供热系统的热损失及节能潜力(赵诚).ppt

供热系统的热损失及节能潜力 惠天热电 赵诚 1 一、供热系统的组成 完整的供热系统是由热源、一级网、换热站、 二级网及热用户室内系统五部分组成（直连系统 只有热源、管网、室内系统三部分组成）。 热源、一级网、换热站和换热站、二级网、热 用户构成了两个封闭的回路。 2 热源热用户换热站 一级网 供水 回水 二级网 回水 供水 3 热源：一般分为热电厂供热热源和区 域 锅炉房供热 热源。 热电厂热源主要是利用汽轮机同时生产电能 和热能合供系统供热。 供热汽轮机的型式主要分为背压式汽轮机和 抽汽式汽轮机。分别利用汽轮机的排汽和从汽 轮机中抽汽，经热网水加热器供出热量。 4 区域锅炉房：一般把容量大于等于29MW（ 2400 x104kcal/h）的锅炉房称为热源厂，而把 29MW以下的锅炉房称为区域锅炉房。 集中供热概念曾以“双十”为标准，即供热面积 10万平方米以上，或单台锅炉超过 7MW（ 600104kcal/h）。随着城市规模的逐步扩大及“拆 小建大”工程的实施，其标准在不断的提升。 5 一级网（一级供热网路） 主要是指连接热源与换热站之间的管网。一般 由管线、井室、补偿器、固定墩等组成。 相对二级网而言，一级网运行参数较高（一般 设计为供水130，回水70，实际运行一般在供 水100左右，回水50左右。）管网的输送距离 较远（多数10km左右，远的也有10km以上，甚至 几十公里的）。管径较粗，且便于平衡调节。 6 换热站（又称热力站） 是两个封闭的供热回路交汇的地方。它起着调 节供向热用户的热媒参数，热能转换及热量分配 的作用。换热站的主要设备为换热器和循环水 泵。一般以供5万平方米10万平方米规模为宜。 7 二级网（二级供热网路） 主要是指换热站与用户室内系统之间相连接的 管网。相对于一级网而言，二级网的运行参数较 低（一般设计为供水80，回水60。实际运行 一般供水在55，回水在40之间或更低。）管 网输送距离短，管径细，支线井、进户井多，系 统难调节平衡。 8 室内系统 室内系统一般由二级网入户井以内的立杠，支 线管，室内管线和散热器组成。 按照敷设方式分：可分为垂直式和水平式系 统。按每组立管的根数分，又可分为单管和双管 系统。散热器多为铸铁散热器，如大60、小60、 四柱型。还有钢制散热器，及地热盘管散热器。 9 二、供热系统的热损失 煤炭、热力、电力、水是热力系统消耗的主要 能源。热力系统的热损失是造成上述能耗过高的 主要损失。 热源损失：包括锅炉燃烧热损失，电能浪费等 ，但主要损失是由锅炉运行效率低，耗煤过高造 成的。 10 20112012采暖年度，惠天公司对在运锅炉进行了 热工测试。数据如下： 序 号 热源名 称 锅炉吨 位 热损失反平 衡效 率（ %） 排烟 热损 失（% ） 气体未完 全燃烧热 损失（% ） 固体未完 全燃烧热 损失（% ） 散热损 失（% ） 灰渣物 理热损 失（% ） q2q3q4q5q6 12号3#15t/h23.090.221.70.981.1552.88 26号2#15t/h30.380.29.020.980.9958.43 3郭家2#40t/h29.500.29.960.720.8458.78 4郭家3#40t/h26.950.29.960.720.8461.33 5滑翔一3#90t/h10.040.29.450.80.7878.73 6滑翔二3#130t/h9.250.28.260.870.7980.63 7向工4#10t/h36.220.26.921.110.8454.72 8宜春2#10t/h31.460.29.461.110.856.97 