摘要：随着经济建设速度的加快，我国供热系统也得到了很大的发展。良好的供热系统有效满足了人们对于高质量生活的追求，提高了能源的利用效率。当前，我国很多供热系统比较老旧，在环保节能方面达不到国家的要求，人们对于生活质量和环境保护的要求也越来越高。建筑采暖领域中的供暖系统对于能源的消耗非常高，在我国总的能源消耗中能够达到 20%左右。而在建筑领域中，供暖消耗又占据了总消耗的60%，因此在供热系统中加大节能技术的应用非常关键。
关键词：供热系统；节能；技术；研究路线
引言：我国的集中供热系统发展技术相对国际先进经验来说还比较落后。从整体来看，我国的集中供热系统还处在零散化和小规模化阶段，在管理上存在比较严重的重复建设以及资源浪费情况。当前我国城市生活区主要采用的是区域锅炉房供热方式。这主要是由于区域锅炉房投资规模较小，建设需要的时间较小，比较适合当前我国的国情。因此，结合神东煤炭集团哈拉沟矿区供暖系统的概况及现状，对目前矿区供热系统中节能潜力进行挖掘，对节能技术的工程应用开展深入研究，加大节能技术的应用，一方面可以为企业减小能源成本支出，提高经济环保效益，另一方面本项目的成功实践也可以为我国集中供热系统的节能化发展做出贡献。
1 集中供热系统节能研究现状
为进一步对哈拉沟集中供热系统进行优化，解决目前存在的水力失衡、供热效果差等问题，必须对国内外供热系统节能技术进行充分调研，根据矿区实际情况合理规划，寻找适合哈拉沟供热系统节能改造的方案。
1.1国内研究现状
我国集中供热起步晚，城市集中供热迅速发展，普及率快速增长。目前仍处于数量扩张阶段，如何从政策上和体制上引导集中供热既注重数量扩张，又注重质量和效率的提高，实现集中供热发展由数量型到效益型的转变，就供热系统本身，并没有完全发挥其节能效果，还有很大的节能潜力。
目前，我国在供热系统节能改造方面重点支持新技术、新材料、新工艺和新设备的研制、开发应用，在确保技术先进、质量可靠、经济合理的前提下，提高热网和热力站的技术装备水平和现代化管理手段。对能耗高、效率低、性能差的供热设备，有计划、有步骤地进行更新改造和淘汰。
在热源节能方面
重点发展区域锅炉房，使单台锅炉向大容量发展。积极发展热电联产，提高能源利用效率；对燃煤锅炉积极推广使用分层燃烧、水汽助燃及煤渣混烧等技术；加强水处理、吹灰及清焦、采用清灰剂、节能等增强供热的措施；普遍在风机、水泵上采用变频调速装置等节能措施；大力推广锅炉自动控制，提高锅炉房运行管理水平，备齐用好监控仪表，建立健全用能计量和统计制度，降低运行费用，提高锅炉燃烧效率。
在输配管网节能方面
通过改变大流量、小温差的运行方式，提高供水温度和输送效率；提高输配管网的安全、可靠性及耐久性，降低工程造价，降低热损失，减少管网的泄漏率，加强热力管道高效防腐保温和地沟防水技术的研究，减少热损失；加强对计量收费改革后集中供热系统的运行调节和控制技术研究。
在热用户节能研究方面
国内研究着重解决水平失调，垂直失调的问题，在用户楼栋入口设置流量控制设备，对各楼之间流量进行合理的分配和调节。
通过解决上述集中供热系统中的问题，就可取得显著的节能效果。研究指出，相关技术的节能潜力（节约能量占总能耗的比例）分别为：在建筑物内立管上装平衡阀可节能6%，对热力站进行自动温度控制可节能10%，减少循环水泵电耗可节能2%，减少输配系统的热损失可节能3%，减少供热系统的泄漏可节能2%。
综上，降低哈拉沟矿区供热系统能耗的关键，需要提高锅炉的运行效率：改善集中供热系统热网的平衡调节，以避免各种局部过热造成的热损失。
1.2国外研究现状
北欧国家以其高度发达的区域供热基础设施及能源效率高而闻名。俄罗斯、丹麦、芬兰、瑞典、德国等国家是供热发展较早的国家，热化程度较高，热电联产比例较大。
在热源节能方面
俄罗斯集中供热占全国总需求热量的70%，其中热电联产占50%以上，采用的能源有石油、天然气和煤，也有核能，垃圾焚烧等热电联产的供热机组单机容量为250～300 MW。
丹麦集中供热占总需求热量的50%，其中热电联产占30%，集中供热已成为城市基础设施的组成部分。在小城市迅速发展小型热电联产、区域供热系统，这些小型热电厂的燃料为天然气、稻草、沼气等，技术方案有燃气发动机、燃气轮机和蒸汽轮机等联合循环，小型热电联产成为丹麦能源政策的重要组成部分。
