锅炉房供暖系统节能改造可行性研究报告

锅炉房节能可行性研究报告北京科技有限公司2010年4月摘要本报告是对试点项目锅炉房供暖系统节能改造的可行性研究分析。进行数据分析的来源和依据分别是对试点项目的能耗监测记录和现行的国家及行业节能标准。经过分析研究试点项目采暖耗热量为3175W/M2，高出北京市耗热量指标206W/M2达5411；燃气用量超标748255M3；水泵的实际耗电输热比是设计条件下值的134倍；水力平衡度最大值1521，最小值0743，存在水力失调现象。综合分析试点项目约有3040的节能空间。通过节能技术分析并结合试点项目实际情况，以及考虑施工难度，在一期节能改造过程中选取水力平衡调节、锅炉集中控制和水泵变频技术，一期节能完成后再进行能耗分析测评，指导二期节能工作。而一期节能改造的总投资额为1001,43296，改造后每年可节省能源费用386,35731，在不考虑资金时间价值的前提下投资回收期为26年，节能费用节省率为861。关键词节能耗热量水力平衡锅炉集中控制投资回收目录一、试点项目介绍能11建筑概况12供热系统运行设备状况1二、数据监测31供热室外环境32系统运行数据4三、数据分析41采暖耗热量和燃气用量42水泵耗电输热比63管网水力平衡度64锅炉排烟温度8四、节能技术分析81水力平衡调节82水泵选择103其他节能技术124采取的节能措施14五、合同能源管理及运作模式151EMC概念152EMC意义153运行模式16六、节能经济分析181节能改造投资估算182节能改造前后经济数据比较203投资收益20附录11供热系统能耗监测与节能技术经济分析锅炉房节能可行性研究报告、试点项目介绍能1建筑概况锅炉房位于海淀区小区内，负责供给的采暖用户总建筑面积为184151。供暖区域分为低区和高区，低区主要包括小区内中低层建筑和高层建筑的中下层供暖；高区包括小区内的高层建筑的中上层供暖。详细数据参见附录1（锅炉房供暖系统室外管网图）。2供热系统运行设备状况锅炉房主要设备技术参数及其投产时间详见下表明细表1锅炉房主要设备参数序号设备名称单位数量设备型号技术参数安装日期安装位置厂家备注1全自动燃气热水锅炉台4WNS4210/95/70Q额定热功率42MW额定出水压力10MPA额定出口/进口水温95/70产品编号3732/3730/37制造许可证及编号A级201030052002年锅炉间金牛股份有限公司2SBZL型单级单吸清水离心泵台2SBZL125100310型配用功率22KW流量200M3/H泵效率80扬程28M出厂编号02656转速1475RPM出厂日期2002年10月动环与静环型号规格104452002年一次水循环泵无锡市无双水泵有限公司3循环泵台1SB（R）ZL200150300型配用功率37KW流量400M3/H扬程25M转速1475RPM2002年一次水循环泵4循环泵台2SBZL150125340A型配用功率45KW流量320M3/H扬程345M转速1475RPM2002年二次水循环泵低区5板式换热器台4FBR08型换热面积120M2板材SUS304设计温度150总重2796KG设计压力16MPA试验压力20MPA2002年高区2台低区2台6补水泵台250DLX2型配用功率3KW流量9M3/H扬程266M转速1450RPM2002年一次补水泵7SBZL型单级单吸清水离心泵台2SBZL150125340型配用功率45KW流量320M3/H泵效率82扬程345M出厂编号02660转速1475RPM出厂日期2002年10月动环与静环型号规格104452002年二次水循环泵高区8SBDL型立式多极离心泵台250DLX5型配用功率55KW流量126M3/H扬程61M转速1450RPM出厂日期2002年9月2002年二次补水泵高区9SBDL型立式多极离心泵台250DLX3型配用功率3KW流量126M3/H泵效率54扬程366M转速1450RPM出厂日期2002年9月2002年二次补水泵