9三洞桥2#40t/h28.770.26.170.720.8463.31 10泉园一4#40t/h22.180.24.560.890.6571.51 11泉园一1#40t/h20.190.24.560.80.6573.60 12沈东6#90t/h9.240.29.990.81.0078.77 11 从数据中分析：20t/h以下的锅炉基 本上运行效率在60%以下，40t/h锅炉运行 效率在60%70%之间，90t/h及以上锅炉 运行效率在78%80%之间。由此可见， 锅炉吨位越小，热损失越大，效率越低。 12 按照锅炉反平衡效率的计算方法。锅炉的热效 率： Q1=Qr-Q2-Q3-Q4-Q5-Q6 Q1有效利用热 Qr入炉热量 Q2排烟热损失 Q3气体不完全燃烧热损失 Q4固体不完全燃烧热损失 Q5散热损失 Q6灰渣热损失 13 锅炉热效率 q2q6分别为各项热损失占入炉热量的比例。 14 一般 DN100,=35mm厚散热损失28.4W/m； DN400,=45mm厚散热损失62.3W/m； 预制保温管的热损3%； 旧的供热管沟热损约30%。 大量的散热损失多发生在存在有问题的管网。如 保温材质不好，容重低。保温脱落，管道浸泡在污水 中。还有井室管道不保温，入户管道不保温等等。 热网（包括一、二级管网）热损失。主要 有散热损失、补水耗热损失及管网失调热 损失。 散热损失 15 补水耗热损失 管网上附件及设备由于漏水和用户恶意放水而导 致的热损失，我们称为补水耗热损失。其中多数发 生在外网。补水量近似等于失水量，一般在0.5%2% 之间。补水1%近似等于减少4%的供热量（补水温度 10，加热到供水温度50，是10温差循环水的4 倍）。补水在每平方米200kg300 kg的锅炉房，补水 耗热损失一项就占10%左右。 16 失调热损失 通过管网送到各热用户的热量，由于管网失调 而导致的各处室温不等，造成局部过热，我们称这 部分损失为失调热损失。这一问题尤其在二级网较 为突出。近些年在分户改造过程中，多数没有按规 范图纸施工，顶层、把山户没有增加散热器，造成 为保18，过热户偏多。另外，管网平衡差、调节 手段少也是造成该项损失增加的原因。据资料介绍 ，管网输送损失这三项，一般占总送热量的 15%25%之间。 17 换热站：换热站的热损失主要来自散热 损失、传热损失和水泵的电能浪费。 多数换热站板换不保温，散热损失大。更有甚 者，站内管道、除污器等没保温，散热损失更 大。 传热过程中的损失主要体现在换热效果不理 想，即使非常薄的污垢也会显著的影响传热效果 ，从而造成一级网回水温度过高，二级网供热热 量不足。 18 换热站的电能浪费较为严重和普遍。存在 的问题主要有： 系统设计不合理，宁大勿小，余量过大； 大马拉小车，远离额定工况运行，泵的运行效率大大的降 低； 管网设计不合理，盲目接网造成系统失调严重； 凭感觉改造，盲目增大用电设备，多台设备并联； 运行过程中采用节流的方法调节流量，功耗太大。 19 室内系统（热用户）热损失主要有： 楼道，管道井立杠、支管保温不好，热损失大； 立杠、小地沟漏水，失水严重，补水量大； 用户因各种原因放水，造成热损失； 供水管路的垂直、水平失调造成的顶层达标，中间房屋过 热的热损失； 由于改地热，增加散热器等私拆乱改，造成的超标供热损 失； 既有建筑保温差造成的热损失。 20 综上所述：供热系统的各环节热 损失应在40%50%之间，节能潜力 巨大。 21 三、供热系统的节能 供热系统能源损失浪费触目惊心，供热节能势 在必行。根据中国节能纲要的要求，建筑节 能要达到50%，其中建材节能30%，供热系统节能 20%。