供热系统消耗能量的环节和评估【古柏特选】

一、供热系统消耗能量的环节和评估1.供热系统消耗能量的环节 供热系统由热源把热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节 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 热能输送由热网承担，供热管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构和材料选择依敷设而异管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式，它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度；热网补水率来表示热网不泄漏的程度在热网管线上有时还设置中间加压泵，以降低和改善系统水力工况(设置在非空载干线上，还能节省输送电耗)，它的能量消耗设备是水泵，可用单位供热量的耗电来评定耗能水平。

能量转换是通过热力站热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 用热即终端系统用热设备城市集中供热主要是建筑物内的采暖(为简化分析只谈最大热用户)一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度它的耗能设备是采暖散热器其能量取决于建筑维护结构保温性能、保持的室内温度和外界环境的温度；其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平2.系统热耗的估计 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 可以这们认为：供热系统是由多个子系统组成热用户是终端，采暖散热器是终端用热设备热力站、二级网和终端组成二级网子系统，热力站热交换器成为该子系统的能量转换点，一级网水则为它的热源锅炉房(或热电厂首站)、一级网和热力站组成一级网子系统，势力站是该子系统的热用户，锅炉受热面(或首站热交换器)成为能量转换设备，锅炉(或热电厂经汽机的蒸汽)是热源。

锅炉本体(或热电厂)自成一个子系统，称为热源子系统若设采暖散热器耗热量为N0，二级网管路热损失为E1，泄漏热损失E2热力站内热损失E3，二级网管路热损失为E4，泄漏热损失E5，锅炉房(首站)内热损失E6输入能量是燃料热N3，能量损失包括化不完全燃烧损失E7、固体不完全燃烧损失E7、飞灰热损失E8、灰渣热损失E9，排烟热损失E10、(热电厂还应增加一项：供热分担的厂内热损失E11)，输出则是二级网子系统的输入能量N2 则：一级网子系统的输入热量N1=N0+E1+E2+E3 一级网子系统热能利用率B1=100×N0/N1(%) 二级网子系统的输入热量N2=N1+E4+E5+E6 二级网子系统的热能利用率B2=100×N1/N2(%) 热源子系统的输入热量N3=N2+E7+E8+E9+E10(6E11) 热源子系统热能利用率B3=100×N2/N3即锅炉热效率(热电厂热效率)(%) 供热系统热能利用率B=B1×B2×B3(%) 3.系统电耗的估计 系统电耗评估与热能评估一样可以子系统计算后叠加系统主要耗电设备有循环水泵、补水泵、鼓风机和引风机等它们单位供热量的电耗由下式计算： (1)水泵耗电量 s=(h∑0(G×△H)/(267.3×η)/∑N0 式中，G—水泵运行流量，！3/h；△H—水泵运行扬程m；η—水泵运行效率；∑N0—系统供热量；h—有效小时数。

(2)风机耗电量可用同一个计算公式此时 式中，G—风机运行风量；△H—风机运行风压；η—风机运行效率(对皮带传动应包括机械传动效率)；∑N0—系统供热量 4.系统泄漏损失的估计 系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失 (1)水资源损失量可认为等于系统补水量BS若系统运行循环水量为G，则 系统补水率P=100×BS/G(%) (2)系统泄漏热损失由下式计算： 单位供热量的泄漏热损失BR=［P×G×ρ×C(t1-t0)］/∑N0 式中ρ—水的密度，C—水的比热，t1—供水温度，t0—水源温度 二、从供热系统供热现状看节能潜力下面列举一些实例，一是说明供热系统供热现状能耗存在着很大的差别，节能潜力巨大二是说明经应用科学技术来改进和完善的系统，节能效果显著 1.1993年北京对住宅供暖煤耗进行抽查，结果是煤耗差别很大：数据如表2—1 表2-11993年北京住宅供暖煤耗情况统计 〖BG(〗〖BHDFG2，WK14ZQ1，K43，K4W〗单位供暖面积煤耗(kg/m2)〖〗22〖〗25〖〗31〖〗39 〖BHDG2〗占全市最单位的百分数(%)〖〗5〖〗20〖〗45〖〗30 〖BH〗与全市煤耗平均值比较(%)〖〗-30.71〖〗-21.26〖〗+2.36〖〗19.08〖BG)F〗 说明：★煤发热量为23.03MJ/Kg。

★全市煤耗平均值为32.75Kg/m2 2.浓阳惠天热电有限公司浓海热网(原沈阳第二热力公司)应用微机监控，节能可观：该公司于1993年12月7日对33个微机监控的热力站统计，采暖平均热指标为35.5Kcal/h.m2，而无微机监控的热力站统计，采暖平均热指标为42Kcal/h.m2这说明采用微机监控，实施科学运行，消除系统失调，可节能15%左右 3.山东省荣成市供热公司安装自力式平衡阀，既节能又增收：该公司文化站(热力站)是以热电厂蒸汽为热源的一个热力站供热面积12万平方米，分东、南、西北三条支线，连接91个热用户1997年在供水或回水管上共安装73台自力式流量控制器(除末端和压差较小的引入口不设置外，占全部热用户的80%)，使热网系统水力工况大为改善：原来三条支线的供回水温差分别为东区5.5℃、南区9.1℃、西北区15.2℃，现在的供回水一样，都是13℃，实现了水力平衡；经调整后的单位供热面积循环水量在2～3公斤/小时，大多数在2.5公斤/小时，达到设计要求；在与去年蒸汽用量持平的情况下：增加供热面积1万平方米，增收用户热费达18.8万元只运行一台45KW的水泵(原来是二台30KW的水泵)，节约循环水泵电费约70万元。

