简谈集中供热与节能

简谈集中供热与节能 哈尔滨哈投投资股份有限公司供热公司 史宝国

集中供热系统包括热源、热网和用户 ３ 部分。集中供热的优点是： ①提高能源利用率、节约能源。供热机组的热电联产综合热效率可达 ８５％， 而分散的小型锅炉的热效率只有 ５０％～６０％。②有良好很大程度上节约了电能。目前， “清审”企业已基本采用。有的企业采用膜技术处理废水， 取得了明显的效果， 回收有用的金属离子。针对镀硬铬的特殊工艺， 采用高频开关电源和硅整流电源相结合的方法， 在冲击阶段使用硅整流电源， 正常电镀时， 切换为高频开关电源。这样， 既可以节约电能， 又满足了镀硬铬的工艺要求。在取得巨大经济效益的同时， 企业在环保方面的成绩也比较突出的： 部分企业彻底整改废水处理设施， 降低了废水中污染物浓度， 大幅度减少了废水排放量； 还有部分企业采用反渗膜技术处理废水， 使水回用率达 ８０％以上。２０ 家电镀企业在本轮清洁生产审核中取得了巨大成果。每年可节约用水 ２３ ２７３．２ ｔ， 约 ３９ 万元；每年节约用电 １７６．８ 万 ｋＷ·ｈ， 约 １２１ 万元； 每年节约原材料费用约 １６６ 万元。累计约为 ３２６ 万元。３．６ 持续清洁生产科学技术发展是无止境的， 清洁生产也在于持续不断开展， 审核过程周而复始地进行， 实施方案也是波浪式前进， 螺旋式上升， 只有更好， 没有最好。通过清洁生产审核， 看到一个个小型企业， 各的环境效益。③可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料 、灰渣堆放的占地， 用于绿化， 改善市容。④减少司炉人员及燃 料 、灰渣的运输量和散落量 ， 降低运行费用 ， 改善环境卫生。⑤易于实现科学管理， 提高供热质量。⑥很好的社会效益。城市集中供热对于方便人民生活， 节省城建珍贵用地， 缓解城区用电紧张的局面有着十分重要的意义。 二、目前热源利用状况、热网存在的问题与对策 我国目前的集中供热系统在快速发展、壮大阶段， 对供热负荷估算过大， 而使热电厂容量选择过 大， 汽轮机组达不到正常生产状态。后来对此状况进行了改进， 主要措施是供热负荷小的时候， 建设区域锅炉房， 待供热发展到一定规模时， 再兴建热电厂。然而， 兴建热电厂不仅需要大量资金， 而且建设周期长， 短期内不能立即见效， 这与迅速增长的供热需求不相适应。于是， 各单位纷纷建立自己的小型锅炉房。如上所述， 这些小型锅炉房， 炉型落后， 效率低， 供热面积有限， 因而浪费能源， 且造成环境污染。另一方面， 若按理论水温调节曲线来进行供热运行，自为政， 没有发展优势， 无法提高能源和材料利用率。电镀产业要发展， 必须实现规模化发展， 园区式管理模式， 充分利用现代科学技术与工艺， 淘汰落后工艺， 提高效率， 才能实现“节能、降耗、减污、增效”。通过清洁生产审核， 要进一步改进哈市电镀行业现有的污水处理设备。现有设备大都是 ２０ 世纪８０ 年代初的产品， 工艺落后， 装置陈旧， 适应不了“十一五”规划的要求。因此， 要发挥民间社团的作用， 建立“企业—协会—高校”的技术联盟， 合力研究新型污水处理设备， 实现中水回用、节约金属和三废达标的目标。 ４ 结论 清洁生产审核是运用新的科学理念， 对实际问题进行诊断、提出并筛选解决方案的一套系统化的 程序方法， 对企业进行生产全过程评价、污染预防机会识别、清洁生产方案评估的综合分析活动过程。本文介绍的哈市电镀企业的清洁生产审核只是一个开始， 很多方案、包括中／高费方案正在实施中， 从经济效益分析中已初见成效。目前， 大部分电镀企业还没有进行审核， 因此， 在电镀行业进一步开展清洁生产审核工作， 十分必要。在有些地区会造成室温过高而浪费热量。