热力站电耗综合分析及节能措施途径.docx
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热力站电耗综合分析及节能措施途径
热力站电耗及节能措施途径分析
热力站电耗综合分析及节能措施途径
1概述
我公司自集中供热以来，生产经营水、电、热三大指标中，电耗水平始终维持在一个较高的水平。
其中，水、热耗能指标相对较好，电耗指标相较同区域及建投内热力企业高约20～30%。
为增强企业市场竞争力，提升企业效益，结合工作实际经验，参照相关企业调研成果，从设备选型、设计、运行调整等方面针对设备现状进行综合分析，以期寻找出影响热力站机组电耗的诸多因素，并从设备改造的可操作性方面提出技改途径与建议。
2指标现状
近三年（2014年供暖季及以前无供电结算数据）我公司电耗指标如附表1。
附表1近三年我公司电耗指标完成情况统计
供暖季
电耗（kw.h/a.㎡）
备注
2015-2016
2.87
供电结算电量
2016-2017
2.75
2017-2018
2.97
相关公司电能耗统计见附表2。
附表2相关供热企业电耗指标完成情况统计
供热企业
电耗（kw.h/a.㎡）
供暖天数
备注
建投宣化
2.29（折120天）
供暖期151天
三年平均
建投任华
1.7
供暖期120天
2017～2018年供暖季
建投定州
1.6
供暖期120天
2017～2018年供暖季
张家口大热力
1.68（折120天）
供暖期151天
2017～2018年供暖季
青岛金河热力
1.34（折120天）
供暖期145天
2012～2013年供暖季
秦皇岛热力
1.09（折120天）
供暖期151天
2012～2013年供暖季
牡丹江热力
0.32（折120天）
供暖期181天
2014～2015年供暖季
注：
附表中电耗未考虑外界环境温度对耗电量的影响，并折算为120天计。
从附表1、附表2及附图1中可看出我公司电耗完成指标始终维持较高值，且相较同区域及建投内企业有不同程度的升高。
3设计分析
根据《初步设计》中提资，初设面积1116万㎡，对应供热小时数为4032h（168天），采暖用电量为19698147KWh，按以上《初步设计》数据采暖季电耗为1.765KWh/a.㎡，按照实际供热时长为3600h（150天），折合初设电耗约为1.576KWh/a.㎡。
但由于初设中相关资料已与生产实际中的设备选型存有较大的出入，初设中的相关设计值已不能反映现场设备实际能耗值。
如《初步设计》中5MW机组的循环泵功率为30KW，我公司现场实际机组的循环泵功率选型为45KW，循环泵匹配功率高50%。
根据《板式换热器机组》GJT191-2004中规定：
“二次侧介质在管道内的流速应小于3.0m/s”，其中未对板换压降做明确规定；而根据《板式热交换器机组》GBT29466-2012中规定“用于供热工况时介质流速不应大于2.5m/s”、机组板换“用于供热的液-液机组一次侧、二次侧的压力降均不大于100kpa”。
结合公司设备现状，有如下可能：
由于宣化供热为建投首次涉足供暖行业，相关经验不足，且相关规范中也未对换热板换的流动压降损失有明确要求，致使前期投入生产的机组板换流动阻力损失过大，板换实际压损超出“二次侧的压力降均不大于100kpa”规定的约100%，达到200kpa，2012年后延续使用了已有的部分招标技术资料，虽有部分厂家机组板换有所改进，但技术标准中未有明确要求。
且部分机组管道内流速过大，也超出“用于供热工况时介质流速不应大于2.5m/s”规定值，如凤凰城机组联箱出水管径为DN250，经核算16万㎡供暖面积下，实际流速达到4.0m/s，致使管道实际比摩阻增加60%，造成机组站内压损偏大。
