采暖运行中存在的问题及其对策与效果

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  华隆馨苑小区现在采用的冬季供暖方式是三台燃气锅炉和地热(最大供暖能力相当于一台6MW的燃气锅炉)向辖区供暖为例。1#,2#锅炉型号为WNS7-1.0/115/75Q(Y),其中有一台是备用锅炉,3#锅炉型号为SZS7-1.0/115/70 YZQT,属于闲置锅炉,供暖面积为25万平方米。改造前,供暖系统流经备用锅炉和闲置锅炉,造成热量损失和系统循环阻力的增加;系统主干线过细,弯头过多,使得局部阻力增大,造成供暖压力不足。这些原因导致小区长期采用低温长运的方式向辖区供暖。
  一、存在问题
  1、低温长运的供暖方式带来了耗电的增加
  目前的供暖方式有热电联产和区域锅炉房供热两种方式,而區域锅炉房供热多数采用低温长运的供暖方式,供热外管网热用户入口阀门井内采用自力式流量调节阀,由于该阀门价格的昂贵性、供热外管网热用户串并联的复杂多样性和不易调节性,决定了大部分区域锅炉房采用低温长运,即大流量、低温差的供暖运行方式,也使得耗电量大大增加。
  2、锅炉房内阻增大更进一步加大了运行期间循环水泵的耗电量
  锅炉房内部阻力是由锅炉本体内阻及其连接的工艺管道、阀门、弯头等部分的沿程阻力和局部阻力组成。由于锅炉房内部阻力过大,导致循环泵扬程H偏高(循环泵实际扬程H为锅炉房内部阻力与外网最不利环路的各部分阻力之和),同样根据循环水泵配备电动机功率的计算公式,因循环水泵扬程H的增加,为了满足最不利环路的供热效果,循环水泵的电动机功率P将进一步增大,增大了运行期间设备的耗电量。
  循环水泵是连接热源、热网和室内采暖系统的枢纽设备,通过循环水泵把热送给千家万户,而决定循环水泵功率的因素主要有两个:
  (1)根据最不利环路的阻力之和(即锅炉房内阻与外网最不利环路之和)决定循环水泵扬程(H)的大小,由流量(G)和扬程(H)决定了循环水泵电机功率(P)的大小,由于锅炉房内阻的增加引起循环泵扬程的增加,相应增大循环水泵的电机功率,进一步加大了循环水泵的耗电量。
  (2)锅炉房内阻过大的原因主要有一下几种:
  一是锅炉本体内阻过大。锅炉设计参数与锅炉的实际运行中参数相比普遍偏高,设计时:锅炉供水温度115℃,回水温度70℃,温差为45℃;锅炉实际运行时:锅炉供水温度70℃,回水温度50℃,温差为20℃;甚至有时温差更小;因锅炉运行时的温差小于设计时的温差,根据锅炉的供热量计算公式:
  锅炉的供热量计算公式 Q=CGΔt
  其中:C——比热,Kcal/℃kg;
  G——循环水流量,m3/h;
  Δt——共回水温差,℃。
  即Δt减小,当锅炉的供热量Q(即锅炉的设计能力)不变时,锅炉的循环水流量(G)将远远超过其设计值,根据阻力(压力损失)的计算公式:
  锅炉本体内阻:ΔP=ΔPy+ΔPj=RL+Σζρv2/2(其中局部阻力ΔPj(Σζρv2/2)占有较大的比例,而扬程阻力ΔPy占的比例小可以忽略不计)
  其中:ΔP——管段的压力损失或阻力;
  ΔPy——沿程阻力;
  ΔPj——局部阻力;
  L——管段的长度,m;
  R——单位长度管段的比摩阻,Pa/m;
  ζ——管段的局部阻力系数,Pa/(m3/h)2;
  v——计算管段的水流速度,m/s;
  ρ——流体的密度,Kg/ m3;
  由于锅炉的循环水流量G的增大,锅炉内水流速度V加快,引起了锅炉本体内阻ΔP总的巨增,因锅炉的压力损失(即锅炉本体的内阻)和其锅炉内水流速度的平方成正比,当锅炉内水流速度增加一倍(即流量G增加一倍)时,相应锅炉压力损失增加为原来的4倍。
  二是循环水泵出口和锅炉进、出口采用阻力系数过大的截止阀门。
  三是由于锅炉房内主干管过细,同样根据公式阻力ΔP=ΔPy+ΔPj=RL+Σζρv2/2,即比摩阻R增大,引起锅炉房内管道的沿程损失ΔPy增大,相应增大了锅炉房内部阻力。
  四是由于锅炉房内管道设计及安装上的不合理,致使锅炉房内部分管道弯头设置不合理,不必要的阀门过多,引起锅炉房内部局部阻力的增大,也增大了锅炉房内部阻力。
  二、改进的措施
  1、将1#、2#、3#锅炉的来水和回水之间用旁通连接,并设阀门对其流量进行控制,系统原有的流量计、温度计等功能保持不变。
  2、关掉3#锅炉的进出口(3#锅炉未运行),让循环水从旁通流过。
  3、在系统的总来水和总回水之间加一旁通,并在其上设置流量计和蝶阀。如图所示。