例如， 某 市， 当室外温度为－ １９ ℃时， 其实际供回水温度分别为 ８３／５２ ℃， 混水后二次网供回水温度为 ６９／５２ ℃，而在设计中， 供回水温度是按 ９５／７０ ℃来设计的， 这样， 就留有一定的冗余量。从运行管理角度看， 我国热网采暖是按供热面积收费的， 目前我国北方地区采暖收费标准以天津为 例：34.55 元／ｍ２， 一套 ９０ ｍ２ 房屋交费 3109.50 元， 由居民自己全额负担。所以， 在按面积收费这样的体制下， 就应以节省总供热量为目标， 热网不能以充分满足各热用户的需求为调节目标， 而应在满足采暖建筑的基本采暖要求的前提下尽量减少总供热量， 从而达到提高经济效益的目标。其次， 我国热网以采暖为主，生活热水所占比例不大， 也就是说， 热网负荷主要是 采暖负荷， 而采暖负荷是要随外界气象条件变化而变化的， 但由于整个供热网所负担的供热区域的气象条件是基本相同的， 因此， 整个供热区域的负荷是同时升降的， 区域内各建筑或热力站之间供热负荷的比例基本不变。再一个特点是， 目前热电厂与热网分别由两家管理， 且调峰热源不足， 这就不能严格按照采暖要求准确供热， 从而在低热负荷期系统的供热量偏高， 在高热负荷期供热量又不足。 三、多热源连网集中供热系统方案选择 针对上述问题以及目前国内已采用的集中供热系统的应用实例， 对于目前集中供热系统中出现的 诸多问题， 最好采用多热源联网供热的办法予以解决。因为多热源联网供热系统有如下优点： （１） 提高了整个供热系统运行可靠性与安全性。 采用多热源联合供热， 当热网中某一或某些热源出现事故时， 各热源可相互替代、相互补充， 因此供热运行的可靠性比单热源供热系统大大提高， 降低了因热源事故而造成的影响， 有效地避免了热源厂锅炉汽化、水锤和热用户大面积倒空现象的发生。 （２） 采用多热源系统可灵活调整供热量， 达到良好的节能效果。系统中多热源可根据供热负荷的具体情况， 制定出更为合理的供热方案， 并可随时使全系统的供热工况（ 供热量、供回水温度和水力工况）优化， 从而实现较理想的节能措施。 （３） 系统的水力稳定性好。多热源一般都是采用环状网连接， 由于环状管网的热网比摩阻较小， 各换热站的资用压头大， 增强了系统的水力稳定性。 （４） 优化水力工况， 平衡供热效果。由于采用多热源同时运行， 运行人员则可通过调整多热源的水流量及供热量， 达到全网供热效果一致的目的。同时， 环状管网还具有自动优化水力工况的特殊功能，可改善系统中最不利环路的供热效果， 使各换热站的供热效果趋于一致。基于上述优点， 采用多热源联网供热是供热发展的优化方案。但也应看到， 多热源联网集中供热系统是一个规模庞大， 结构复杂、目标多样和影响因素众多的复杂系统。对于这样一种复杂的大系统， 就需要运用大系统理论来分析。而大系统理论的最基本的思路是： 把系统的总体功能和目标按一定关系分配给各子系统， 这些子系统都具有各自的控制器， 都有一定的决策能力。将大系统功能与目标分解之后， 各子系统的复杂性比整个大系统的复杂性要小得多， 较易于实现自身的最优化， 然后再加以必要的协调， 最终取得总系统全局的最优化或次优化。在这一基本思想和方法的指导下， 大系统理论又根据不同的系统结构， 提出了不同的更具体的控制想和方法。对于象集中供热系统这样的梯阶结构系统， 通常将大系统分解成若干个相对独立而又相互关联的子系统作为下级系统， 分别求出每个子系统的最优化值， 并在上级系统设置一个协调机构来处理各子系统间的关联作用。通过上下级之间反复交换信息， 在求得各子系统优化值的同时， 获得整个大系统的最优值。 通过以上分析可知， 要想使多热源联网供热系统达到运行最优化， 供热效果最好， 首先要将热网互 相连接， 形成系统， 然后再按梯阶结构将整个热网划分为若干相互关联的独立部分 （并以环状网相连），在每个部分中都要选择供热能力最大的锅炉房作为热源， 进行供热， 而停止那些容量小、效率差的锅炉。