个人人讲节能，人人关心节能的局面。 3 3 热源的维修与维护 热源( 锅炉) 的夏季检修十分重要，它直接关系到锅炉在采暖期运行的稳 定性和效率。加强对各处供热设施的检修维护，发现泄露及时修理，对保温 层脱落及时更换，避免不必要的热损失。其检修除了对易损部件进行例行的 检查与更换外，还需要对锅炉内部的积灰、积垢进行清除，加强锅炉本体的 密闭性和保温性，对机械转动部件进行油封，以防生锈腐蚀等。 同时对锅炉房附属设备也必须进行相应的检修，主要包括鼓、引风机、 上煤除渣系统、自控设备等，确保锅炉在采暖期开始时就具备最佳运行状态。 在实际的调查中，我们发现不少供暖单位不是根据自己采暖面积所需热 量和流量去选用相应设备，而是盲目的增容，加大所谓的保险系数，造成实 际运行中选用大锅炉，大水泵和大管径。 由于网路系统存在热力失调，为满足局部不热的用户，多数单位往往是 加大或增加循环水泵，加大管径，增加散热器片，增加锅炉设备容量和耗煤 量，结果造成设备投资和运行费用的严重浪费。长期以来锅炉房运行方式多 为锅炉频烦启停，运行负荷很低，往往不到5 0 ，导致平均运行热效率只有 3 0 - 4 0 ，此外，供暖系统采用的循环泵也有类似的问题，大流量小温差 1 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 运行是普遍现象，许多供暖系统实行的流量是规定值的两倍以上，总供回水 温差多数为i o c 左右，有的甚至只有2 3 ，或选用的循环泵电机功率过 大，造成电能的极大浪费。 从室外管网情况来看，采用大管径是一普遍存在的问题，使多数系统比 实际需求量大一倍多，平均比压降一般多为3 0 p a - - 5 0 p a 。室内系统也有类似 现象，用户系统阻力很小，有的用户阻力只有2 0 k p a - - 3 0 k p a ，有的用户不足 l o k p a 。由于管道管径太大，阻力很小，致使循环水泵大流量、小扬程、低效 率运行。这样不但增大了管网的投资，而且加大了系统水的容量，增加了电 能消耗和管道的热损失。 3 4 下达锅炉日运行指令 锅炉的运行不能全凭靠所谓的经验，或者只根据热用户的反映就调整运 行方案。一旦有个别用户反映家里温度不达标就加大锅炉负荷，这样做是很 不科学的，必然会造成能源的大量浪费。 因而我们需要有根据的、科学的计算出一定时间段内，通常为一天，所 需的燃煤量，然后以此为据进行生产即可。当然，对于每天需求的煤量，除 了室外温度这个变量以外，还有很多其他的影响因素，因而计算结果也不是 绝对的，在实际的操作运行中可以根据实际情况进行适当的调整。 在每天耗煤量计算的过程中，影响因素较多，大致可以分为三类： ( 1 ) 采暖期内基本不变的因素。这里主要指的是热用户的类型，是节能 墙体还是非节能墙体、锅炉的运行效率、管网的运输效率等。 ( 2 ) 相对不固定的影响因素。这里指的主要是燃煤的热值和室外气温， 前者直接关系到当日燃煤量的多少，后者则在某种程度上与热网负荷呈单值 函数关系。 ( 3 ) 人为因素。司炉工的技术水平和认真程度会影响到锅炉的效率。周 末或者节假日，考虑到居民主要在家休息，为了增加社会效益，可以考虑适 当增加热负荷。 1 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 下面首先对主要的影响因素室外气温的科学选取进行论述。 3 4 1 指导气温的科学获取 室外气温是供暖企业的行为指令，获取准确的气温信息是科学生产的前 提，因此必须有准确可靠的气温来源。由于生产需要提前准备，我们只有根 据天气预报来判定当天的室外平均气温。根据中央电视台的天气预报或者网 上查询的气温信息，取未来二十四小时内的最高气温和最低气温，然后求平 均值作为未来二十四小时内生产的依据，计算当日的耗煤量。 但是，预测毕竟有一定的误差，为了对这种方法获取的室外气温的准确 度进行判定，我们对过去的几个采暖期的哈尔滨市室外温度数据的历史记录 进行了收集和汇总处理。这样的数据既科学又准确，然后与预测值进行对比。 这里选取黑龙江农业经济信息网的逐时气温记录。网址为： h 主主巳；z z 型：b ! j n ! ：曼q 婴z 垒! 垒z ! 墨g 墨主z g i 里金卫z g i ! 皇垒：巳b 卫。 图3 1 为哈尔滨市气温信息逐时收集页面，这里取用的是室外干球温度。 图3 。1 温度查询网站某日温度曲线图 取近三个采暖期的哈尔滨市预测室外气温和实际值进行对比，并制定出对比 曲线图，如图3 2 所示。 1 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 22 0 0 5 - - 2 0 0 6 采暖期温度对比曲线 然后求出当天的哈尔滨市室外平均温度，其结果可见表3 1 。 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 表3 1 近三个采暖期温度对比表单位： 名称0 4 , - - - 0 5 采暖期0 5 - 0 6 采暖期0 6 0 7 采暖期 预测室外平均温度 8 0 1 8 2 55 7 4 实际室外平均温度 7 9 7- 7 9 95 5 6 误差率 0 5 3 3 3 2 从图3 2 中我们可以看出日预测温度与实际温度平均值差别并不大，表 3 1 则对整个采暖期的平均温度进行对比，其误差大概只有3 左右。这说明 我们采用预测温度来指导我们的生产运行还是很科学的，而且一般预测温度 还稍低于实际温度，有利于我们做出保守的判断，使热用户得到实惠，增加 了社会效益。 由于建筑物围护结构都有一定的热惰性，也就是在一定时间内，向建筑 物输送足够热量后，一般地都可以使室内温度达标。 3 4 2 煤质的分析与化验 根据室外气温的计算，可以得到当日所需的总热量，为方便热源生产， 需要将其化为以质量计的原煤的数量。但是由于