  4、去掉循环泵出口截止阀门;锅炉进、出口采用阻力系数较小的截止阀门。
  5、增大锅炉房内主干管的管径。
  6、尽量减少不必要的弯头和阀门。
  三、产生的效果
  1、减小了锅炉房的内阻
  按照上述方法改造后,部分系统流量不流经锅炉,沿程阻力和局部阻力也相对降低,降低了供暖系统的内部阻力。
  按上述方法进行改造以后,根据公式阻力ΔP=ΔPy+ΔPj=RL+Σζρv2/2,未运行的锅炉的内部阻力就可以基本完全消除,极大地减小了供暖系统的内部阻力。
  2、减少了未运行锅炉本体的耗热量
  在供暖过程中,锅炉本体是一个耗热体,在一定程度上相当于一个大的散热器。根据实际测量,在启动三台循环泵时(1#、2#锅炉均在正常运行,3#锅炉未正常运行),3#锅炉的流量是197.4m3/h,供水温度50.3℃,回水温度48.4℃,进出口的温差是1.9℃,按其在整个采暖期的平均温差1.3℃计算,则3#锅炉本体的散热量是:
  Qs=Qsh=CGΔt
  =4.2KJ/(kg·℃)*197.4 *1000kg/h*1.3℃
  =1077804KJ/h
  =299.39kw
  其中:Qs——锅炉散热量,KJ/h;
  Qsh——流经锅炉的热水散热量,KJ/h;   C水的比热,KJ/(kg·℃);
  G锅炉水流量m3/h;
  根据实际测量,在启动2台循环泵时(1#锅炉在运行,2#、3#锅炉未正常运行),2#锅炉的流量是195 m3/h,供水温度45℃,回水温度44℃,进出口的温差是1℃,按其在整个采暖期的平均温差0.8℃计算,则2#锅炉本体的散热量是:
  Qs=Qsh=CGΔt
  =4.2KJ/(kg·℃)*195 *1000kg/h*0.8℃
  =655200KJ/h
  =182kw
  在2#鍋炉运行、1#、3#锅炉未正常运行期间,1#锅炉的热量损失值与1#锅炉运行,2#、3#锅炉未运行时近似。
  3、减少了燃气消耗,降低供暖成本
  连接上旁通管以后,系统循环水流经旁通管,只有适量的循环水流经正常运行的锅炉。这样就相当于减少了两个大耗热体,原本未运行锅炉本体耗散的热量1077804KJ/h(2#锅炉)和655200 KJ/h(3#锅炉)。(现采油二厂提供的天然气的燃烧值为35563.74KJ/Nm3,)相当于节省天然气48.7 Nm3/h,又重新回到了系统中。这样就相当于节省了燃料的消耗,节约了能源消耗,降低了供暖运行成本,为企业创造了效益。
  4、可提高运行锅炉的供水温度,减小对锅炉本体的腐蚀
  改造以后,可以增加锅炉进出口的温差,提高锅炉的出口温度。根据水质化验的相关性知识,供水的温度大于80℃时,对锅炉的腐蚀性小。并且当锅水温度大于80℃时,氧气的反应速度降低;当温度在40℃——80℃之间时,氧气的反应速度最快。所以,通过限制正在运行锅炉的循环水流量,可以增加锅炉进出口的温差,减小对锅炉本体的腐蚀。
  5、可改善供热效果
  改造以前:即2008年12月以前,采暖期中心锅炉房的供暖面积是25万平方米,三台热水锅炉(2台WNS7-1.0/115/70-Y(Q)锅炉,1台SZS7-1.0/115/70-YZQT锅炉),有地热资源(相当于1台6MW的热水锅炉)。在对1#、2#、3#锅炉改造以后,系统流量由原来的740 m3/h上升至900 m3/h左右,矿区供暖管网末端供暖效果的改善将更加明显。
  6、可节省电能
  按上述方法接上旁通以后,原本进入锅炉本体的循环水,可直接进入循环系统进行循环。这样,就减少了锅炉的内阻,降低了循环泵的扬程(H),相应降低了循环水泵的功率(P)。
  7、适时调节
  根据天气变化情况,在供暖初期和供暖末期,在天气晴朗,风和日丽,能保证室内供暖要求的情况下,可以适当减小运行锅炉的负荷,减小电、气的用量,为企业节省供暖运行成本。
  8、可采取一系列措施,降低锅炉补水用量,达到节能的目的。
  四、实际效果
  我们将实际耗能情况与上个采暖期的实际耗能情况作了对比,发现采取这一系列措施后,气、电用量都有了明显的减少,具体见下表:
  通过对报表进行统计,改造后09-10采暖季比08-09采暖季少用电89564度,少用天然气30万立方米。可节省费用支出:
  89564*0.5888元/度+300000立方米*0.9元/立方米=322735.3元。由此可见,改造后可直接减少电机的耗电量,降低供热成本,为单位创造更好的经济效益。
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