基于实际工程的集中供热系统现代化改造能耗分析研究

ｈ一管网供水起点热水焓值，ｋＪ／ｋｇ。　２）蒸汽管网能耗　Ｑｚ＝Ｑ１＋０２＋Ｏ３＋Ｑ４＋Ｏｑ２　（１　０）　式中：　０　——管道热损失，ＧＪ；　０厂管道凝结水及跑冒滴漏损失的热量，ＧＪ；　Ｑ『＿—供暖用户经换热后凝水损失的热量，ＧＪ；　Ｏ广一工业用户消耗掉的热量，ＧＬ］；　Ｏ　厂—经过换热站提供给二次网的热量，ＧＬ］。　４热力用户　热用户能耗为：Ｙ＝ｍＡＹ（１　１）　式中：　Ａ＿　用户面积，ｍ　：　ｙ＿——热用户能耗，　ｍ　。　监测控制系统的采用将增加一部分电耗，但对　变频泵的实时调节将节省很大能耗。此外，采用分　布式变频泵将节约很大～部分电耗。　１）变频水泵能耗。在管网特性曲线不变即不　对管网进行调节的条件下，水泵所耗功率与流量的　关系如式（１２）：　ｍ—ｌ；ｆ　Ｑ１　１３　Ｎ２　Ｏ２　（１２）　式中：　Ｎ１．Ｎ厂水泵功率，ｋｗ；　Ｏ１、Ｑ广水泵流量，ｍ＿３／ｈ。　２）分布式变频泵能耗模型。在传统的城市供　热系统设计中，根据最远、最不利热力站资用压差　选择系统的循环水泵，通常仅在热源处设置循环水　泵，克服热源、热网和热力站系统的阻力。然而在供　热系统近户端，则会形成过多资用压头，近端热力　站要通过调节各种流量阀门来消耗多余资用压头。　这样的节流调节会导致系统无效电耗和水力失调　现象。分布式供热则在热源处设置扬程较小的循环　泵，然后在外网沿途设置多个加压循环泵，采用“接　力棒”办法，共同实现热媒输送工作。热源处设置循　环泵承担热源内部水循环，换热站内的循环泵承担　热媒输送和保证热力站必要资用压头的功能，并通　过变频装置实现变流量调节。这种方式基本消除无　２４　２０１５年１０月　效电耗，减少初投资。　根据特兰根定律，传统供暖系统热源循环水泵　轴功率Ｐ　为：　Ｐｎ＝２．７３ＱＨ／（１０００ＴＩ）　（１３）　式中：　Ｐ　—传统供热系统中热源循环水泵的轴功率，ｋｗ：　ｏ＿—　熟源循环泵流量，ｍ３／ｈ：　—熟源循环泵扬程，ｍ；　１１——热源循环泵效率，取７０％。　当采用分布式变频泵系统时，循环泵的轴功率Ｐ　为：　［０．△　高Ｑｉｃ　Ａ　Ｈｕ＋Ｈ￣　］ｃ　式中：　Ｐ　—分布式系统循环泵的轴功率，ｋｗ：　Ｑ＿—熟源循环泵流量，ｍＳ／ｈ：　Ｏ广一第１个换热站循环泵流量，ｍＳ／ｈ；　Ｈ厂第１个换热站与热源之间总沿程阻力损失　ｍ　——热源循环泵效率；　△Ｈ　—熟源内部压力损失：　△Ｈ．　—换热站内压力损失。　对某实际工程进行分析　１．项目工程背景　该市地处北方寒冷地区，采暖期累计３６００小　时，由于未全面实施集中供热，因此民用采暖炉灶、　分散供热锅炉和燃气小型锅炉遍布城镇区域。据调　查统计，市内现共有燃气锅炉１０７台ｉ市区总建筑　面积１　２００万ｍ　，其中住宅面积１　０５０万ｍ２，公建建筑　１　５０万ｍｚｏ全市热源供热能力９８０ＭＷ，集中供热面积　９８０万ｍ　，其中　杰面积８５０万ｍ２，公建面积１　３Ｏ万ｍ２。　目前，市区新旧建筑进行节能改造、实施热计　量面积达２７５万ｍ　，占现有住宅集中供热面积的　３８．７；；ｊ。该市试运行“两部制”热价比例为：基本热价占　３０％，计量热价占７０％。居民住宅基本热价５＿８元／ｍｚ，　计量热价为０．１　３５元／ｋＷ・ｈ。　从系统控制与热网现状角度分析，目前锅炉运　行尚未安装完善的监控系统，平均效率仅有５８％，耗　煤量大；大部分系统采用直供，供回水温度平均在　９０／６５ｏｃ；采用间供系统，热源处供回水温度平均在　９８／６６ｏｃ，热力站处供回水温度平均在５５／４５ｃ１：：采用　地暖采暖的建筑物未另设热力站，而是与采用散热　器采暖的建筑物使用同一管网，导致热舒遣ｌＩ生　氐。　２＿供热系统建设规模　１）热源规模　根据该市总体规划，２０２０年需供热的建筑面　积达到２０９６．