4热力设备压损分析
热力站内热力系统设备包括板换、循环泵、补水泵、阀门、逆止门、滤网、联箱、管道等，其电耗主要是循环泵和补水泵电耗。
一方面，补水泵为整个系统提供扬程，其扬程受供暖范围内的建筑最高高度确定，而循环泵扬程受热力系统流动阻力因素确定，与建筑高度无关，流量主要受供暖面积及用热指标确定。
循环泵提供的扬程被循环过程中的各个部件和管道消耗。
为减少输配能耗，在满足末端用户资用压头的情况下，应该尽可能减少其他环节不必要的压力损失。
另一方面，水泵的效率也是决定输送电耗高低的重要因素。
水泵的选型、运行效率和运行策略对其效率都有很大的影响。
以此思路，通过相关供暖企业及我公司实际设备现状进行分析比较。
4.1设备选型影响
4.1.1循环泵扬程
循环泵扬程与建筑高度无关，根据公式
（1）确定。
H泵=H板换+H站内系统+H庭院系统+H用户资用压头-----------------------------
（1）
H泵---循环泵扬程。
H板换---机组板换压头损失，规范≯10m，一般要求≯5m。
H站内系统---热力站内管道附件损失，包括阀门、滤网、联箱、管道等。
一般≯5m
H庭院系统---二次庭院系统损失，包括庭院阀门、滤网、管道等。
取庭院管网比摩阻100pa/m，当供暖半径为500m时，供回水管道压损为0.1Mpa，当供暖半径为1000m时，供回水管道压损为0.2Mpa。
其他阀门、滤网等压损取5m。
H用户资用压头---最末端用户必须资用压头，规范为50kpa即5m。
这样，当小区供暖半径为500m，板换压损取5m时，H泵为30m；当小区供暖半径为1000m，板换压损取5m时，H泵为40m。
同时板换压损对循环泵扬程选型也有直接影响。
4.1.2循环泵流量
循环泵流量根据公式
（2）计算。
----------------------------
（2）
---流量，单位t/h。
---供暖面积，单位m2。
---面积热指标，单位w/m2。
---二次供回温差，单位℃。
当供暖面积及热指标确定后，也即确定了循环泵的流量，但由于上述公式中未考虑管网失调现象，实际流量需求量应大于上述公式
（2）计算的数值，一般取1.2倍的余量。
考虑一定的余量之后，循环泵实际选型，在供暖半径500m时，也不应超过32～36m，在供暖半径1000m时，也不应超过44m。
而目前循环泵扬程选型一般都大于44m，部分甚至达到了70m。
当流量一定时，循环泵电耗与泵扬程成正比关系，也即循环泵扬程选型大，则电耗成正比增大。
循环泵选型偏大会引起流量偏大，消耗在设备系统上的损失增大、水泵效率偏低问题。
在使用了变频之后，虽然能够解决前两个问题，但无法解决水泵效率偏低问题。
热力站机组循环泵扬程大多在44m以上，其中，约52台循环泵扬程高达50m以上。
循环泵选型过大，造成运行效率不高。
但因更换该部分循环泵成本较高，更换下来的循环失去了再利用的价值，可考虑针对扬程在50m及以上的部分循环泵进行选择性更换以提高泵的运行效率。
循环泵电耗为电能损耗的主要方面，其直观的消耗在各设备上，即设备的压差损失上。
由此，对部分热力站内设备压损分布进行统计分析。
4.2热力站内电能损耗分布
通过对机组各部位压力表记录，即可统计出热力站力站内及用户侧各部件的压差大致损耗。
由于部分机组表计欠缺及计量准确性影响，仅记录循环泵入口压力、循环泵出口压力及换出口压力，以此计算出循环泵实际扬程、板换压损及管道、用户侧压损。
以下除管道、阀门、联箱外，主要针对板换、滤网、局部损失、供暖半径进行分析。
4.2.1换热板换压损
对54台机组各部件压降进行测量记录，见附表3，佯表见附件2热力站压差统计。
附表354台机组系统部件平均压差统计