说明二级热网改善，解决了水平失调，就可节约热能8%，循环水泵电功率减少25% 表2-2三种敷设方式管道保温状况实测数据 〖BG(!〗〖BHDFG2，WK13ZQ1，K62，K6W〗敷设方式〖〗架空〖〗地沟〖〗直埋 〖BHDG2〗管道外径(mm)〖〗820〖〗820〖〗529 〖BH〗测点间距(m)〖〗355〖〗2133.5〖〗2647 〖BH〗保温材料/厚度(mm)〖〗海泡石/20〖〗岩棉/68〖〗聚氨脂/50 〖BH〗实测流量(M3/h)〖〗2228〖〗12642073〖〗353.5447.3 〖BH〗管壁温度(℃)〖〗69.869.5〖〗69.567.9〖〗69.368.4 〖BH〗单位面积热损失(W/2)〖〗850〖〗572〖〗92 〖BH〗沿途温度降(℃/km)〖〗0.85〖〗0.75〖〗0.34〖BG)F〗 说明：实测时间：1999.2.1实测时室外温度：3—4℃ 5.山东省烟台市民生小区计量收费改造试验有效果：1997年在建设部城建司的指导下，美国霍尼韦尔公司与烟台市合作在烟台市民生小区建立示范点进行计量收费的实验研究，试验有单管式和双管式系统，并有相应的对比楼。

试验楼内采暖系统入口都安装热量计、散热器前都设温控阀；入口的自力压差控制阀、立管的平衡阀、散热器回水支管的流量表、散热器上的热分配器按不同方案设置对比楼内只在采暖系统入口安装热量计 根据一个冬季运行的数据分析表明：没有过热和过冷现象，用户满意，能耗都低于对比楼，节能率4.13～10.76% 三、供热系统能耗悬殊的原因分析1.设备效率的不同： 锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标体现燃料热被有效利用的程度目前，燃煤供热锅炉的设计热效率(≥7MW)一般在75—85%(燃油、汽供热锅炉热效率在90%左右)但在使用时，由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等方面不同的原因，使锅炉的运行效率差别很大好的，能达到设计热效率，保证锅炉出力，差的，燃烧不完全、排烟温度高，各项热损失大，热效率不及50%，锅炉出力大幅度降低，导致能源浪费，大气环境，污染增加风机、水泵效率是由电能转化为有用功的份额，体现电能被有效利用的程度：目前，风机、水泵效率一般在55—75%它们的流(风)量和扬程(压头)的选择与配置是十分重要的选择与配置得当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，电耗少选择与位置得不当(一般是偏大)，装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多。

两者的相关可达10—30%不仅如此，锅炉的鼓、引风机配置不当，还会导致锅炉热效率下降，循环水泵配置当当，还会影响系统水力工况 风机是热源子系统的主要附属设备，水泵是热网(一级和二级)网子系统的主要设备其电耗大小，不但对电资源有影响，也对运行成本有显著影响由于城市集中供热热负荷有随气候及用热规律变化的特点，设置变速风机和水泵已在发展并被实践证明可以进一步节能 2.输送条件的不同： 热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果一般热网热效率应大于90—95%从上面实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求；而架空和管沟都达不要要求，其热损失远大于10%如果地沟积水，管道泡水，保温性能遭破坏，其热损失甚至大于裸管这一问题广泛存在于早期建设的热网 热网补水率可近似认为(忽略水热涨冷缩的补充)是输送过程失水的指标目前，热网(特别是二级网)运行补水率差别很大，在0.5～10%范围变化正常情况下，应在2%左右；好的，补水率可在1%以下；差的，管道泄漏和用户放(偷)水严重，补水率可达10%左右系统泄漏丢失的是热水，补充的是比回水低得多的冷水(一般是10—15℃)，要把它加热到供水温度至少是循环水的三倍(二级网运行供水温度一般为55—85℃，回水温度40—60℃)。

这就是说，系统补水不仅是水耗问题，热耗是更大的问题例如：补水率1%，即相当于减少至少3%的供热量；补水率10%，则相当于减少至少30%的供热量，其差别多大呀! 3.运行技术水平的不同： 热网水力失调度是流量分配不均程度的指标：按用户热负荷分配流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热网无水力失调若分配不当，出现冷、热不均现象，说明有水力失调，其失调度是大于或小于1大于1，会使用户室温过高，导致热量浪费，小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格是不允许的为解决失调问题，正确的做法应该是改进和完善热网，如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施；但至今仍然有大大量的系统不同程度地采用‘大流量小温差’来缓和这一问题其实，‘大流量小温差’运行并不减少供热的热损失，而且带来循环水泵电耗的大幅度增加和热源供热量的增大(电耗与流量、扬程成正比；在管网不变条件下，电功率随流量的三次方变化)实例说明，科学解决水力失调，系统在设计流量下运行，能挖出8—15%的供热量 科学运行调度实施按需供热，实现设备长期在高效率区间运行：做到这。