某集中供热系统节能技术研究及改进措施分析.pdf

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1、 某集中供热系统节能技术研究 及改进措施分析 Energy Conservation Technology Research and Improvement Measures Analyzing on A Central Heating System 学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程 研 究 生：朱春英 指导教师：张于峰 教授 天津大学环境科学与工程学院 二零一零年五月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 中文摘要 在我国，建筑能耗约占总能耗的 1/3，而北方采暖地区

3、供热采暖能耗占其建筑总能耗的 65%以上，因此我们必须贯彻执行“坚持开发与节能并举，把节能放在首位”的能源方针。 集中供热系统是一个系统工程，是由热源、输配管网、热用户组成的一个严密的整体，同时又是一个复杂的综合工程。集中供热管网是一个动态的流体网络系统，运行工况受工作条件、环境、时间、制造和施工等多方面的影响。水力工况失调和管网热力损耗、水泵选型布置不合理是供热管网普遍存在的现象，如何克服水力失调，实现供热管网的水力平衡，减少输配管网的热力损耗，提高管网的经济性、安全性和可靠性，改善供热质量，是供热行业所面临的问题。正是在这样的背景下，笔者针对集中供热系统中管网节能的环节进行了探讨和研究，在

4、学到的相关理论和方法的支撑下， 详细地分析了吉林省某油田生活区外网的能耗情况， 并对其存在的问题进行了分析和研究， 有针对性地提出改造和优化的措施。 首先对系统的混水直供方式进行了分析，提出了供水和运行方案，对其经济性进行了分析；其次对水泵在运行中的节能潜力进行发掘，提出了水泵停开运行等节能措施；第三、研究了供热管网水力失调的形式、影响、表现及原因等内容，提出了解决水力失调问题的途径和办法；第四、结合其热网的具体情况，对热网特性进行了分析，提出了运行调节方案，绘制了热网的调节曲线；第五、针对系统失水严重的问题分析了运行数据，提出了有针对性的解决方案。 本文的研究目的是通过分析集中供热管网系统各

5、个环节的节能潜力，探讨一些切实可行的改造措施，提供一定的思路和方法，希望为集中供热行业做一些有价值的贡献。 关键词： 集中供热、节能、混水、水力失调、运行调节、失水 Abstract In China, the architecture energy consumption approximately took up 1/3 of the total energy consumption, while the energy consumption of heating in the north accounted for bigger than 65% of the total archite

6、cture energy consumption. Therefore, we must implement the energy principle development and energy saving simultaneously, taking energy-saving in the first place. The central heating system is a systematic project, and consisted of heat source, transmission and distribution pipe network, also is a c

7、omplex and integrated projects. The pipe network of heating is a complex fluid network system. Its operating condition is affected by many factors, such as operating status, environment, time, manufacturing and construction process and etc. The hydraulic disorder, heat losing of the pipe network, un

8、due selection and placing of pumps appears ubiquitously in the pipe network of heating. Therefore, the problems such as overcome the hydraulic disorder, realization of the hydraulic balance, increase its economy, security, reliability, and amelioration of the quality of heating, should be considered

9、 in the heating engineering. With this background, support by the relative theories and methods, author researching each circle of the pipe network energy conservation of central heating system， detailed analyzing energy consumption of a oil field living quarters, and discovering its existing proble

10、ms, proposed reform and optimize measure. At first, analyzing the pattern of direct water-mixing connection， proposing water-supply and relevant working project, also include analyzing its economical efficiency; the second, exploring the pumps potential of energy conservation in working, proposing e

11、nergy conservation methods about pump discontinued and etc; the third, researching the type of hydraulic disorder, its effect, performance, reason and so on, proposing approaches and methods on solving hydraulic disorder; the fourth, combine the pipe network for the situation, analyzing its characte

12、rs, proposing working regulation plan, drawing the regulation curve of the pipe network; the fifth, direct to the serious problem of water losses, analyzing the working data, proposing solving programs. This article aims at, by analyzing every potential excavation of the energy saving in central hea

13、ting pipe network system, discussing the practical and feasible transformation measures, providing certain thoughts and methods, with a great desire of making valuable contribution to the field of the central heating. Key words: Central heating system, Energy conservation, Water-mixing, Hydraulic di

14、sorder, Working regulation, Water loss 目 录 第一章 绪 论. 1 1.1课题背景 . 1 1.2我国集中供热的发展概况 .2 1.3 国外集中供热的发展概况.5 1.4 我国集中供热存在的问题.7 1.5 研究的内容与目的.8 第二章 集中供热的相关理论研究.9 2.1 混水直供. .9 2.1.1 概述 . 9 2.1.2 混水供水的特点 . 10 2.1.3 混水的流量与温度的关系式 . 11 2.1.4 混水供热系统的三种基本形式 . 11 2.2 运行调节. 12 2.2.1 供热运行调节的意义 . 12 2.2.2供热调节的方法 . 13 2