低区无锡市无双水泵有限公司10除污器个3DN3002002年泵间软化间11拼装式软水装置个2产品型号JT030产品规格1400MM工作压力03MPA出水量30T/H出水水质003MG/L出厂编号20021005201出厂日期20021052002年泵间软化间12除氧器加药箱个1容积14M3材质PVC设备重量600KG编号20021005205出厂日期20021052002年泵间软化间13软化水加药箱1容积14M3材质PVC设备重量600KG编号20021005206出厂日期20021052002年泵间软化间宜兴市江通科技环保有限公司14除氧器台22002年泵间软化间、数据监测1供热室外环境从2009年11月3日开始北京市进入冬季采暖，采暖期结束时间为2010年3月22日。通过供暖能耗分析与评价系统平台对每日气象的监测和数据记录，绘制出整个采暖季节的室外气象数据折线图，见下图图1北京市2009/112010/3室外最高温度/（MAXTEMPERATURE/）图2北京市2009/112010/3室外最低温度（MINTEMPERATURE/）图3北京市2009/112010/3室外相对湿度/（RELATIVEHUMIDITY/）图4北京市2009/112010/3室外大气压力/HPA（PRESSURE/HPA）2系统运行数据系统运行数据详见供热能耗分析与评价系统平台数据报表，参见北京市海淀区供暖经营中心20092010年锅炉房日志。、数据分析1采暖耗热量和燃气用量1采暖耗热量Q1163LRQNET/DTAQ采暖期建筑物耗热量W/M2LR燃气用量M3（数据来源于系统运行数据监测记录）QNET燃气低位热值，取值8500KCAL/M3锅炉效率（参见金牛全自动燃气热水锅炉WNS4210/95/70Q型技术参数表）D采暖天数，按139天计T采暖小时数，按24小时计A采暖面积，按184151M2计算计算表锅炉名称燃气用量M3锅炉效率采暖面积M2建筑物耗热量W/M2燃气锅炉1523765925/燃气锅炉2550440925/燃气锅炉3598484925/燃气锅炉4458431925/合计2131120/1841513175注上表中计算数值以在锅炉额定效率工况下、未参与锅炉和管网热损失计算。依据民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ2695附录全国主要城镇采暖期有关参数及建筑物耗热量、采暖耗煤量指标，北京市耗热量指标为206W/M2。而锅炉房采暖期建筑物耗热量根据燃气使用量计算（未参与锅炉和管网热损失计算）为3175W/M2，远高于规定值达5411，初步诊断能耗偏高。2燃气用量指标采用北京市耗热量指标206W/M2为基数，反推计算，燃气用量指标为LRZQZADT/1163QNET20618415113924/116385009251382865M3值值值206值值值317505101520253035值值值值值值LLRLRZ21311201382865748255M3由上式计算可以看出，如果采取有效的节能手段，把约748255M3的燃气节约下来，将可创收很大的节能收益。我们在以下第五章节能经济分析中具体分析计算节能效益。2水泵耗电输热比水泵耗电输热比HER/QP/24QA0005614AL/T序号12345678910分项建筑面积实耗功率循环水量供水温度回水温度供回水温差实际供热量水泵日耗电量实际运行HER设计条件HER单位KWM3/SKWH/DKWH/D锅炉18415144011158043015016720010560006300059高区/450089485434514547810800023700068低区/450089477400776866310800015700068由上表看出水泵的实际运行HER均大于设计条件下的值，是设计条件下值的134倍，平均相差00087，超出节能要求。