二次侧就地压力MPa
循环泵
杨程MPa
板换
压损MPa
庭院
压损MPa
板换压损比例%
循环泵入口压力
循环泵出口压力
板换出口压力
0.362
0.646
0.494
0.284
0.152
0.132
51.84
注：
附表3中，为统计方便，将站内联箱及部分管道压损划入庭院压损中。
从附表3中可以看到，用户侧消耗的压损平均只占水泵压降的48.2%（其中还包括热力站内部分部件压损），消耗在热力站内的压损（主要为板换压损）占到了绝大部分，仅板换压损达到了51.84%。
由此可见，热力站电耗的节能潜力主要在站内，且站内为地面以上设备，易于操作实施。
对系统压差分布作具体分析，部分热力站机组板换压损（九龙花园、福地花园、二建、皇城家园、博扬花园、凤凰城、东城首座等）甚至达到0.2～0.3.5Mpa，超出了规范要求的≯0.1Mpa。
在合理情况下，应使热力站内的所有设备压损之和控制在0.1Mpa以内。
除设备本身存在的压损以外，影响板换压损因素有系统的流量与结垢。
以九龙花园为例，供暖面积为25万㎡,计算流量为1290t/h，由于庭院管网原因（单元入口安装有旁通管）及部分用户不热因素，实际流量1580t/h，造成板换的压损增加40%，板换进出口压损达到了0.35Mpa。
部分由于换热站建成后供暖面积的增加超出设计供热面积使流量增加，如崇善寺热力站机组。
除板换流量过大外，结垢对于换热器板换压损也有一定的影响，如星宝#1机组中间板换结垢后实测流量几近为0。
一般末寒期的阻力比初寒期增大，故应每年结合运行参数对换热器板换进行清洗。
由于板换本身的压损过大，通过合理的增加板换通流面积，经济性将会更好。
如2015年非检期对万柳机组板换进行了通流改造，在2016～2017年供暖季，在保持较上年度运行参数略高的情况下，热力站月用电量由上年度的23万kw.h下降至16.5万kw.h，用电量降低28%。
4.2.2除污器滤网压损
系统滤网正常运行中压损应控制在1～3m，前后压损超出5m时，应及时进行清理。
从实际运行来看，滤网在部分机组中压损数值表现明显。
如当滤网略有少许杂物时，滤网即表现出严重堵塞现象。
管道的直径（有效通流直径）由流量及比摩阻确定，但在实际进行选型安装时，往往DN250的管道匹配DN250的滤网。
由于滤网目数在20～30目时，有效通流百分比为61～56%，目数越大，有效通流百分比越小，实际造成了该部位的缩径现象，形成了一定的阻力。
在运行中，除污器滤网的阻力显著增加主要发生在初寒期，尤其是刚开始供暖的一段时间。
因此，应定期检查除污器滤网的前后压力差变化，一旦发现除污器滤网前后压差超出0.05Mpa时及时清理，避免不必要的压损。
就地表计的精确度也是影响除污器滤网堵塞判断的主要因素，运行中应提高除污器前后压力表计的准确度。
同时，将主要滤网前后压力实现上传，实现改分散定时检查为计算机实时监控报警，也不失为一种有效的管理控制方式。
并且，在实际运行中，大多数滤网在整个供暖中后期，因管网已运行稳定，在管网运行年限达到3年以上时，滤网对系统颗粒状的过滤作用已不明显，可以采取滤网抽芯运行方式以减少系统阻力。
为便于保管，各机组所抽滤芯宜进行该站内定点放置，下个供暖季系统投入前装回。
4.2.3局部损失
造成局部不合理的损失主要原因是：
站内部分管道设计管径偏小、部分阀门存在损坏情况、弯头过多或管道上存在不必要的阀门及联箱等。
如凤城低区机组原设计为两路出水，实际为一路DN250管出水，造成凤凰城电耗达到近5kw.h/a.㎡；如部分机组后期供暖面积扩大增泵后（如颐明宣等）造成站内设备阻力增加。
再比如，2017年非供暖季，将二中热力站内多余的管道阀门去掉后，月用电量下降14%。