15、.3 循环水泵的调节控制.17 2.3.1 改变管路特性曲线法 . 17 2.3.2 改变水泵特性曲线法 . 18 2.3.3 水泵的变频调速 . 18 2.4 水力失调. 19 2.4.1 水力失调产生的原因 . 20 2.4.2 解决水力失调的措施 . 21 2.5 失水. .22 2.5.1 热网失水原因以及危害 . 22 2.5.2 热网失水经济损失分析 . 23 2.5.3 减少失水的可行措施 . 23 第三章 吉林省某油田生活区集中供热概况.25 3.1 供热运行概况.25 3.2 供热运行数据分析.26 3.2.1五大系统运行情况 . 26 3.2.2 存在的问题 . 35 第四

16、章 集中供热系统的运行优化.37 4.1混水系统节能分析 .37 4.1.1 采暖供水方案优化 . 37 4.1.2 混水系统的初调节 . 38 4.1.3 混水直供热网监控系统 . 39 4.1.4 利用混水供热应注意的问题 . 40 4.2水泵的节能分析 .41 4.2.1 水泵选型合理的几个要素 . 41 4.2.2 目前各泵房存在的问题 . 42 4.2.3 水泵运行改进方法 . 43 4.3 减少管网水力失调节能.45 4.3.1 水力失调问题分析 . 45 4.3.2 水力失调的解决方案 . 46 4.4 运行调节分析.47 4.4.1 运行方案比较 . 47 4.4.2 运行调节

17、曲线的绘制 . 48 4.5供热系统的水耗分析与节能途径 .51 4.5.1 失水数据分析 . 51 4.5.2 实际情况分析以及建议 . 53 第五章 结 论.5 6 参 考 文 献. 57 致 谢. .60 第一章 绪 论 - 1 - 第一章 绪 论 1.1课题背景 在各种能量消耗中，建筑是用能大户，在我国，目前城镇民用建筑供暖能耗按标准煤计算平均约为20 kg/ ,城镇民用建筑供暖面积约为65亿 ,此项能耗约占民用建筑总能耗的56%58%，1996年全国能源消费总量为13.88亿吨标准煤，而建筑使用的能源约占全国商品总能耗的35%。随着现代化建设的发展和人民生活水平的提高，舒适的建筑环境

18、日益成为人们的生活需要。集中供热、热电联产对于节约能源、保护环境、适应国民经济的持续发展，提高人民生活水平发挥了巨大作用， 是国家大力倡导、 积极扶持的产业之一。 如何提高人民生活质量，改善城市居住环境，完善城市基础设施功能，稳定社会、促进城镇发展已经成为各级政府重要的工作内容之一。因此，集中供热作为城市基础设施的组成部分，在不断加强科学管理、提高能源利用率、扩大城市热化率、保证供热效果方面既是政府极为关注的工作，也是各地供热企业孜孜追求的目标。 目前我国正处在城市化高速发展的过程中，为适应城镇人口飞速增长的需求和不断改善人民生活水平的需要,2020年前我国每年城镇新建建筑的总量将持续保持在1

19、0亿左右,到2020年，新增城镇民用建筑面积将达到100150亿 。由于人民生活水平提高,供暖需求线不断南移,新建建筑中将有 70 亿 以上需要供暖,按照目前建筑能耗水平,则需要增加的 用于供暖的能量按标准煤计达 1.4亿吨/年,需增加的用电量达40004500亿千瓦时/年， 这将给我国能源供应带来巨大压力。 随着城市数量增加， 城市人口增多以及人民生活水平的进一步的提高，对供热的数量和质量要求也必然会增加和提高。国家“十一五”规划明确提出，“十一五”期间，全国单位 GDP 能耗要从 2005 年的 1.22 吨标煤/万元，下降到0.98 吨标煤/万元，单位 GDP 要节能 20%，全国要节约

20、 2.4 亿吨标准煤，其中建筑节能要达到 1.01 亿吨标煤。城市供热系统节能是建筑节能的重要组成部分，民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)提出节能50%的标准，所谓节能50%，其中建筑物节能率应达到30%，供热系统的节能率应达到20%。要实现这个目标，就必须实现供热系统的节能控制。据有关资料调查显示我国供热系统目前运行水平其节能的潜力是比较大的， 节能的重点是提高管网输送效率和热源运行的平均效率。 为了保证集中供热正常运行， 提高系统效率， 降低能耗及热能损失，同时为了提高系统稳定性，保证用户室内舒适性，应提高管道保温性能、控制管第一章 绪 论 - 2 - 网失水，遏制水力失调造成的热力