芬兰集中供热占总需求热量的45%，其中热电联产占70%，集中供热的各能源比例：煤41%、天然气25%、泥煤20%、石油9％、其他5%。
瑞典集中供热占全国总需求热量的34％，集中供热管网总长6500 km，1600万栋公寓和1l万座小型建筑与集中供热网相连。发达国家对燃煤热电厂的烟气排放要求很严，几乎所有的烟气在排放前都要经过静电除尘或布袋除尘，并对SO2、NOX和CO2等有害气体进行处理，脱硫、脱氮的技术很成熟，并普遍地应用。
在输配管网节能方面
随着大型热电厂和核电站的建设，热能输送的距离越来越远，管道的管径也越来越大，因此，各国都采取如下主要办法来提高热能输送系统的效率和可靠性。主要表现在：大规模采用间接供热系统；长距离输送管线采用高温度循环水；城市集中供热管网大部分采用直埋敷设；多热源的联合运行系统，达到互为备用。
在热用户节能研究方面
欧美较多国家都十分重视建筑节能，制定相应的房屋建筑耗能范围，用提高供暖和采暖设备的效率，控制建筑结构的热损失。
1976年英国开始对建筑物的能耗进行调查，而美国那时已经由华盛顿的国家标准局开始对建筑能耗进行调查。这种详细调查的目的主要是对已经存在的建筑进行建筑节能改造，也就是最原始的节能潜力研究，而且涉及的内容非常详细，主要调查的项目有：建筑物的分类、所属关系、特征、围护结构状况、采暖空调系统情况、人员、照明、太阳辐射、燃料、年总能耗、成本、运行维护的程序以及推荐的节能措施与潜力。由于调查的内容非常详细繁杂且一般情况下与节能措施相结合，因此，该项工作需要较长的时间；希腊用了5年的时间对1200栋建筑进行了节能测试与节能潜力研究，包括宾馆、办公楼、商业建筑、学校、康复中心；印度对首都新德里的50余栋5-10层办公楼进行能耗调查后提出了节能措施；美国则己经建立了建筑能耗统计数据库，并且可能用简单的方法使能耗数据一目了然；加拿大和美国DOE合作开发设备使用和更新数据库软件，为住宅建筑能耗模拟提供了科学可靠的方法。
欧盟国家早在1993年就发布了节能指令(SAVE)，要求欧盟各国实施热计量收费。原联邦德国在1981年公布了热计量收费条例，两德合并后，又规定前东德地区应在1995年12月31日前实施热计量收费，此条例为在德国强制推行热计量收费的法律依据。
1.3研究的主要内容
为充分挖掘供热系统的节能潜力，必须从热源和管网侧分别入手对其进行综合优化改造。并且在改造的同时，不能盲目地采用目前最先进的节能技术措施，必须注重在原有系统的基础上进行优化，建立系统热平衡，避免对系统造成破坏性改造。根据国家的相关政策规定，既有燃煤锅炉的节能减排提上了日程。本课题依据神东矿区燃煤锅炉供热系统所存在的主要问题，以哈拉沟矿副井区域供热系统为研究目标，围绕热源、热网和热用户，进行运行工况的实测和理论分析，查找该供热系统在节能方面存在的问题，并通过技术经济比较，提出最佳的改造方案。课题主要研究内容包括：
研究热力平衡分配方案，指导供暖系统调整
热力平衡分配方案主要研究内容包涵两个方面，一是提高锅炉热效率的具体措施，二是根据锅炉、管网、用户的运行状况，通过技术经济比较，进行热力平衡调节计算，预测可达到的目标。
（1）提高锅炉出力
造成锅炉出力不足的原因是多方面的，如煤的有效燃烧、运行监控等。通过安装正转链条锅炉分层给煤器，可改善锅炉的燃烧方式，提高燃烧效率。
（2）系统热力平衡计算
根据室外温度的变化情况及用户设定的不同时间对室内温度的要求,计算出恰当的供、回水温度, 绘制出不同时段、独立运行的室外温度补偿经验曲线( 即室外温度、用户供回水温度、室外管网流量关系曲线) , 按照设定的曲线控制外网系统流量, 使采暖用户系统的供热量满足采暖用户的要求。
（3）形成热力平衡方案
通过测定耗煤量、蒸汽流量、蒸汽压力研究确定锅炉的出力；监测管网压力、供水温度、回水温度、管网流量等供暖关键参数，室外温度，用户温度；
研究锅炉出力与管网供热参数的关系，形成关系曲线；
研究根据室外温度的变化情况与室外温度、用户温度的关系，形成关系曲线；
形成表现室外温度与锅炉出力、供回水温度、管网流量等参数的室外温度补偿经验曲线，形成热力系统平衡分配方案。
研究管网系统热力平衡调节
哈拉沟矿末端接点共37处，根据需要将哈拉沟矿热力管网系统分为1个总系统和6个子系统，实行区域控制，保证系统水力失调、热力平衡误差控制在相对的范围内。换热站采用二次网供回水平均温度控制和热源供热量与换热站用热总量的相对变化量的复合控制方法，其给定控制目标为换热站二次网供回水平均温度，调节对象为该换热站一次网的供应蒸汽。
