【摘 要】本文通過(guò)介紹渤海北區(qū)集中供熱站的熱平衡改造方案及其實(shí)施后產(chǎn)生的可觀的經(jīng)濟(jì)效益，來(lái)體現(xiàn)當(dāng)前供熱行業(yè)依靠先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)技術(shù)節(jié)能的緊迫性和重要性。
      【關(guān)鍵詞】集中供熱 熱平衡改造 循環(huán)泵 混水裝置 節(jié)能降耗

      1 前 言
      在能源日趨緊張的今天，節(jié)能已成為一個(gè)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大問(wèn)題。對(duì)于耗能大戶(hù)的供熱企業(yè)來(lái)講，節(jié)能更為重要，不僅影響供熱服務(wù)質(zhì)量，而且還關(guān)系到企業(yè)的生存與發(fā)展，意義重大。如何在確保供熱服務(wù)質(zhì)量的前提下降低能耗，是我們一直追求的目標(biāo)。圍繞這個(gè)目標(biāo)，近年來(lái)我們做了一系列探索工作，取得一定成績(jī)的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)能耗高低同管理水平有關(guān)，但主要取決于技術(shù)水平。在探索、解決本單位技術(shù)問(wèn)題時(shí)，發(fā)現(xiàn)其它單位也都存在著類(lèi)似問(wèn)題，造成很大浪費(fèi)。現(xiàn)就本供熱系統(tǒng)中存在的問(wèn)題、改造方案及實(shí)施效果，總結(jié)歸納出來(lái)以供同行參考。
      2 供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題
      華北油田華美物業(yè)管理處渤海北區(qū)集中供熱站于2004年10月建成并投入運(yùn)行，占地面積：2.1萬(wàn)m2，耗資5000多萬(wàn)元，安裝三臺(tái)DZL29-1.6/150/90-AⅡ3型熱水鍋爐，總裝機(jī)容量87兆瓦，四臺(tái)KQW/E300/650-160/6型凱泉牌循環(huán)泵，兩用兩備，一次管線長(zhǎng)12.4千米，下設(shè)6個(gè)換熱站，總供暖面積81.9萬(wàn)m2。供熱站設(shè)備性能先進(jìn)，機(jī)械自動(dòng)化控制已達(dá)到較高水平。但由于設(shè)計(jì)方面原因，設(shè)備間存在不匹配等的技術(shù)問(wèn)題，造成整體運(yùn)行效果不理想。尤其循環(huán)泵耗電量奇高，在2004-2005采暖期供熱站單位面積電耗：2.81 kW·h/m2，在華北油田范圍內(nèi)居中下水平。
      針對(duì)這種情況，在2005-2006采暖期，我們對(duì)四臺(tái)循環(huán)泵進(jìn)行葉輪車(chē)削改造，運(yùn)行時(shí)泵的出口閥門(mén)開(kāi)度有所增大，雖然有一定的效果，但節(jié)電并不明顯。為徹底解決耗電量居高不下的問(wèn)題，我們邀請(qǐng)了西安交大有豐富經(jīng)驗(yàn)的水力專(zhuān)家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)診斷，與我們共同分析能耗指標(biāo)（主要是電耗）偏高的主要原因，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)察看和資料數(shù)據(jù)分析，找出了造成供熱站高耗能的幾個(gè)因素，見(jiàn)下文。
      2.1  循環(huán)水泵選型錯(cuò)誤
      （1）循環(huán)泵揚(yáng)程與實(shí)際需要相差太大。主要是設(shè)計(jì)人員的“寧大勿小”的心理促使他們?cè)谔子糜嘘P(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，全部采用“上限疊加”的做法，致使選用水泵揚(yáng)程過(guò)高，電耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際需要，這是電耗偏高最主要的原因。本單位水泵揚(yáng)程60米，而通過(guò)兩個(gè)采暖期運(yùn)行記錄中各處壓力表讀數(shù)算出系統(tǒng)總阻力損失不過(guò)0.23MPa，水泵揚(yáng)程超過(guò)實(shí)際需要37米，至使工頻運(yùn)行水泵出口閥門(mén)無(wú)法開(kāi)大，只能開(kāi)啟1/3—1/4，否則電機(jī)就會(huì)過(guò)載，做為補(bǔ)充流量的變頻運(yùn)行水泵的出口閥門(mén)也不能全開(kāi)，閥門(mén)的節(jié)流阻力造成電能巨大浪費(fèi)。