合理规划，减少各支路不平衡。
联箱的作用是为便于在同一机组中含有多支路的供暖用户之间的调平，但联箱的增设，增加不必要的压损。
对于两支及两支以下支路的，宜不设联箱，单支路时改为直通管道，两支路时改为Y型三通方式，可减少系统的压损。
对于三支及以上支路的具备现场空间及系统条件的可考虑进行分机组改造（如本非供暖针对颐明宣的分机组改造）。
4.3供暖半径分析
由于供暖半径对系统的电耗影响较大，故结合公司实际电耗情况进行简要分析。
供暖半径可通过对单机平均供暖面积与电耗的关系反映出对电耗的影响。
统计如附表4及附图2。
附表4单机面积与电耗
序号
单位
单机平均供暖面积万㎡
电耗kw.h/a.㎡
备注
1
宣化
6.2
2.29
同折算为供暖120天
2
定州
4.8
1.7
3
张热
4.2
1.68
4
牡丹江
3
0.32
从附表4、附图2及公式
（1）可看出，机组的单机平均供面积越小，反映出单机供暖半径越小，电耗水平完成越好。
但由于供暖小区及热力站选址在投产以后，已无可改造的空间，故仅作为电耗影响来分析。
同时，单机供暖面积过大，说明部分机组供暖面积过大，并联循环泵台数过多。
一般并联泵台数不宜超过两台，最多不超过三台，当超出三台以上，超出部分基本已不起增流作用。
5运行调整分析
根据频率与功率关系式：
（n1/n2）3=p1/p2绘制频率与功率关系附图3。
从附图3中可看出，在40Hz以上时，频率与功率基本成一直线关系，约每1Hz对应5%电耗，所以采用合理的流量运行方式，电耗降低较为明显。
但系统的流量降低主要受到庭院管网水力平衡失度度的制约，也即最末端用户资用压头不应小于50kpa。
由于在热网运行调整中，缺少相关表计数据，依据经验，按30～50t/万㎡流量进行估算。
且最末端用户侧表计缺失或表计准确度不高，维修人员无法准确掌握用户侧特别是最末端用户（楼宇顶部用户）的水力情况，并无法依此进行合理水力调平，仅仅依靠用户报修量的多少进行判断，往往造成系统实际流量偏大现象，造成电耗浪费。
为此，宜在各小区最末端及部分近中端用户楼道顶部安装精度较高的供回水表计，并将最末端表计实现上传，以便于供热调度中心值班员依此实时进行调整，也便于维修人员的现场水力调平。
同时，也可避免维修人员无限需求流量参数及调度值班人同不能实时掌握最末端用户水力状况，从而实现调度与区域良好协调互动，达到节能的目的。
6措施与建议
我公司电耗始终保持在较高数值，通过上述分析，由于2012年以前使用的《板式换热器机组》GJT191-2004规范中对换热机组板换压损无明确强制要求，致使在进行板式换热机组设计和制造时，相关设计及制造单位可能依照以往经验或考虑工艺成本因素，造成板式换热机组板换压损过大。
同时，热力站的选址受原有锅炉房、小区、开发商等因素影响，存在热力站所辐射小区面积过大，辐射距离过远原因，此两种原因，造成热力站电耗高于同区域张家口大热力及建投后期涉足的供热企业。
除原有热力站辐射距离及辐射范围不便于更改外，大部热力站以减少站内设备系统压损为主线，完善庭院单元内表计测点，加强庭院水力调平，仍有较大的设备节能改造空间。
结合往年部分实际改造案例，特提出如下措施与建议：
6.1节能的潜力主要在热力站内
目前在实际运行工况下，对大部分热力站而言，消耗在站内的压损，特别是板换的压损占循环泵扬程的51%以上，远远大于消耗在用户侧的压损。
将站内设备系统压损控制在10m以下，是降低设备系统各部件的压损是降低电耗的主要途径。
6.1.1结合非供暖季检修计划，继续滚动进行板换通流改造。
6.1.2供暖初期加强监视各除污器前后压差变化，发现堵塞时及时清理。
供暖中后期，针对已投入供暖或庭院已改造的小区达3年以上的进行除污器滤芯拆除，以减少系统的阻力。