21、失调1-4。 供热行业作为对国民经济发展有着全局性、先导性影响的基础产业，与人们的生活息息相关，由于当前能源和环保问题越来越多地受到关注，能源节约、环境保护、经济可持续发展己成为我国的基本国策。目前，对城市供热的要求已不仅仅在于规模的不断扩大，而且对供热系统的合理性、经济性，特别是供热系统的能源有效利用率及供热可靠性提出了更高的要求。供热系统建成后，供热企业提高经济效益的重要方面是降低运行成本， 热力公司运行成本主要由热能消耗费用、热能输送（如循环水泵和补水泵的电耗）费用以及管理和操作人员费用等项组成，前二项占主要部分。因此，建立热网微机监控与热力站自动控制系统，提高供热管理水平，消除水力失调

22、，节能降耗成为热力公司当前非常迫切的任务。 1.2我国集中供热的发展概况 我国城市供热是从第一个五年计划开始发展起来的，当时将热电联产作为我国发展电力工业的重要方针之后，热电联产发展很快，新增单机6MW以上的热电机组2.4GW， 占同期新增火电机组的20。 长春第一汽车制造厂建成自备电厂后，相继在西安、石家庄、太原、吉林、哈尔滨、兰洲、包头、武汉、成都、富拉尔基、北京出现了以热电厂为热源的集中供热系统。从1953年至1965年，我国的供热事业发展的很快，特别是热电联产，为我国的热电事业奠定了基础，但是从19651980 年期间，由于十年动 乱的影响，整个国民经济发展缓慢，热电联产事业的发展也基

23、本停步，新增热电机组仅有 199104 KW，1980 年供热机组占火电机组容量由 1965 年的 20下降到 11。198 0 年 6 月，党中央提出我国能源实行开发和节约并重的方针，把集中供热特别 是热电联产重新提到议事日程上来，尤其是国务院以国发 198622 号文件转发关于加 强城市集中管理工作的报告以后，集中供热事业有了较大的发展，在其后颁布的“节约能源管理暂行条例第 29 条规定： “发展集中供热，应当统一规划。对现有的分散供热系统，必须积极采取措施， 逐步淘汰低效锅炉， 实行集中供热” ， 2003年建设部出台 关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见(建城2003148号)，20

24、06年建设部决定组织开展城市集中供热管网改造“十一五规划的编制工作，规划2006年2010 年间城市集中供热管网现状、存在问题、措施意见；城市集中供热管网改造技术方案、管网改造建设规划、管网改造投资估算，由此可见我国政府对供热的重视。 近年来， 随着城市化进程的加快及保护环境、 节约能源观念的增强，在借鉴国内外城市集中供热系统规划、设计、施工、运行成功经验和失败教训的基础上，城市集中供热在“三北”地区发展很快，尤其是在国家实施西部开发战第一章 绪 论 - 3 - 略以来，西部的很多城市相继新建、改建或扩建了城市集中供热系统，使我国的城市集中供热系统逐步向大规模、长距离、高参数方向发展。 200

25、1年底统计数据表明， 全国663个城市中有294个城市建有集中供热系统，供热总面积已达到 146328104 (其中:住宅为 95799.33104 )；年供热量为137847104 GJ(其中:蒸汽37655104GJ，热水100192104GJ)。在年供热量中，锅炉房供热量为74209104GJ，约占74.2%，其余由热电联产工程承担；供热管道总长度达到 53109 km(其中:蒸汽管道 9183 km，热水管道 43926 km)，从业人数达到22万余人； 严寒地区的集中供热普及率一般达到了6090%。 截止2004年，我国城市集中供热面积已达 21.6 亿 ，年供热量 18808610

26、4 GJ。目前，我国集中供热热水管网的设计温度已达到 150 ，设计压力为 1.62.5 MPa，最大供热半径达 19.5 km，最大管径达到 1400 mm；蒸汽管网最高温度已达 300 ，压力一般为1.O MPa，最大供热半径为67 km，最大管径达到1000 mm。2005年的中国城市建设统计年报显示：我国 2005 年底城市蒸汽集中供热能力为106723t/h，其中热电厂为82686t/h，占77.48，锅炉房为23240t/h，占21.77。供热总量为 71493 万 GJ，热电厂为 58059 万 GJ，占 81.2，锅炉房 11927万 GJ，占16.68，蒸汽管道长度为1477