      （2）循環(huán)泵流量低，單臺(tái)泵只能滿(mǎn)足單臺(tái)爐運(yùn)行。由于設(shè)計(jì)人員對(duì)水泵并聯(lián)運(yùn)行工況認(rèn)識(shí)不清，按單臺(tái)鍋爐配備單臺(tái)泵的方式設(shè)計(jì)。我單位鍋爐額定流量416t/h，平時(shí)兩臺(tái)爐運(yùn)行居多，系統(tǒng)流量最低要維持在800t/h，而循環(huán)泵的額定流量是650 t/h，必須兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行（一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行）才能滿(mǎn)足系統(tǒng)流量需求。但由于泵的揚(yáng)程過(guò)高，實(shí)際運(yùn)行時(shí)泵的出口閥門(mén)均處于半開(kāi)或微開(kāi)狀態(tài)，閥門(mén)的節(jié)流損失過(guò)大，造成兩臺(tái)泵都不在高效點(diǎn)運(yùn)行，浪費(fèi)大量電能。
      2.2  循環(huán)水泵連接錯(cuò)誤
      （1）循環(huán)泵出口安裝止回閥
      任何類(lèi)型的止回閥在管路中都會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生阻力，都會(huì)消耗電能。設(shè)計(jì)者按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，為防斷電時(shí)的“系統(tǒng)水倒流”，在循環(huán)泵出口設(shè)計(jì)安裝了止回閥。現(xiàn)代理論證實(shí)：熱水循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)完全的閉式循環(huán)系統(tǒng)，水克服各種阻力而在整個(gè)系統(tǒng)中“首尾相接”地流動(dòng)，當(dāng)斷電泵停時(shí)，水失去動(dòng)力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)停下來(lái)。這時(shí)沒(méi)有任何動(dòng)力使熱網(wǎng)中的水作反向流動(dòng)。盡管鍋爐的安裝位置都高于循環(huán)泵的位置，和循環(huán)泵之間都有一個(gè)高度差，但由于它是一個(gè)完全封閉系統(tǒng)，這個(gè)高度差產(chǎn)生的靜水壓強(qiáng)會(huì)同時(shí)存在于泵的兩側(cè)，其靜壓大小相等、方向相反，因此斷電時(shí)泵不會(huì)倒轉(zhuǎn)。在循環(huán)泵的出口處沒(méi)有必要安裝止回閥，此種做法只能增加系統(tǒng)阻力，增加泵的耗電量。
      （2）循環(huán)泵進(jìn)出口配直管且與系統(tǒng)總管以直三通相連
      可能是在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，也未對(duì)泵的進(jìn)出口配管的大小做經(jīng)濟(jì)比摩阻的計(jì)算，直接按水泵進(jìn)出口法蘭大小進(jìn)行配管（而由于結(jié)構(gòu)上的原因，泵體出口法蘭的公稱(chēng)直徑一般都小于入口直徑）。專(zhuān)家指出這可能增大系統(tǒng)阻力。同時(shí)指出——出口配管與系統(tǒng)總管以直三通相連，也會(huì)增加水泵配管阻力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成電能浪費(fèi)。
      2.3  熱水鍋爐供回水總管連接問(wèn)題
      （1）鍋爐供回水總管之間未設(shè)置旁通管,造成鍋爐循環(huán)水量超過(guò)額定值。
      本站鍋爐總供水與總回水管之間未設(shè)置旁通管，專(zhuān)家指出——在所有工況下，循環(huán)泵必須同時(shí)滿(mǎn)足熱網(wǎng)和鍋爐對(duì)循環(huán)水量的要求，由于溫差原因，熱網(wǎng)的循環(huán)水量一定會(huì)大于或等于鍋爐額定循環(huán)水量之和。如果沒(méi)有旁通管來(lái)分流，必然導(dǎo)至鍋爐實(shí)際循環(huán)水量有時(shí)會(huì)高于鍋爐的額定循環(huán)水量，造成鍋爐本體的阻力損失超過(guò)鍋爐使用書(shū)中給定的阻力損失（該鍋爐說(shuō)明書(shū)中給出的是0.03MPa，而我們實(shí)際運(yùn)行時(shí)達(dá)0.05MPa）。據(jù)流體力學(xué)計(jì)算可知：當(dāng)鍋爐的循環(huán)水量是額定循環(huán)水量的2倍時(shí)，鍋爐本體的阻力損失就會(huì)是額定阻力損失的4倍，而此時(shí)水泵所消耗的電功率就會(huì)是原來(lái)的8倍。如此不但電能浪費(fèi)嚴(yán)重，而且由于鍋爐阻力損失的增加，使熱網(wǎng)的總供水壓力下降，有時(shí)會(huì)無(wú)法保證熱網(wǎng)對(duì)供回水壓差的要求。
      （2）鍋爐進(jìn)口管加設(shè)止回閥。
      我們的熱力管道是按鍋爐進(jìn)出口閥門(mén)的型號(hào)DN300進(jìn)行布置安裝。設(shè)計(jì)者按蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)規(guī)范在每臺(tái)鍋爐進(jìn)口處都安裝了一個(gè)止回閥，按現(xiàn)代理論，此處設(shè)置止回閥毫無(wú)用處，只能加大鍋爐房?jī)?nèi)部管道的阻力損失，增加了水泵電耗。
      3 解決方案——實(shí)施系統(tǒng)熱平衡改造