6.1.3机组除污器滤网公称直径宜选取大一号，以使有效通流面积不小于原管道流通面积。
6.1.4结合实际，对各热力站进行具体分析，减少站内系统中不必要的阀门管件、弯头。
6.1.5对于供暖面积较大的并联机组，具备条件时，进行分区分机组改造。
6.1.6针对部分杨程过高的机组（如光大豪庭片暖机组）并结合板换通流改造，进行较低扬程循环泵调换。
6.1.7对于单泵的机组，将其出口逆止门拆除。
6.1.8由于循环泵进出管同时起到了旁通逆止门防水锤作用，可将所有机组循环泵旁通逆止门拆除，以减少系统漏流的可能。
6.1.9对于单机组供暖用户支路少于两支及以下的设置联箱的机组系统进行去联箱改造。
6.1.10机组运行期间，加强对板换前后压差的监视，结合参数分析，做好板换清洗工作。
6.2完善相关表计测点
6.2.1在庭院最末端、中端及近端用户侧单元内顶部安装较高精度的供回水就地压力表，同时将最末端表计上传至调度中心，便于区域调平、调度集中流量判断与相互协调配合。
6.2.2完善热力站内除污器前后压力表计并实现上传至上位机进行报警监控。
6.2.3结合二次侧压力，选择合适量程及精度的表计，便于巡检人员的检查判断分析。
6.3更换部分高扬程循环泵
循环泵选型过大，造成运行效率不高。
但因更换该部分循环泵成本较高，更换下来的循环失去了再利用的价值，可考虑针对扬程在50m及以上的约50余台循环泵进行选择性更换以提高泵的运行效率。
6.4加强水质控制
张宣地区热网补水水质硬度偏高，若热网水质长期控制不好，即使添加阻垢剂，管网系统内的垢物仍会积攒沉淀到管道及用户采暖设施内部，形成阻力。
7措施实施后效果分析
根据上述分析，结合绝对用电总量较大、电耗相对较高的24（占比1/4）座热力站，列表制定措施建议，并对措施实施后的效果预估分析如下附表5。
完善庭院末端相关表计测点并上传至上位机，加强庭院调平及调度与区域协调配合。
同时针对站内系统降阻力进行分区分机组及通流改造措施，选择部分极高扬程循环泵进行更换，对1/4热力站改造后，供暖季月可预计节约电量595000kw.h，可使全网电耗下降10%至2.6kw.h/a.㎡。
若全部应改热力站进行了站内减少压损改造后，全网电耗应能降至2.2～2.4kw.h/a/㎡。
附表5热力站措施实施后效果分析
序号
热力站名称
现月用电量kw.h
供暖面积㎡
电耗水平kw.h/a.㎡
改造措施说明
预计月节约电量kw.h
1
九龙花园
228864
284764
4.02
庭院去除单元旁通，最末端单元顶部加装供回水压力表（以下同）
60000
2
书香佳苑
49260
45262
5.44
入住率偏低，选择合适流量，适当二次提高温度
10000
3
颐明宣
92284
190000
2.43
分区分机组改造，改善供暖质量，便于水力调平
0
4
东城首座
232470
220000
5.28
分区分机组改造
50000
5
诚品幸福城
113248
164400
3.44
入住率偏低，选择合适流量，适当二次提高温度
15000
6
开发区
98948
90516
5.47
供暖半径大，选择合适流量，适当二次提高温度
15000
7
二建
172048
141500
6.08
板换通流改造
55000
8
利民按院
107155
211000
2.54
选择合适流量
10000
9
光大豪庭
217260
195256
5.56
7MW机组高扬程循环泵换低扬程泵
25000
10
福地花园
146792
206234
3.56
板换通流改造
20000
11
古郡豪庭
97050
160000
3.03
板换通流改造
10000
12
博阳
168675
234826
3.59
板换通流改造