能耗成本一般占企业成本的70%80%。由 此可见，节能降耗对企业降低成本来说意义重 大。 抓供热系统节能，要从管理和技术进步两方面 入手。 22 表1是惠天热电5台同型号、同厂家锅炉测试效率 ，高低相差近15% 表1.锅炉效率 序号热源名称锅炉名称及厂家效率% 1铁西2#QXL29-1.3/115/70-A58.78 2铁西3#QXL29-1.3/115/70-A61.33 3皇姑2#QXL29-1.3/115/70-A63.31 4泉园1#QXL29-1.3/115/70-A71.51 5泉园4#QXL29-1.3/115/70-A73.60 23 表2是惠天公司前后5个站失水量的比较，相差 10倍。 序号供热站平米单耗（kg/m2） 1理工大学588.14 2碧桂园1#515.10 3南十360.76 4联合292.10 5繁荣285.85 630#35.29 7罗曼春天37.33 829#36.45 9145#35.09 1072#39.77 表2.失水量 24 表3是惠天公司换热站耗电前后5个站的比较， 相差35倍。 序号供热站单耗（kWh/m2 ） 1152#5.21 2170#5.21 3130#4.57 422#3.28 528#3.08 647#1.00 7167#1.17 832#1.23 9145#1.23 10东环1.24 表3.耗电量 25 单位内部能耗参差不齐，原因： 设备效率不同； 输送条件不同； 运行方式不同； 管理人员水平不同。 26 D 70%60% 100% 105% 图1.锅炉负荷与锅炉效率的关系 27 提高锅炉运行效率的主要途径 图1锅炉负荷与锅炉效率的关系。当锅炉在 70%100%负荷区间运行时，效率最高且稳 定。因此，锅炉出力应维持在70%100%之 间。锅炉尽量不间断运行。 经过分析，锅炉的主要热损失为排烟热损 失和机械不完全燃烧热损失。 28 q2排烟热损失主要有： 排烟温度高（主要是积灰、隔烟墙侧塌）； 排烟处空气过剩，系数过大； 炉墙漏风，出渣口处漏风； 空气预热器管穿孔； 司炉操作不当，炉膛负压大。 29 测试结果表明，排烟热损失在效率低的锅炉中达到 20%以上。 造成排烟温度高的主要原因：积灰，隔烟墙侧塌。由 于有灰垢，使传热能力下降。更多的锅炉测量的排烟温度 并不高，但空气过剩系数过大。正常排烟温度应为 140160，排烟处空气过剩系数=1.61.8。实测达到 68。大，主要是漏风。 出渣处不水封或水封不严。 炉墙漏风，新近测试发现：炉体四处沿砖缝漏冷风出 人意料，尤其是烘炉不好的炉墙更为严重。 此外，炉门不严，鼓风量过大，炉排侧密封间隙大等 等，都是造成大的原因。 30 q4机械不完全燃烧热损失主要有： 灰渣含碳量高。着火晚，靠渣短，风煤比不合适 ，煤层厚。 漏煤量大。炉排片间隙大，有破损、有掉片，横 梁变形，链带长短不一，侧密封不严。 飞灰含碳量高。引风大，温度低，炉膛飞灰没燃 尽。 煤的粒度不均，煤块大，不粉碎、煤粉多等等。 31 锅炉的其他热损失占比较小，易 于控制。如炉墙表面温度不超过50 ，排渣温度不超过600等。 32 降低锅炉热损失的技术手段： 增加尾部受热面，降低排烟温度； 提高锅炉的燃烧效率，加装空气预热器吹热风，上分层给 煤。煤中混配秸秆（混配比例25%左右）。 保证锅炉在高效区域连续平稳运行。系统加装蓄热器，削 峰补谷。 锅炉改造。改变燃烧方式（链条炉改往复炉），改变炉膛 结构。加助燃芯板，延长后拱等，改变本体结构。旗式受 热面改造成蛇形管省煤器等等。 