６８万ｍ　，供热负荷为１　０５５．６８ＭＷ，城市　集中供热热源建设规模为：于２０１　５年，该市东北部　建成２　Ｘ　３５０ＭＷ供热机组，配２　ｘ　１０２５ｔ／ｈ煤粉锅　炉，其额定采暖抽汽量为２　ｘ　３５０ｔ／ｈ，最大采暖抽汽　量为２Ｘ　５５Ｏｔ／ｈ。以热电厂为主热源，对市内原有部　分锅炉进行拆除，保留原有部分燃煤锅炉作为调峰　锅炉。采用热电厂与调峰锅炉房联合运行，可满足　该区域热负荷需要。　２）热力站规模　规划供热区域内共设热力站２６４座（其中新建　热力站有１６５座，利用原有锅炉房改造有５座），其　中：Ａ型１３５座、Ｂ型１０６座、Ｃ型１７座、Ｄ型６座。　热力站类型见表１。　表１热力站类型　类型　供热量　Ｗ　Ａ　＜５　Ｂ　５～１０　Ｃ　ｌ０－Ｉ５　Ｄ　１５～２０　３）供热管网规模　从２０１　５年Ｎ２０２０年，二次管网需新建设　８５２．４６万ｍ　。热力网由热电厂引出的供热主管道和　连结备区域热力站的分支管道共同组成。规划由热　电厂弓Ｉ出的总干管ＤＮ１　２００，而后分出三条热水主　管网，其中一条ＤＮ１２００、一条ＤＮ９００和一条ＤＮ６００。　其中供热半径最大为９．４３ｋｍ，供热距离最远为　１１．９２ｋｍ。具体走向见图１。　４）用户热计量规模　对４８０万ｍ　的住宅建筑进行栋楼热力入口改造，　４４４０栋楼供热系统入口处安装自力式压差调节控制　阀，满足供热系统水力平衡的要求。５３２８０户内安装温　控阀，安装热量表；为４４４０栋住宅建筑安装远程智能　抄表系统，实现供　斗量与热表数据远传。对全音　有　节能建筑及已经节能ｂ双１＂目　－口　延巩＂　－＜＿－丁７　￣计量安装。　表２热电厂主要技术指标　指标名称　单位　一期　年供热量　Ｇ１｛ａ　５５３８４４９　年发电量　ｋＷ・ｈ／ａ　３８５Ｏ０Ｏ０ＯＯＯ　采暖期发电量　ｋＷ－ｈ／ａ　２１１５８４００００　全厂耗热量　Ｇｊｆａ　３９０５８８８６．９０　供热耗热量　ＧＪ／ａ　６２７９４２１　发电耗热量　ＧＪ／ａ　３２７７９４６６　供热热效率　０　８８２　发电热效率　％　４２－３　发电热耗　ｋＪ　．ｂ　８５１４　发电标准煤耗　ｅＣｋＷ・ｈ　２９０．５１　供热标准煤耗　ｋｇ／ＧＪ　３９　８９　全厂热效率　％　４９．７％　采暖期热电比　％　６２．９％　全年热电比　％　４０．０％　３　１）热源能耗分析　热电厂主要技术指标见表２。　遵循该市２０１０－２０２０年供热规划，采用分散　燃煤锅炉进行采暖，２０１　５年整体集中供热系统单　位供热量耗煤为５２．４５ｋｇｃｅ／ＧＪ；至２０２０年，采用热　电联产集中供热系统，参照热电厂主要技术指标，　热源处单位供热量耗煤为３９．８９ｋｇｃｅ／ＧＪ，综合１　４　座调峰锅炉房，初定热化系数为０．７，多热源综合单　位供热量耗煤为４３．６５ｋｇｃｅ／ＧＪ。热源处合计减少耗　煤量４．８９ｋｇｃｅ／ｍ　。　２）热网能耗分析　２０１２年一次网管网起始平均温度为９２ｃｃ，一　次网末端平均温度为８８ｃ１：，管网热损失为９．５ｊｊ；；二　次网起始平均温度为５２ｃｃ，二次网末端平均温度为　ＷＷＷ　ｃｈｉｎａｇｒｚｌ　ｃｎ　２５　表３改造前后参数对比表　节能指标　系统总供热量　系统总补水量　系统总耗电量　摩外管网平均输送效率　２Ｏ１２　０　８５ＧＪ／ｍ　１１３　８ｋｇ／ｍ　９１２４８９０ｋＷ．ｈ　８２％　２Ｏ１５　０　５６ＧＪ／ｍ　１０４．１ｋｇ／ｍ　ｌ１５８５０７３ｋＷ・ｈ　８４％　２０２０（未进行建筑节能改造）　０．３８ＧＪ／ｍ　７３．２ｋｇ／ｍ　２８６４５７１７ｋＷ＿ｈ　９０．５％　２０２０（进行建筑　能改造）　０　３２ＧＪ／ｍ　６１　８ｋｇ／ｍ　２８６４５７１７ｋＷ・ｈ　９０　５％　ＣＯ：排放量　系统采暖设计综合热指标　最大负荷耗煤量　单位面积能耗　５７２２１　０ｔ　７ＯＷ／ｍ　３０　９７ｋｇｃｅ／ｍ　２１．