关于城市供热节能方案的研究(一)

学术论文 2018-12-03 15:55:21
    我国是一个能源生产大国。2008年,全国一次能源生产总量为26.5亿吨标准煤,其中原煤产量28亿吨(实物量),天然原油19505万吨,天然气803亿立方米;能源消费总量为29.1亿吨标准煤[1]。目前采用先进技术,加速了新能源与可再生能源的开发利用,预计到2020年能源的供应量为20亿吨标准煤[2,3],这之间的差额就需要靠节能完成。

    采暖供热是建筑能耗的主体之一,建筑采暖能耗占当地全社会能耗的20%以上,且建筑能耗总量逐年上升,1996年中国建筑年消耗3.3亿吨标准煤,占能源消耗总量的24%,到2001年已达3.76亿吨,占总消耗的27.45%[4]。到2020年,预计中国建筑能耗将占总能耗的35%以上。建筑使用过程中的能耗主要包括建筑采暖、空调、热水供应等方面的消耗,各部分能耗大体比例为:采暖空调占65%,热水供应占15%,电器占15%,炊事占6%。供暖制冷系统的能耗在整个建筑能耗中占大部分,再加上采暖地区的面积占我国国土面积的70%,因此通过改善采暖供热系统的设计和运行以及选择高效节能热源就成为降低建筑能耗,达到建筑节能标准的一个十分重要的组成部分。城市集中供熱系统的热源、热网、热用户,是实施集中供热系统的三大重要组成部分,应从集中供热的整个系统来认真分析和研究热力工程的节能工作,从生产到输送和使用的各个环节上减少能源的浪费。

    1.热源节能

    1.1 热源的选择

    要实施集中供热,热源应为首要必备条件之一。目前我国城镇集中供热的热源主要有三种形式:热电厂、区域锅炉房、分散供热小锅炉房。目前,我们国家产业政策已明确规定了鼓励发展热电联产,同时限制分散锅炉的发展,逐步用热电联产及大型锅炉房取代分散锅炉供热。另外,大力发展可再生能源的利用,例如太阳能、核能供热,垃圾焚烧和燃气热电联产,利用地热采暖空调,太阳能采暖,燃料电池用于采暖和空调[10,11]。

    我国政策鼓励发展热电联产。首先热电联产要比热电分产节约能源。一般讲,大型发电厂理论的热效率仅达40%左右,而热电联产实际运行时热效率可高达60%以上,热电联产比热电分产为企业节能带来的好处非常可观[5]。在大型集中供热的热源的选择时应注重热源的选择,做到节约能源、综合利用、保护环境、技术可行、经济合理、安全可靠;对于国家产业政策上有明文规定的,应严格遵守。在热电联产集中供热工程投产后,在供热范围内,经技术方案的比较并经有关部门批准,可以保留部分容量较大的、设备状况较好的锅炉,做为供热系统的调峰热源和备用热源[6]。

    1.2 多热源联网运行的优点[7,8,9]

    多热源联网系统可以联合运行,实现经济调度;也可以切断连接,各自独立运行,故障时互为备用。联合运行时,根据全系统及区域热量和流量的变化,合理地调度各热源厂的负荷,改变管线上的水流量和方向,维持管网末端需要的供、回水压力,实现热量的合理分配,以提高供热的经济性和安全性。

    通常是采用热电厂与区域锅炉房联合供热方案。单从能源利用率来评价,无疑热电联产能效最高。但是,整个供热区域的热负荷又不可能100%由热电厂来承担,因为供热量受到热化经济性的限制。热电厂的热化系数通常小于1,一般在0.5~0.8范围(以工业负荷为主时取上限,以采暖负荷为主时取下限)。因此,总有20%~50%的供热负荷不依靠热电厂,而是由调峰锅炉房来供给,作为一个完整的区域供热系统,调峰锅炉房仍不可缺少。调峰锅炉房一方面可降低热电厂的总投资,解决热电厂建设滞后的矛盾;另一方面降低热化系数,可使热电厂长期处于满负荷运行、提高发电量,从而提高热电厂的经济性。

    1.3 蓄热器的节能应用

    在欧洲现代区域供热系统则更多的是应用蓄热器来平衡热电厂日间负荷的波动,保持热电厂的供热机组在恒定的负荷下运行。这样蓄热器可以在夜间电力负荷较低时向外供热,而在白天电力负荷较大时蓄热,从而可以平衡电网压力,增加发电量;同时,在最冷天时,可以提供尖峰负荷。另外,蓄热器可作为储水箱使用,在事故情况下,作为热网补水水源。蓄热器还可以作为供热系统定压设备使用(满足管网所需的静压头)。

    蓄热器所具有的削峰填谷功能,通常可以向供热系统提供10%~15%的削峰能力,应用蓄热器完全可以取代调峰锅炉房。

    今后随着我国建设节约型社会的深入发展,蓄热器会在区域供热系统中得到大力推广使用。

    2.热网运行节能

    2.1 热网优化设计

    在集中供热区域中,供热外网的设计是否合理,对整个热网工程的造价、系统节能等方面均有影响,重点应从以下几个方面着手优化设计[7]:

    (1)确定合理的敷设方式。根据具体情况,进行科学论证,以确定合理的敷设方式。实践证明,直埋技术具有架空与地沟敷设不可比拟的优点。它具有保温性能好,占地面积少,施工周期短,耐用期长,工程造价低等优点。

    (2)热网主干线力求靠近热负荷密集区,避免输送管段过长,合理利用图论的“最小树原理”,使供热半径最小,投资最省。

    (3)确定好热用户及热负荷,对热负荷发展的预测应尽量准确,以便合理确定供热总负荷,防止“大马拉小车”的浪费现象或超负荷的运行情况。

    (4)选定合理的热指标。若热指标选择过大,将使初投资增大,并造成大流量小温差的工况运行,影响锅炉房燃烧状况,增加运行成本费用,浪费能源。

    (5)管网参数设计要合理。对一个热网工程在平面布置基本确定的情况下,影响其投资与运行费用的主要因素是供回水温度和比摩阻。我国城市集中供热一般为低温热水,热网比摩阻选取应遵循使主干线尽量降低、支线尽量加大的原则。

    (6)热网支管及用户入口管径的设计,应按外网总压力平衡计算来确定,并核算其流通能力。

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