浅谈供热系统的节能设计与新技术应用

1、浅谈供热系统的节能设计与新技术应用姚荣佑 方京川 徐健中国航空工业规划设计研究院能源是发展国民经济的重要基础，能源问题举世瞩目，从长远预测我国的能源供需，矛盾仍很突出，因此开发第五种能源节能，至关重要。节约能源对保证我国经济的快速发展、提高经济效益、推动技术进步、合理利用资源、减少环境污染等方面起着积极的作用，也是实现我国经济增长方式从粗放型走向集约型的重要途径和实施“可持续发展战略”的必要措施。我院热电工程设计研究所，主要从事热电及集中供热方面的基础设计工作。自1984年以来，主要在北京地区配合北京市实施集中供热工程，设计了为国家重点工程西客站等5项重点工程配套的热电工程，亚运村等30多个集

2、中供热工程。北京是我国的首都，是政治、经济、文化中心，北京城市环境的好坏，直接关系到我国的形象和声誉。为了改善北京的环境，提高锅炉的热效率，提高集中供热的管理水平，节约供热系统能源，我们结合北京市各供热工程的特点，分别采取了各种形式的节能措施，把最新的科研成果应用到工程设计中。并且把节能的管理列入设计的议事日程中去，如：初步设计中设有节能篇，供有关部门审批，工程投产后，搜集用户的反馈意见，以利于改进。下面就结合具体的工程实例，介绍我们在设计中几例节能措施及新技术成果应用，并把搜集到的用户反馈信息提供给大家参考。1、变频调速技术应用北京经济技术开发区是国家级开发区，它主要依靠国外企业投资，实行滚

3、动开发，锅炉蒸汽的需求量随着开发区的滚动发展逐步增加。经济技术开发区的前期供热工程，先设计5台35t/h蒸汽锅炉，鼓、引风机总安装容量935kW，是用电大户，每kW·h电费按六角五分计，一年电费非常可观。以往锅炉鼓、引风机的风量调节采用风门挡板的调节方式，即通过调节风门挡板改变风道的流通能力，达到调节风量的目的。这种调节方式，电机处在满负荷工作状态，电流量变化很小，风道风量的调节是风门挡板开闭改变风道阻力实现的，人为地造成能量损失，降低了锅炉鼓、引风机运行效率，即使锅炉鼓、引风机在低负荷、高消耗的运行状态，造成电能的极大浪费，我们结合该项工程设计，提出了采用最新的变频调速技术。变频调

4、速技术的迅猛发展，大量新型元器件的使用，为变频调速装置的运用奠定了技术基础，变频调速技术已基本成熟。为了适应开发区滚动发展的具体特点，我们在设计中确定锅炉鼓、引风机的风量调节选用变频调速装置，通过改变电动机的供电频率改变风道风量，以达到调节风道风量的目的，以适应供热系统锅炉变负荷下，改变供电频率调节风量，使电机消耗功率随之大幅度减小，从而达到真正的低负荷、低消耗运行。经过几年的实际运行，开发区供热厂反映变频调速装置有以下优点：a. 节能效果十分明显，每月每台锅炉节电近3万元（电费0.65元/kW·h）。b. 适应了经济开发区滚动发展的特点，解决了建区初期低负荷运行问题。c. 对延长设

5、备寿命、降低噪音、减少运行及维护费用有十分显著的效果。d. 变频调速器的可靠性很高，保护功能很强，有失速防止、过流、欠压、过压、瞬时停电、逆变器过热、电机过载、外部故障输入、输入缺相、输出短路等保护，曾出现过外线短路事故，但变频调速器未受到任何损坏。e. 变频调速器虽然结构复杂，但操作调整比较方便，一般操作人员比较容易掌握，便于进行操作管理。正因为变频调速器有如此之多的优点，所以受到了用户的青睐，他们希望实现对整个供热系统的节能，如：锅炉给水泵的恒压给水，炉排变频调速。根据北京经济技术开发区反馈的信息，我们认真总结了成功和不足的地方，在亚运村等供热厂进行了推广和改进。2、计算机技术应用亚运村供

6、热厂是整个亚运村工程的配套工程之一，锅炉房设计总量为9台35t/h蒸汽锅炉，工程要求建设速度快、节能效果显著。已往锅炉的燃烧控制系统大多采用DDZ仪表，操作工凭借各自的技术水平，通过观察锅炉蒸汽流量、压力、炉筒水位、烟气含氧量、炉膛负压等，调整炉排速度、鼓风机风量、引风机风压，这种人工控制方法一般很难达到满意的节能效果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入多变量输出的复杂系统，影响燃烧效果的因素十分复杂，较正确的数学模型难于建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制已很难达到最佳状态，靠人工手烧控制，又受人为因素（经验、责任心、白夜班）的影响。我们结合亚运村整个工程的技术要求，用计算机控制调

7、节锅炉的风煤比，以提高锅炉的热效率，降低锅炉的煤耗。计算机技术在国外已深入到经济和日常生活的各个领域，特别是在科研、教育、工业生产上已普及应用。我国由于经济技术落后，当时计算机工业控制技术尚在研究开发之中，为赶上国际先进水平，缩短差距，我们抽出相关技术人员，组织班子，进行了锅炉计算机的开发工作，开发了IYY锅炉微机控制系统，使其具备以下功能：a. 巡检采样b. 手动及自动控制调节c. 汉字彩色显示画面d. 数据累计及报表打印e. 声光报警f. 电机启停联锁该套系统经过几年的实际运行，亚运村等几个供热厂反映有以下优点：a. 提高了锅炉的运行经济性，节约了能源，降低了成本。b. 增加了运行的安全可