33 热管空气预热器应用对比表 热源所 额定 出力 MW 热效 率 % 年供热量 GJ 年供热量 kcal 耗煤量 t 节煤量 t 节省资 金 万元 郭家3# 炉（热 管） 2961.33380919.759098112000033254.17 郭家2# 炉 2958.78380919.759098112000034696.801442.64100.98 泉园一 所1#炉 （热管 ） 2973.6380919.759098112000027710.30 泉园一 所4#炉 2971.51380919.759098112000028520.18809.8856.69 备注：年供热量：年供热量以24小时满负荷运行152天计算 耗煤量：煤炭发热值煤场处煤加权平均值4461kcal/kg计 节省资金：每吨煤按700元/吨计34 节电措施： 1.选择合理的设计参数，尽量使所选设备满 足实际运行的要求 2. 对现有的系统进行节能改造 3.减少局部损失，取消节流环节 4.变频调速 35 供热公司往往不注重节电，认为电耗从属 于煤耗和供热需求，其实这是认识误区。在现 有的耗电水平上，采取必要的措施，就可实现 每平方米节约0.50.8kwh的目标。而对惠天热 电这样的企业来说，将会是2000万3500万元 的收益。 36 离心泵的性能曲线 Q H N 工作范围 QN Q QH 37 38 离心泵的效率 除去机械本身的能量损失和消耗外，由于泵的运 转而使液体实际获得的功率叫做有效功率，用 表 示。 轴功率是指原动机械传给泵轴的功率，用 表 示。 ，改变转速前的转速，扬程，流量 ，轴功率 ，改变转速后的转速，扬程，流量 ，轴功率 由此可知：流量降低一半，转速降低一半，功率仅为原来 的12.5%。扬程降低一半，功率仅为原来的35.3% 选对合适的泵在工作范围内至关重要。利用叶轮的切 割或者变频技术可以扩大泵的工作范围。但并不是最好 的选择。 39 基于此原理诞生了一些热力输送新技术： 混水 分布式变频二级泵供热系统技术 40 混水 即加大热网的温差，减少流量。为保证热用户 的舒适度（循环水温差尽量小），采用末端混水 ，既解决了热量输送过程中的能量浪费问题，又 解决了用户室温舒适的问题，还可以有效的改善 末端失调问题，一举三得。 41 分布式变频二级泵供热系统技术 即改变整个供热系统由热源主循环泵提供循环 动力的现状。改由热源一级循环泵仅负责热源内 部的循环流量和扬程。二级循环泵根据用户需求 提供流量和扬程，而达到按需供热，大大降低能 耗。据介绍，其节电效率在20%以上。 42 减少局部损失：取消节流环节。除污器堵塞 ，要及时清理。循环泵出口止回阀开启失灵或阻力大要及 时维修，必要时可以拆除。 变频调速：长期低负荷运行，变频启动可节电，保护 电机。 但应注意，不可无限制调速。一般认为不低于50%， 最好在75%100%之间。另变频过程中本身有一个转换效 率的问题，资料介绍在85%左右变频本身就损失了一部分 能量。加之，变频器的使用寿命短，维修费用高，自己修 不了。因而，正确的选择是，选择合适的风机和水泵，辅 以变频调速的手段，才能真正做到节能。 43 一、二级管网和室内系统的节能 采用合适的保温形式和厚度。井室内管线及工程管件要保 温并加强维护。 加强老旧管网的改造，严查失水。 合理地确定供热区域，换热站供热面积最好为5万平方米左 右。 供热管网要进行调节。增加调节手段，消灭高温用户。 应用新技术。如水力输配智能平衡控制系统（用计算机调 控实现热网平衡，节约多余热量）。 热计量（用户按需供热，消除室内系统偏差）。 44 附带讲二个问题： 第一、目前制约城市集中供热发展的主要问 题； 第二、既有建筑的节能改造。 45 一、目前制约城市集中供热发展的 主要问题： 城市热