      3.1更換節(jié)能型循環(huán)泵
      針對(duì)循環(huán)泵存在的問(wèn)題，我們與鍋爐管理單位共同考察同類(lèi)型先進(jìn)鍋爐房，并在熱能專(zhuān)家的幫助下，對(duì)我們供熱系統(tǒng)流量、阻力等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算分析，決定更換其中一臺(tái)循環(huán)泵，即將原先功率160kW、揚(yáng)程60米、流量600m3/h循環(huán)泵，更換成132 kW、揚(yáng)程33米、流量1200m3/h的循環(huán)泵，并實(shí)施單臺(tái)泵運(yùn)行、其它3臺(tái)作備用泵的改造方案。新循環(huán)泵為無(wú)錫市無(wú)雙水泵有限公司生產(chǎn)的SB-ZL 300S-250-375型無(wú)雙牌單級(jí)單吸清水離心泵，該泵采用雙渦室泵殼以消除葉輪在泵殼中工作的徑向力，可提高電機(jī)軸承使用壽命約2倍，降低泵噪聲可達(dá)2-3分貝，高效節(jié)能。安裝時(shí)在水泵出口配一個(gè)漸擴(kuò)管，然后再配出口閥門(mén)和出口管道，使水泵進(jìn)出口管道直徑相等。同時(shí)將原泵出口止回閥門(mén)去掉，在泵進(jìn)出口管道與系統(tǒng)總管連接處，采取了斜三通的配管方式，以進(jìn)一步減小局部阻力損失。
      3.2增設(shè)混水裝置
      為解決鍋爐超額定流量運(yùn)行所造成阻力增加的問(wèn)題，在鍋爐總回水干管與通往各換熱站高溫供水管之間增設(shè)一個(gè)混水裝置，就是在鍋爐的總回水管與各換熱站的高溫供水管之間各連接一根DN80的旁通管，每根旁通管各用一調(diào)節(jié)閥控制。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)此閥的開(kāi)度，使熱網(wǎng)大于鍋爐的水量不經(jīng)過(guò)鍋爐，而經(jīng)過(guò)這一混水裝置直接與通往各換熱站的高溫供水混合后送出，既起到旁通分流作用，保證鍋爐按額定循環(huán)水量運(yùn)行，又能通過(guò)調(diào)整混水流量大小徹底解決了不同換熱站對(duì)高溫供水溫度的不同需求。（見(jiàn)圖）
      4 實(shí)施效果
      如此改造后，新泵測(cè)試結(jié)果：滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，電流不過(guò)220A，揚(yáng)程33米，實(shí)際流量超過(guò)1200m3/h，單臺(tái)泵運(yùn)行就能滿(mǎn)足3臺(tái)鍋爐同時(shí)投運(yùn)的系統(tǒng)要求。
      在2006-2007采暖期，由于熱平衡改造方案的實(shí)施，使我們有條件采用“分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)”運(yùn)行方案，在隆冬時(shí)節(jié)三臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行，在天氣不異常寒冷時(shí)，我們一般運(yùn)行2臺(tái)鍋爐，通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，將泵的運(yùn)行頻率在90-95%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量控制在850-1100 m3/h之間，電流一般不超過(guò)170A。改造前不論是一臺(tái)、二臺(tái)還是三臺(tái)爐同時(shí)運(yùn)行，循環(huán)泵必須兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行才可能保證系統(tǒng)流量達(dá)到要求，我們都是采用“質(zhì)調(diào)節(jié)”方式運(yùn)行，一般流量控制在850 m3/h左右而電流則達(dá)到300A，有時(shí)更高。供熱站各項(xiàng)能耗情況前后對(duì)比（如表1），節(jié)能效果相當(dāng)明顯。
      由上表可以看出，2006-2007年度采暖期渤海北區(qū)集中供熱站在供暖面積比上個(gè)采暖期增加1.97萬(wàn)m2的前提下，同比節(jié)電38.89萬(wàn)kwh，節(jié)水8687.64m3,節(jié)煤3428t，折合資金180多萬(wàn)元；單耗下降：電31.58%、水39.29%、煤15.56%，不但節(jié)電成效顯著，其它兩項(xiàng)能耗也明顯降低，綜合能耗指標(biāo)在華北油田供熱系統(tǒng)達(dá)到領(lǐng)先水平。
      5 結(jié) 論
      對(duì)于供熱系統(tǒng)，循環(huán)泵選用是否匹配、系統(tǒng)管路安裝的是否合理，直接影響著供熱效果和能耗的高低。建議存在同樣問(wèn)題的供熱企業(yè)積極實(shí)施上述節(jié)能改造措施，雖然有一定的投入，但實(shí)效果相當(dāng)明顯，系統(tǒng)能耗明顯下降，當(dāng)年可從節(jié)約的成本中收回改造費(fèi)用。目前該方案已在華北油田供熱系統(tǒng)全面推廣。