27、2公里。 “节能” 、 “降耗”和“减排”是近几年来国家在各种文件中反复提及的词汇，国家明确提出实施建筑节能，改善居室条件，加强环境保护，制定了一系列技术法规和标准。 1987年9月25 日原城乡建设环境保护部、国家计委、国家经委、国家建材局以(87)城设字第 514 号文，下达了“关于实施民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) （JGJ26-86）的通知” ，正式提出了要在1995年以前达到采暖居住建筑在19801981年当地通用设计能耗水平的基础上节能30，这就是“八五”期间已经全面实现的建筑节能第一步的工作目标。 1996年9月建设部颁布了建筑节能技术政策 ，提出了节约建筑能耗,合理利

28、用能源的综合系统工程措施。 1997 年建设部、国家计委、国家经贸委、国家建材总局以建科199737 号文， 下达了 “关于实施 民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) （JGJ26-96）的通知” ，正式提出要在“九五”(19962000年)期间实现建筑节能50的第二步工作目标。 1997 年 11 月 1 日我国颁布了新中国第一部节约能源法,其中第 37 条对建筑节能做了明确规定，使我国的建筑节能走上了法制轨道。 1999 年 11 月在北京召开的第二次全国节能工作会议上又提出了“十五期间将实现第三步，再节能 30的工作目标， 进一步明确了建筑节能是一项长期的第一章 绪 论 - 4 -

29、技术政策。 2000 年 2 月 18 日建设部第 76 号令发布了民用建筑节能管理规定 ，2000年 10 月 1 日起施行，严格的规定了工程建设单位、设计单位、施工单位未执行节能标准和设计规范的经济处罚办法， 国家鼓励发展节能门窗的保温隔热和密闭技术。 2005 年 11 月 10 日建设部第 143 号更新了民用建筑节能管理规定 ，鼓励发展建筑节能技术和产品，如新型节能墙体和屋面的保温、隔热技术与材料以及节能门窗的保温隔热和密闭技术；新建民用建 筑应当严格执行建筑节能标准要求，民用建筑工程扩建和改建时，应当对原建筑进行节能改造；既有建筑节能改造应当考虑建筑物的寿命周期，对改造的必要性、可

30、行性以及投入收益比进行科学论证。节能改造要符合建筑节能标准要求，确保结构安全，优化建筑物使用功能；鼓励发展集中供热和热、电、冷联产联供技术及供热采暖系统温度调控和分户热量计量技术与装置； 寒冷地区和严寒地区既有建筑节能改造应当与供热系统节能改造同步进行。 采用集中采暖制冷方式的新建民用建筑应当安设建筑物室内温度控制和用能计量设施， 逐步实行基本冷热价和计量冷热价共同构成的两部制用能价格制度。 2006年8月6 日国务院颁发国发200629号关于加强节能工作的决定 ，指出为加快建设节约型社会，实现“十一五”规划纲要提出的节能目标，重点行业主要产品单位能耗总体达到或接近本世纪初国际先进水平。 大力

31、发展节能省地型建筑，推动新建住宅和公共建筑严格实施节能50%的设计标准，直辖市及有条件的地区要率先实施节能65%的标准。建立固定资产投资项目节能评估和审查制度。对未进行节能审查或未能通过节能审查的项目一律不得审批、核准，从源头杜绝能源的浪费，对擅自批准项目建设的，要依法依规追究直接责任人的责任。 2006 年 9 月 15 日建设部发布建科2006231 号关于贯彻国务院关于加强节能工作的决定的实施意见指出：建立新建建筑市场准入门槛制度，对超过2万平方米的公共建筑和超过20万平方米的居住建筑小区， 实行建筑能耗核准制。完善建筑节能标准体系，组织编制建筑节能设计、施工、验收、检测、检验、评价和既

32、有建筑节能改造、可再生能源建筑应用、建筑用能系统运行节能、节能管理等方面的标准规范。加强节能标准设计系列图集的编制，完善建筑节能技术措施，推动直辖市及严寒寒冷地区率先实施更高的节能标准，逐步提高国家建筑节能的标准。节能,建筑节能,建立和完善建筑能效测评标识制度。制定建筑能效标识管理办法及建筑能效标识技术导则 ，选择若干试点城市进行示范，总结经验，逐步推广。建立建筑能耗统计制度。 制定建筑能耗统计标准 ，掌握建筑能耗水平、建筑终端商品能耗结构、用能模式，积累建筑能耗基础数据，为第一章 绪 论 - 5 - 制定政策提供依据。各地应充分认识能耗统计工作的重要性，认真组织做好相关工作。 推进城镇供热体