在进行热网划分时， 要协调各热源之间的位置， 所选择的两热源位置不宜过近。同时， 在热网中， 还应酌情选择一热源作为调峰热源使用。这样， 就可使多热源集中供热系统易于满足供热需求。由于采用了多热源供热系统， 其热网运行工况较为复杂， 为了更有效地对系统进行调节， 就要充分了解热网中各处的准确信息。因此， 在这一结构中，为了使各种信息的传递做到及时、准确、有效， 拟采用计算机网络下的分布式计算机系统作为监控系 统。（其结构见图 １） 在充分了解了热网的运行工况下， 就可以从容地进行调控。另外， 还应将有关财务软件及数据库 系统与计算机网络相联， 这样， 不仅可以随时记录热网的运行数据以备比较、查询， 而且还可将记录下的煤耗、电耗等各种支出转化为财务指标， 在一个采暖期结束后， 与前期数据进行对比， 查出主要能耗来源， 从而为今后的节能挖潜改造提供条件。

在多热源联网运行前， 由于水力工况较复杂， 所以必须进行科学的计算。要根据以往的运行经验， 合理的选择供回水温度， 并由 《城市热力网设计规范》所提供的设计热指标与热网的供热面积， 利用相关数学模型计算出采暖期供热系统的热负荷。再根据热源的大小将热负荷按一定比例分配给各热源。然后， 根据相关数学模型计算出设计流量， 分配给各自的热源单位。最后确定出理想水压图。上述计算步骤由于计算繁琐， 且运算量大， 应在主机中利用相应软件完成。在多热源联网运行中， 室外环境温度变化会引起运行工况的变化， 这时如果调节不当会造成系振荡失衡。实行均匀性调节可防止系统振荡失衡的发生。均匀调节的目标是使各热力站及与用户直接连接的各热源之间供热效果相同。由稳定热平衡方程可知： 散热器向房间供热应与房间向室外传出的 热量相同， 即： 由于 ＫｒＦｒ 与 ＫｂＦｂ 之值相差不大， 所以， 将各热力站、各热源供回水的平均温度调均， 就可近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。在这里， 与用户直接相连的热源之间要调节其供回水温度。而在同一热源下的热力站之间也要调节供、回水温度。其目标不仅要使热网保持运行工况平衡， 还要使热网中各用户房间温度彼此相同。这种调节须采用中央控制方式。通过与各热源、各热力站相连的计算机网络，得到测量出的供回水温度， 并在主机上计算出各网调节均匀后的供回水平均温度值， 将此值送到各热力站和各热源作为设定值进行具体的调节。这种均匀调节一般不会导致系统振荡。由于各热力站和各热源所对应的供热面积不会经常改变， 且其供热负荷主要由室外温度 ｔｗ 所决定， 因此随 ｔｗ 的变化， 各热源及热力站的供热负荷同步升高或降低， 各热源 及热力站间供热负荷之比基本不变。因此， 系统一旦调节均匀， 就可基本上维持下去， 当 ｔｗ 降低时， 只需提高锅炉的供水温度， 而不需随温度变化再进行流量调节， 这样， 系统就可以长期稳定进行。 四、结论 本文根据我国城市目前供热状况， 提出了多热源联网集中供热方案。在该方案中给出了其热网结 构、监控体系及一般调节方法， 通过分析可知， 多热源联网集中供热有其不可比拟的优越性， 它可以大量节约能源、减少污染， 并能最大程度地减少因热源事故而造成的损失， 是应大力推广的一种供热系统。 参考文献： ［１］黄晓飞等．双热源联网集中供热系统运行方 案的选择及实际应用．区域供热．１９９７． １ 卷， １１～１５ 页 ［２］Ｍ．Ｇ．辛等．大系统的最优化及控制．北京：机械 工业出版社， １９８３ ［３］江 亿．集中供热网控制调节策略的探讨．区 域供热．１９９７． ２ 卷 １０～１６ 页 ［３］王宏武等．环状管网双热源系统的经济运行 与调节．区域供热．１９９７．３ 卷 ７～１０ 页