3管网水力平衡度热水网路水力平衡度HBJGWM,J/GWD,J供暖面积供水流量回水流量设计流量序号地点M3/HM3/HM3/H室外管网水力平衡度1蓟门北里小区1474516992134651423511942蓟门北里小区2485319640146751455913493蓟门北里小区3416817891152351250414314蓟门北里小区4429416013122461288212435蓟门北里小区5387415163114271162213056蓟门北里小区6388715360118781166113177蓟门东里小区21068439547375523205212348蓟门东里小区3776232455312252328613949蓟门东里小区410223287452684730669093710蓟门东里小区58978366393448426934136011蓟门东里小区610209379273280630627123812蓟门东里小区77780271122489423340116213蓟门东里小区810129392883394330387129314蓟门东里小区97793278412545723379119115蓟门东里小区1010684284792711032052088916蓟门东里小区1112787319923036438361083417蓟门东里小区12315012719118979450134618蓟门东里小区13315914412127139477152119蓟门南里小区14057151261032912171124320蓟门南里小区24237167601165812711131921蓟门南里小区33806172431171611418151022蓟门南里小区438068479793211418074323蓟门南里小区54200111721002612600088724蓟门南里小区63806120591148611418105625蓟门南里小区74170166831179712510133426蓟门南里小区84201164551259912603130627蓟门南里小区94118135361167512354109628蓟门南里小区104194106759874125820848注设计流量数据取之于原始资料锅炉房供暖外线图，因年代久远，实际设计流量需参考原值且按照现行节能标准重新计算。根据采暖居住建筑节能检验标准（JGJ1322001）52合格判据规定“526室外供热管网各个热力入口处的水力平衡度HBJ应为0912”。从计算表可以看出位于0912之间的值不多，而水力平衡度最大值0521，水力失调现象比较严重；这势必造成供暖用户室内热环境不均衡，用户热舒适度不合理，有些地方过冷，有些地方过热。过冷区用户可能会投诉，而过热区用户可能通过开窗等散热手段调节室内过热的环境，久之则造成能源浪费。根据实测室内温度等数据分析统计，用户热舒适度不合标部分可间接造成输送温度比正常温度高出1620，近似于5温差。4锅炉排烟温度通过监测数据分析采暖期内锅炉排烟温度在120225之间，大部分时间处于正常范围以内，超范围时间较少。建议在系统运行过程中通过操作管理做适当调整。、节能技术分析1水力平衡调节1水力平衡原理在热网中，水力失调经常会出现，后果就是各支路的流量分配不均匀，产生冷热不均。为了使不利环路建筑达到起码的舒适温度，一般有两种方法一是加大循环泵的循环水量，结果最不利环路的流量得到了保证，但有利环路的流量会大大超过所需要的流量，不但浪费了热能，还浪费了电能，二是提高整个管网的运行水温，则其他建筑的平均室温往往超过设计温度，从而造成热能的浪费。为使室外供热管网中通过个建筑的并联环路达到水力平衡，其主要手段是在各环路的建筑入口处设置调节装置，以消除环路余压。一般关闭阀（如闸阀、截止阀、球阀等）之所以不宜作为调压之用，是因为其“流量开启度”特性曲线呈非线性关系。为便于进行调节流量的阀门应具有接近线性关系的“流量开启度”特性曲线。