33、制改革。 加快城镇供热商品化、 货币化， 将采暖补贴由 “暗补”变“明补” ，加强供热计量，推进按用热 量计量收费制度。完善供热价格形成机制，有关部门要抓紧研究制定建筑供热采暖按热量收费的政策，培育有利于节能的供热市场。 我国“十一五”规划纲要提出单位 GDP 能耗在五年内要降低 20%的任务必须完成，但从已经过去的状况来看，后面几年的工作更加艰巨，故两会也提出国家会加大力度执行和监管。国务院前不久又成立节能减排小组，对高耗能、高污染的生产和经营项目更加严格限制。2000年全国能源消费总量大约为13亿吨标准煤，为此，要求2020年一次能源消费总量控制在25亿吨标准煤左右，节能总量要达到8亿吨标

34、准煤。为此提出了“节能优先，结构多元，环境友好，市场推动”的中国可持续能源战略，以便达到GDP翻两番，能源翻一番的目标。基于这样的形势，把节能从国家层面上提到了前所未有的高度。 与发达国家相比， 我国城镇建筑单位面积供暖能耗是同纬度发达国家的23倍，而建筑除供暖外的其他用能(照明、空调、家电、建筑设备等)按照单位面积比较，却仅为发达国家的 l/51 /2，因此供暖节能应是我国建筑节能工作中潜力最大、最主要的途径，应该作为当前开展建筑节能工作的重点5-13。 1.3 国外集中供热的发展概况 城市集中供热在国外的发展至今已有百年的历史。由于集中供热在节约能源方面和保护环境方面的独特作用而在世界范围

35、内受到日益广泛的重视， 特别是前苏联和西北欧气候寒冷的国家。 集中供热系统最早是在18世纪的美国费城发展起来的，当时由本杰明.富兰克林(Benjamin Franklin)开发成功，这个系统从一个中心热源向附近的一些居民进行供热。1877 年，世界上第 一个商业化运行的集中供热系统在纽约的洛克港(Lorkport)成功建成，该系统由博德希尔霍利(Birdsill Holly)设计，从一个中央锅炉房向临近的一些居民和其他用户供应蒸汽， 这种供热形式很快在西方发达国家得到普及，但由于当时科技水平和制造技术的限制，锅炉容量小、效率低、污染物排放量大、供热范围极为有限。 国外城市集中供热起步较早的国家

36、是德国。 1901年在得累斯顿建立集中锅炉房，1909 年建立第一个热电厂。德国在第二次世界大战后的废墟重建工作，为发展集中供热创造了有利条件。德国的集中供热技术较为先进，如管道大多采用直埋敷设方式、装配式热力站、优化的热网运行管理和良好的热网自控设施等。第一章 绪 论 - 6 - 目前，除柏林、汉堡、慕尼黑等已有规模较大的集中供热系统外，在鲁尔地区和莱茵河下游，还建立了连接几个城市的城际供热系统。 城市集中供热发展较快的国家是前苏联,居世界首位。1980 年原苏联的热电厂总装机容量为 9600 万 kw。全国工业与民用的年总供热量中，70%由集中供热方式，即热电厂和区域锅炉房供热。全国热电厂

37、的年总供热量约为55亿GJ。由于热电联产，单就原苏联能源电力部所属的热 电厂来说(占全国热电厂总装机容量的86%)就节约了6800万吨标煤。莫斯科的集中供热系统是世界上规模最大的供热系统。 热电厂供热系统供热量占全市用热量的60%， 其余由区域锅炉房供热，城市的集中供热普及率高达100%，是全世界集中供热规模最大的城市。 芬兰集中供热占全国总热量的 44，热电联产占集中供热的 70。到 1993年芬兰的大城市集中供热率已经达到80，首都赫尔辛基的热化率已超过90%，成为北欧集中供热热化率最高的城市。 丹麦集中供热占总需求热量的 50%，其中热电联产占 30%。在丹麦，集中供热作为城市基础设施的

38、组成部分，与电力、通信、燃气、给排水系统等受到同等的重视和发展。1979年丹麦议会通过了“供热法” ，该法要求各城市政府在分析本市能源供应的基础上制定了供热总体规划，积极推进集中供热，并最大可能地发展热电联产。他们按大、小城市不同规模因地制宜。大城市建设了世界上大型高效热电联产、 集中供热系统。 首都哥本哈根有四座热电厂， 装机总容量达764MW，总供热能力为 3582GJ，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、垃圾、稻草、沼气等，技术方案为燃气发动机、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。 瑞典的集中供热占全国总需求的34%，供热管网总长为650公里，1600万幢公寓和 11 万个小型建筑均与热网相连，这意昧着集中供热在瑞典的城