15000
13
金矿
96960
154000
3.15
分区分机组改造
10000
14
恒基
202500
203000
4.99
选择合适流量
45000
15
皇苑小区
98446
134400
3.66
片暖机组板换通流改造
15000
16
83#号院
89780
150372
2.99
现地暖机组设计为片暖机组，通流改造
10000
17
工商局
87996
112000
3.93
选择合适流量
15000
18
皇城家园
126370
192850
3.28
板换通流改造
20000
19
凤凰城
212010
205873
5.15
分区分机组改造
60000
20
星宝花园
130776
251000
2.61
#1机组板换通流改造
10000
21
诚品世家
169970
216000
3.93
选择合适流量
20000
22
万柳
203784
311000
3.28
选择合适流量
40000
23
观后
92990
166000
2.80
板换通流改造
15000
24
京西江南
276360
430000
3.21
板换通流及分区分机组改造
50000
合计：
3511996
4670253
3.89
595000
附件1生技关于电耗偏高设计分析
分析一：
根据《初步设计》内容所述，初设面积1116万㎡，对应供热小时数为4032h（168天），采暖用电量为19698147KWh，按以上《初步设计》数据采暖季电耗为1.765KWh/a.㎡，按照实际供热时长为3600h（150天），折合初设电耗约为1.576KWh/a.㎡。
《初步设计》中机组选型功率共为7种，单台机组设计运行工况均为设置双台循环泵，一备一用配置。
例：
5MW机组初设循环泵选型30KW，6MW机组初设循环泵选型37KW且一备一用。
实际中，我公司所配置的机组循环泵功率选型比初设中循环泵功率大一级。
例如：
宣钢怡卿5MW机组实际循环泵功率45KW，单台循环泵功率较初设高50%，骞海6MW机组，实际循环泵功率55KW，单台循环泵功率较初设高48%。
对应电耗理论升高约0.757KWh/a.㎡。
分析二：
板式换热器机组设计以2012年分界点，存在设计引用规范不一；《板式换热器机组》GJT191-2004中6.6二次侧介于在管道内的流速应小于3.0m/s，其中未对板换压降做明确规定；而《板式热交换器机组》GBT29466-2012中5.2.2：
“用于供热工况时介质流速不应大于2.5m/s；5.2.3：
用于供热的液-液机组一次侧、二次侧的压力降均不大于100kpa”对板换压降做明确规定，所以2012年前购买的机组板换忽略板换压降。
造成部分机组站内机组板换压降偏大，阻力较大的情况。
附件2热力站压损统计分析表
序号
热力站
机组号
功率（MW）
采暖方式
二次次侧就地压力
循环泵杨程
板换压损
庭院压损
板换压损比例%
循环泵入口压力
循环泵出口压力
板换出口压力
一
东城区
1
御景金辉
2
5MW
散热片
0.35
0.62
0.57
0.27
0.05
0.22
18.52
2
钢鑫附楼
1
3MW
地暖
0.53
0.8
0.7
0.27
0.1
0.17
37.04
2
1.5MW
地暖
0.67
1
0.9
0.33
0.1
0.23
30.30
3
东升路
1
3MW
散热片
0.24
0.51
0.32
0.27
0.19
0.08
70.37
4
雅兰
1
5.5MW
地暖
0.28
0.5
0.4
0.22
0.1
0.12
45.45
5
老虎坟
1
5MW
散热片
0.
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