可以作为调节装置用的产品有手动调节阀和平衡阀。平衡阀除具有调压的作用外，还可用来测定通过的流量。在初调节时通过平衡调试使各支路的流量达到设计流量的要求，即使网路的工况发生了变化，也能够将新的水量按照设计工况的比例平衡的分配，各个支路的流量同时按比例增减，仍能满足当前气候条件下的部分负荷的流量要求，也就是达到了实际需要的热平衡。2节能模拟分析根据第三章数据分析，在没有使用平衡阀之前，有35热使用过剩的住户，这部分供热面积约184151035，其室内平均温度比正常室温偏高1620，近似于5温差。在使用平衡阀之后，使室内温度下降到正常室温，节省了一部分热量。根据耗热量公式QV1QVVWTN1TW且QV1QF1FQV2QVVWTN2TW且QV2QF2FQV1室内温度正常时建筑物的耗热量，W。QV2室内温度超标时建筑物的耗热量，W。QV建筑物的体积热指标，W/3。VW建筑物的外围体积，3TN1室内标准温度，取18。TN2室内超标温度，取近似值5。TW室外平均温度，9度（北京地区）。F建筑物的建筑面积，。QF1室温18度时建筑物的面积热指标，取56W/。QF2室温超标时建筑物的面积热指标,W/。将以上数据代入公式QVVWTN19/QVVWTN159F56/FQF2可以得出QF2QF16637W/56W/1037W/,可以看出当室温超出正常温度5时多耗热1037W/,热使用过剩的住户每年多耗热量Q1037W/24H125天1841510352005199KWH若热量加以016元/KWH计算，可节约2005199016320831元2水泵选择1变频技术锅炉房供热系统的一次侧采用两台22KW单级单吸清水离心泵，二次侧低区采用两台45KW单级单吸清水离心泵，高区采用两台45KW单级单吸清水离心泵提供管网的循环动力。选泵的原则是泵的流量不能小于外网的所需流量，一般按照外网的理论流量的1112倍，扬程按管路及用户总阻力的105110倍进行选择。这时对应的轴功率已大于100。可见按定流量的运行方式，水泵运行电耗是很大的。下面是对循环水泵的性能分析水泵的轴功率是与水泵流量和扬程的乘积成正比。因此，水泵的流量、扬程和轴功率均与水泵的叶轮转速之间存在着一定的比例关系。亦即由右图（水泵的流量、扬程，轴功率之间的关系）也可以看出三者之间的关系水泵的扬程与流量的平方成正比水泵的轴功率与流量的立方成正比。当水泵的流量降低20的时候，电机的转速就降低20，水泵的电耗将降低50当水泵的流量降低50的时候，电机的转速就降低50，水泵的电耗降低875。因此，在保证系统规定流量的前提下，有效地降低水泵的流量，节约电能效果显著。由上面分析得出多区和高区应在现有的水泵上加载变频技术。在水泵变频定流量的同时对由于水泵变频定流量而达不到设计流量的供暖支路加装加压泵来达到流量设计标准，对大于设计流量的供暖支路采取加装水力平衡阀来控制管路流量达到设计标准。2节电住户的室内温度超过正常温度，根本原因是建筑物的循环流量大大超过于设计流量。石兆玉教授在其编写的供热系统运行调节与控制一书中曾明确阐明“当近端用户室温达到20以上甚至热的开窗户时，其热用户的流量一般要超过设计流量的23倍以上，当末端用户室温连10都达不到时，其水流量一般不会超过设计流量的05倍。”以正常的水流量3KG/H计算，锅炉房供热系统的设计流量为552453T/H，根据石兆玉教授的论述，其实际流量是设计流量的117倍。一个采暖期以125天计算，采用变频技术后，每小时可节约电能为NXNMNNMG/GM3NM90552453/739054506KW这样每年可节省电能54506KW24H125天16351788KWH如果电价以072元/KW计算每年节约1635178807211773287元3其他节能技术1气候补偿系统气候补偿系统可根据室外温度的变化控制和调节输送给用户的供水温度，避免发生用户室温过高的现象，造成能耗增加；充分利用太阳辐射热和人的活动规律进行时间控制；根据室外温度的变化，实现对运行曲线的自动分段调整；根据每个锅炉房的设备和围护结构状况，可随时、方便地进行调整；锅炉在较高的回水温度下运行，避免冷凝水的出现，防止锅炉腐蚀，延长锅炉使用寿命。