０５ｋｇｃｅ／ｍ　６７４７４０ｔ　６５　｜　２８　７６ｋｇｃｄｍ　１　９．５６ｋｇｃｅ／ｍ　７８８８３０ｔ　４５　Ｗ，ＩＴＩ　１９．９６ｋｇｃｅ／ｍ　１３．５７ｋｇｃｅ／ｍ　６６６１　７５ｔ　３８Ⅵ　ｍ　１　６　８９ｋｇｃｅ／ｍ　１　１．４９ｋｇｃｅ／ｍ　进行系统改造未考虑建筑外围护结构改造，其总节能率达到３２．１％；　既进行系统改造又进行建筑外围护结构改造，其总节能率达到４２．８％。　５１ｃＣ，管网热损失为２２％；热力站换热效率为６５％；　则室外管网平均输送效率为８２％。　根据该市２０１　５年付　Ｅ见划，预计一次网管网使　其平均温度为１０５ｃｃ，一次网末端平均温度为１０１ｃｃ，　和系统自动化改造（能耗减少２．０４ｋｇｃｅ／ｍ　），最大负　荷采暖单位面积能耗可降至１　９．９６ｋｇｃｅ／ｍ　，折合单位　面积采暖设计综合热指标为４５Ｗ／ｍ　，低于规划所述　２０２０年民用建筑采暖设计综合热指标５９．４５Ｗ／ｍ　。　４改造前后对比　管网热损失为７２５％；二次网起始平均温度为６５ｃｃ，二　次网末端平均温度为６３。ｃ，管网热损失为１　，热力　站换热效率为６　；则室外管网平均输送效率为８４％。　经过现代化改造，２０２０年预计一次网管网使其　平均温度为１　２５ｃｃ，一次网末端平均温度为１　２２ｃＣ，　改造前后参数对比见表３。　结论　通过改造，将热电厂并入集中供热系统中，用　一管网热损失为３．２％：二次网起始平均温度为７３ｃｃ，　二次网末端平均温度为７１。Ｃ，管网热损失为７．３％，　热力站换热效率为７８％；折合室外管网平均输送效　率为９０．５名。　个集中热源代替多个分散小锅炉房，用地可以节　省，同时减少煤、灰渣堆放场地，还可以减少煤和灰　渣在运输过程中散落以及减少城市噪音，改善城市　环境卫生。新建１６５个热力站，进行水泵变频改造，　扩展自动控制能耗监控平台，可达到年节标煤约　ｌ１．１　５万吨，每平方米节约５．９９千克标准煤，达到　１　３．５７ｋｇｃｅ／ｍ　；ＣＯ２排放量每平方米减少１　６．６３ｋｇ：共　减少烟尘排放２７１．５４ｔ，减少Ｓ０２排放３１　５．９４ｔ。如　由此可见，热网输送效率从２０１　５年的８４％提　升至２０２０年的９０．５％，效率增加６．５％，能耗减少　１．８７ｋｇｃｅ／ｍ　。　３）自动控制改造后能耗分析　从２０１　５年开始，对未进行自动化控制的供热　系统进行自动控制改造，加入气候补偿器、变频控　制和热计量改造，用户可自由进行热量调节，实现　果进一步进行建筑围护结构三步节能改造，可节约　标煤６．１万吨，达到ｌ１．４９ｋｇｃｅ／ｍ　，使用单位面积能　耗与度日数的比值作为该市集中供热系统与国际　水平的比较指标，该市比值为０．００３６３１，低于丹麦　集中供热系统水平，高于德国和法国平均水平。　通过改造，增加原有热力站供热能力、提高供　热力站变频泵自主调节。按照变频水泵的节能潜力　分析根据水泵比例定理，根据定流量的７５％计算变　流量，由于功率是流量的三次方，于是节电量是　０．５８，折合减少耗煤量７．１％（电耗折算煤耗，折算因　子０．１　２２９），能耗减少２．０４ｋｇｃｅ／ｍ　。　４）２０２０年采暖单位面积能耗　该市集中供热系统经过从２０１　６年至２０２０年　热效率，实现每平方米供热量减少３０．７３％，系统总　耗电量由于热力站和自控变频设备增加５９．６６％，管　网输热效率提高至９０．　，并延长管网寿命至少　３０％。结合建筑节能改造，最终节能量达４２．８名，与国　际水平相当。从而提高企业收益，带来巨大经济效　的现代化改造，包括热电联产热源改造（能耗减少　４．８９ｋｇｃｅ／ｍ　），管网整合改造（能耗减少２．２４ｋｇｃｅ／ｍ　）　益和社会效益。棚　２６　２０１　５年１０月