1、2号空气加热室将井下热风混合温度传入系统，能够实时监测井下热风混合温度；根据室外温度的变化情况及用户设定的不同时间对混合温度的要求，来调节锅炉的蒸汽量，达到节能的目的。
研究锅炉运行工况调整方式
哈拉沟的供暖控制分为供汽和供水两种，供汽是给矿井的井口防冻使用，供热是供生活和冬季取暖用。根据各个取暖点的温度和设定的控制温度，可以由软件计算当前的控制量，由控制系统用PID控制算法控制引风机和鼓风机的运行速度，以及送煤机的送煤量，它们共同决定了锅炉的蒸汽量。锅炉产生的蒸汽一部分直接送至井口，另一部分经换热器送至供暖和办公区。在重点区域安装气候补偿器，并将控制量直接引入到气候补偿器内部，可使气温调节过程更快。在供暧过程中，可能会出现跑滴漏现象，使系统的循环水减少，造成供暧效果不佳，因此使用水压力表监视管道压力，在压力改变超过阀值时，及时启动补水泵补充水量，保持管道压力。循环水泵可使管道的水保持流动，在用户终端迅速换热。
研究管网热力平衡调节与锅炉各项运行参数的关系
分析管网热力平衡调节与锅炉各项运行参数的关系，是实现供暖系统联动控制、智能化调节的软件控制系统的关键，各热用户要满足要求，必然有流量和温度达到满足，各用户汇集到管网系统中，系统又无法满足所有用户的需求，必然要进行系统再平衡，在这过程必然与提供热能的锅炉运行参数有关，如蒸汽流量、循环水流量和温度，系统的要求反过来影响锅炉的燃烧状况。我们根据这些参数的变化规律，通过CFO(数值模拟计算)，编制供暖管网热力平衡调节与锅炉各项运行参数的关系图，使锅炉在最佳的状态下运行，既满足矿上供暖需求又达到节能减排的目的。
研究实现供暖系统联动控制、智能化调节的软件控制系统
把热源、热网、换热站、用户作为一个统一的体系进行分析，采用多变量复合控制法，提高供热系统控制效果和稳定性。由调度监控中心计算机把热源和各个换热站测量的数据统一进行分析处理，既考虑换热站的调节反馈变化情况，又考虑整个热网及热源总的变化情况，由调度中心进行主动调节，实现整个热网的动态平衡调节，做到尽可能的节能运行。通过建立计算机设备管理中心对供暖系统进行数字化管理，实现供暖设备联合运行，编制软件控制系统。达到供暖系统联动控制、智能化调节。
为此，从热源的角度而言，必须提高锅炉出力以增加蒸汽量，提高燃烧效率以降低煤耗，降低排烟温度以提高热效率，改进锅炉自动控制系统，加强对锅炉运行状态的监控，减轻司炉工劳动强度。从热网的角度而言，必须对管网布置进行合理规划。对系统进行全面详细的水力计算，改善系统水力失衡。同时为进一步减少能量浪费，必须采用气候补偿器、平衡阀、电磁阀等调节手段实现对供热系统的分时分区分温控制。增强对供热负荷调节的灵活性，并对原有的循环水泵实行变频改造，降低耗电量。
1.4项目研究技术路线
在集中供热系统改造工程中节能技术的运用方面烟气余热回收节能技术、辅机变频优化节能技术、供热系统气候补偿节能技术以及供热系统自动化控制技术等方面节能技术得到了广泛应用与重视。
通过全面收集、调研锅炉运行冬季供热情况，分别就锅炉运行记录、锅炉运行现场实时监测、现场测试等数据进行整理分析，研究制约锅炉提效的关键问题。同时对其热力管网供暖状况进行调研，研究供暖系统水力失衡情况，寻找解决供暖系统冷热不均，调节灵活性差的技术措施。技术路线如下图。
图1-1 哈拉沟供热系统节能研究技术路线图
结语：目前集中供热节能技术研究现状后，借鉴国内外节能工程改造经验，提出了哈拉沟供热系统节能改造的具体思路为：通过供热系统的智能化调节，提高锅炉燃烧效率，改善管网水力失衡现象，增加冷凝水余热利用率，加强供热系统运行状态的监测与控制，达到改善供热质量、节能减排的目标。
参考文献：
[1]姚杰.计算机控制系统在城市集中供热工程中的应用[J].山西建筑，2008，16：177-178.
[2]唐友刚.自动化控制系统在城市集中供热领域的应用[J].自动化应用，2012，07：68-69+90.
论文作者:何瑞敏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：系统论文; 集中供热论文; 节能论文; 锅炉论文; 管网论文; 温度论文; 热力论文; 《基层建设》2017年第29期论文;