2烟气冷凝热能回收系统燃气锅炉本身的热效率已经达到90，如再通过改造锅炉本体来提高热效率将得不偿失，事倍功半。通过采用烟气冷凝热能回收系统，在不影响锅炉本身热效率的前提下，再提高锅炉热效率38，将是一种投入最低、收益最大的节能方式。1NM3天然气燃烧后会放出9450KCAL的热量，其中显热为8500KCAL，水蒸气含有的热量（潜热）为950KCAL。传统燃气锅炉只能利用8500KCAL的显热，无法利用950KCAL的潜热，因此供热行业中天然气热值一般以8500KCAL/NM3为基础计算。这样，天然气的实际总发热量9450KCAL与天然气的显热8500KCAL比例关系以百分数表示就为111，其中显热部分占100，潜热部分占11，所以对于传统锅炉来说还是有很多热量白白浪费掉。加装烟气冷凝器的主要目的就是通过冷凝器把烟气中的水蒸气变成凝结水，最大限度的回收烟气冷凝过程所放出的潜热，同时由于冷却了烟气，也回收了一部分显热损失，从而达到节能增效的目的。3锅炉集控系统通过每台锅炉的各种参数和整个供热系统参数的计算，得出理论锅炉负荷情况，并根据它调整锅炉的实际负荷数以及开启哪台锅炉。通过微机对锅炉实施集控，使锅炉房内的每一台锅炉循环运行，根据系统的负荷率自动、定时切换运行各台锅炉。在保证节能的基础上，延长锅炉使用寿命。该集控系统，不单对锅炉而且可以对气候补偿器等系统设备进行控制，达到对整个系统控制的目的。4分时分区供热根据不同功能建筑物用热需求与时间的规律，调控不同时段、不同区域的供热量，实现按需供热、降低能耗。在供热系统中，100的纯民用建筑和100的纯公用建筑都是极为少见的，大多数情况下都是混供状态。只有纯民用建筑居民住宅需要24小时连续供热，而公用建筑如办公楼、教学楼及商业楼等只有在工作时间需要正常供热，非工作时间只需保温供热即可，如办公楼在周六、日及下班时段应实行低温供热方式，学校办公及教学楼在放假期间应实行低温供热方式，因此可根据不同性质的建筑及不同的使用功能的用热要求实行分时分区供热，即可充分节约能源，大幅降低供热能耗。分时分区供热为按需供热提供了可能，同时也为计量供热打下了基础。4采取的节能措施通过对锅炉房供热系统的综合监测分析以及试点彩电锅炉房的借鉴，建议一期节能改造采取水力平衡调节、锅炉集中控制和水泵变频技术，在完成一期节能改造后，再对监测数据进行分析测评，如果在节能上其他节能技术措施仍有性价比高的节能空间，将继续二期节能改造。另外，供热系统还存在一定量的的失水现象，失水有三方面的原因一是管网的渗漏；二是由于系统不热用户放水；三是用户偷水。使用平衡阀进行管网的平衡、管道阀门检修以及管道保温综合技术，可以消除非正常失水现象。有效的节能改造可将一般系统的失水率降低15以上。、合同能源管理及运作模式1EMC概念合同能源管理英文简称EMC（ENERGYMECHANISMCONSERVATION）。这是一种在国际上成功运用的节能融资新模式。70年代中期以来，一种基于市场的、全新的节能新机制“合同能源管理”在市场经济国家中逐步发展起来，而基于这种节能新机制运作的专业化的“节能服务公司”（在国外简称ESCO，在国内简称EMC）的发展十分迅速，尤其是在美国、加拿大和欧洲，ESCO已发展成为一种新兴的节能产业。EMC是一种基于“合同能源管理”机制运作的、以赢利为直接目的的专业化公司。EMC与愿意进行节能改造的客户签订节能服务合同，向客户提供能源效率审计、节能项目设计、原材料和设备采购、施工、培训、运行维护、节能量监测等一条龙综合性服务，并通过与客户分享项目实施后产生的节能效益来赢利和滚动发展。2EMC意义EMC将“合同能源管理”用于技术和财务可行的节能项目中，使节能项目对客户和EMC都有经济上的吸引力，这种双赢的机制形成了客户和EMC双方实施节能项目的内在动力。