8、靠性。c. 减轻了劳动强度，节省人力。通过多年的实践摸索，我们感到工业锅炉计算机控制的核心，目的是提高燃烧自控系统（包括给风、给煤、引风）的自适应能力和寻找最佳风煤比。燃烧自控系统是一个多变量输入的复杂系统，风煤配比必须随负荷、煤质等因素变化而变化，燃烧效果才能始终保持在最佳状态，固定风煤比的PID调节已不能适应这种复杂系统的要求，必须寻求更先进的控制算法。我院银燕电脑控制公司和亚运村供热厂继续合作，对原有计算机系统进行改进，采用了PLC作为主系统，一套PLC主机控制4台35t/h锅炉，用一套计算机供司炉人员监视。该套系统投运2年来，效果较好，表现在可靠性提高，编程简单，操作容易，司炉人员可减

9、少30%，煤汽比提高了0.10.2（原煤汽比为1:7）。这种控制系统把自适应、自寻优理论和模糊控制理论等适应能力更强的算法引入燃烧系统的控制中，这就大大改善了燃烧工况，达到经济燃烧的目的。3、冷凝水加缓释剂应用对亚运村供热厂几年来的水质运行观察结果发现，凝结水返回锅炉房回水箱时，质量不高，带有大量的腐蚀物质，含铁离子量大，出现红水现象，有时只得将大量凝结水排掉，既浪费了大量的软水，又浪费了热能，降低了锅炉的效率。经分析，凝结水中含铁量大的主要原因是凝结水中有CO2，CO2主要来源于锅炉给水中构成碱度的离子在锅炉内的热分解：2HCO3-CO2+H2O+CO32-由于锅炉水的pH值一般只维持在12

10、，偏碱性，所以不可避免地会在锅炉中受热分解，释放出CO2，并通过蒸汽管道随蒸汽一起进入换热设备及凝结水设备管道中。CO2可溶解在水中产生下列反应：CO2+ H2OH2CO3H+ HCO3-因为蒸汽形成的凝结水纯度很高，所以即使有少量的H2CO3也会显著降低凝结水的pH值，引起金属表面的腐蚀，特别是在蒸汽形成凝结水的初始阶段，pH值最低，此时的腐蚀危害性最大。根据以上分析，凝结水中含铁量大的主要原因是凝结水中水CO2所造成。经了解国外处理同类情况时采用加药的方法，我们向亚运村供热厂推荐在蒸汽系统中加入冷凝水缓释剂，结果有效地中和了蒸汽及凝结水回水系统中的酸性CO2，凝结水中的铁离子含量由原来的2

11、4mg/L下降到0.5mg/L，回水质量提高，由浑浊变成无色，全部凝结水都可回用，避免了水质不合格造成的浪费。凝结水回收率由75%上升到85%，提高了10%，以凝结水每吨价格10元计，5台锅炉每天按多回收300t凝结水计，价值为3000元，每月可获得经济效益9万元，全年按4个月计，可节约36万元/年。此外，还降低了锅炉的排污，提高了锅炉的热效率，降低了管道及设备的维修费用，在延长锅炉使用寿命等方面具有更大的经济性。4、合理设计水处理系统北京南小营供热厂是北京市环保局重点抓的集中供暖试点，设计供热厂规模5×29MW高温热水锅炉，供200万m2面积采暖，锅炉房与热用户之间设10个换热站，

12、将150高温热水交换成95低温水。以往供热设计中，锅炉房及换热站分别设置软化水处理设备，软化的自来水作为供热系统的补给水，以避免设备结垢，造成热能浪费。这种设计方案，供热面积越大，换热站越多，水处理设备也就越多，节水效果也就越差。我们结合南小营供热系统集中的有利条件，将软化水处理设备集中在锅炉房内，集中制水，用一根150管道将软化水送至各换热站。经南小营供热厂使用后反映有以下优点：a. 在换热站内不设软化水设备，节省占地面积，并节省基建投资100多万元。b. 既减少了浪费，节省了运行费用，又确保了软化水质量。c. 减少了换热站的专职人员。在合理设计水处理系统时，我们还精选水处理设备，选用我院研

13、制的负压逆流再生离子交换器，经测试，节能效果显著，与常规水处理设备相比，节盐、节水2倍以上，其综合指标达到国内先进水平，并荣获国家发明奖励。以上4例，仅是我院在3个工程供热系统中的部分节能设计及新技术应用，从用户的反馈信息看取得了较好的节能效果。节能是减少投资、缩短周期、提高效率不可忽视的重要方面，适应中国节能技术政策大纲的要求，符合国家的长远利益。设计人员是节能的先行者，有不可推卸的节能责任，要加强节能意识，全方位地考虑节能设计，使我国的节能指标尽快赶上世界水平。作者简介姚荣佑 1936年10月出生，大学，研究员级高级工程师，获负压逆流再生技术发明奖方京川 1951年4月出生，大学，高级工程师，获喷雾脱硫试验科技奖徐 健 1962年10月出生，大学，高级工程师，获西客站工程设计部级2等奖、青岛莅原自备电站设计部级3等奖。（上接第204页）此采用上述第二种教学方式。但同时也在系机房的部分微机中安装了这套软件，以便学生在适当的时间可自行去观看和进行课后复习。从目前的使用情况来看，学生对这套软件的兴趣极为浓厚，反响比较强烈，上课效果也很