EMC为客户实施节能项目，承担了与项目实施有关的大部分风险，从而克服了目前实施节能项目的主要市场障碍。合同能源管理机制的实质是一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。这样一种节能投资方式准许用户使用未来的节能效益为工厂和设备升级，以及降低目前的运行成本。能源管理合同在实施节能项目投资的企业（用户）与专门的盈利性能源管理公司之间签订，它有助于推动节能项目的开展。在传统节能投资方式下，节能项目的所有风险和所有盈利都由实施节能投资的企业承担；在合同能源管理方式中，一般不要求企业自身对节能项目进行大笔投资。3运行模式1节能量保证支付模式节能改造工程的全部投入和风险由公司承担，在项目合同期内，公司向企业承诺某一比例的节能量，用于支付工程成本；达不到承诺节能量的部分，由公司负担；超出承诺节能量的部分，双方分享；直至公司收回全部节能项目投资后，项目合同结束，先进高效节能设备无偿移交给企业使用，以后所产生的节能收益全归企业享受。该模式适用于诚信度较高、节能意识一般的企业。2节能效益分享模式节能改造工程的全部投入和风险由公司承担，项目实施完毕，经双方共同确认节能率后，在项目合同期内，双方按比例分享节能效益。项目合同结束后，先进高效节能设备无偿移交给企业使用，以后所产生的节能收益全归企业享受。该模式适用于诚信度很高的企业。3能源费用托管模式公司负责改造企业的高耗能设备，并管理其用能设备。在项目合同期内，双方按约定的能源费用和管理费用承包企业的能源消耗和维护。项目合同结束后，先进高效节能设备无偿移交给企业使用，以后所产生的节能收益全归企业享受。该模式适用于诚信度较低、没有节能意识的企业，一般不采用。4改造工程施工模式企业委托公司做能源审计，节能整体方案设计、节能改造工程施工，按普通工程施工的方式，支付工程前的预付款、工程中的进度款和工程后的竣工款。该模式适用于节能意识很强、知道节能技术与节能效益的企业。运用该模式运作的节能公司的效益是最低的，因为合同规定不能分享项目节能的巨大效益。5能源管理服务模式公司不仅提供节能服务业务，还提供能源管理业务。对许多经营者而言，能源及其管理不是企业核心能力的一个部分，自我管理和自我服务的方式是低效率、高成本的方式。通过使用公司提供的专业服务，实现企业能源管理的外包，将有助于企业聚焦到核心业务和核心竞争能力的提升方面。公司拥有一批熟练的各种用能设备起停操作、运行管理、维护保养技师，拥有先进成熟的能源管理技术与经验，拥有详细的设备操作、运行、保养手册，制定了严格的能源管理规章制度和工作流程。能源管理的服务模式有两种形态能源费用比例承包方式和用能设备分类收费方式。综上所述之比较，结合锅炉房供热系统的实际情况，节能运作采取节能效益分享模式最为适宜。、节能经济分析1节能改造投资估算节能改造材料设备购置费估算表序号名称规格单位数量单价（元）合价（元）1水力平衡阀DN40个17807802水力平衡阀DN50个31850263503水力平衡阀DN65个231120257604水力平衡阀DN80个111500165005水力平衡阀DN150个1279027906电控流量阀DN32个1415041507电控流量阀DN50个1598059808电控流量阀DN65个57850392509电控流量阀DN80个384302529010电控流量阀DN100控流量阀DN150个995408586012电控流量阀DN200个8105008400013水泵变频器个398002940014其他主材及辅料项118865018865015数据采集设备项1457604576016控制机柜个23500700017锅炉集中控制项1976009760018软件开发及调试项1200002000019管井维修材料用合计719040节能改造施工安装费估算表序号名称单位数量单价（元）合价（元）1水力平衡阀安装个6721