供暖能耗分析及对策.docx
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供暖能耗分析及对策
供热能耗分析及其节能措施
一、某油田中心区集中供热系统简介
1.中心区供热系统的建设及规模
油田中心区原来由分散在各个小区的燃油蒸汽锅炉房供暖。
1990年，B集中供热系统建成投产，随着B供热网的逐年扩建，陆续关停了中心区附近的小型燃油蒸汽供暖锅炉房，到2000年，油田中心区B供热系统的供暖面积达到了106万平方米的设计供暖规模。
2001年使用燃煤热水锅炉供暖的A集中供热系统（A供）投产运行，标志着油田中心区供热系统“煤代油”工程实施的开始。
从此，中心区热网进入了B供燃油热水锅炉、A供燃煤热水锅炉同时供暖的时期。
2005年初，A供热站安装的5台14mw燃煤热水锅炉全部投入运行，结束了中心区周边的小型燃油锅炉供暖的历史，这些采暖区经过改造后，全部并入了A供热网。
2005年底B集中供热“煤代油”改造一期工程当年开工并建成投产。
当年12月15日，B供新安装的3台14mw燃煤热水锅炉开始供暖，结束了油田中心区燃油供暖的历史，从此中心区供热系统开始了燃煤热水锅炉供暖的时期。
目前，中心区供热系统由A供热系统（A供）和B供热系统（B供）构成，总供热面积已经达到175万平方米，经统计，中心区热网dn200以上供暖干管长度35.8km，dn200以下供暖支线长度66.5km，供暖管线总长度达到102.34km
中心区供热系统由某社区下属的供热站统一管理。
供热站下设A供热队、B供热队、供热维修队三个基层队，分别担负着A供热站、B供热站和中心区供热管网设备设施的运行管理、以及维修、保养工作。
A供热站和经过“煤代油”节能改造后的B集中供热站设计起点高，采用了一系列比较先进的供热节能技术。
同时社区、供热站选拔、培养了一批采暖锅炉经济运行管理的专业人员，供暖锅炉的管理水平比较高。
节能监测中心社务供热站燃煤热水锅炉的运行热效率测试报告表明：
A供热站河B供热站燃煤热水锅炉的运行热效率均在76%以上，特别是B供锅炉增加复合相变换热器后，锅炉综合效率提高了7.4%，中心区燃煤采暖锅炉的运行效率达到了国内同行业的先进水平。
2.热网“水力失调”是制约中心区供热系统进一步降耗的“瓶颈”
油田中心区建筑大都在7层以下，选用了低温热水（95/70℃）一次直供的采暖方式方式，设计供水温度95℃，回水温度70℃，散热器额定功率下的设计流量为2.18kg/h/m2。
热网实际运行时，与设计参数偏差较大。
实际供水温度80~60℃，回水65-45℃，供回水温差15-10℃，个别区域只有4℃，单位面积的热水循环量在2.4-2.6kg/h/m2左右，热网存在着比较严重的“水力失调”，使供热站送出的“热力”无法合理地分配到各个采暖小区，中心区供热系统供暖时，相当一部分采暖小区出现了“冷热不均”、“过冷过热”的“热力失调”现象。
目前，中心区供热系统采用“小温差，大流量、质调节”的热水循环模式供暖。
采用这种方法，对热网出现的“热力失调”现象有一定的消除效果，但热水循环量的升高需要消耗大量的电能，有资料表明，这种方式与国外“大温差、小流量、量调节”的供暖方式相比，能耗至少要高40%左右。
有时为了使供暖质量满意率达标，供热站不得不采用提高供水温度的方法来满足冷端用户的采暖需求。
采用提高供暖热水温度满足冷端用户的方法会使原采暖正常的区域过热，原来过热的区域更热。
室内温度过高的采暖用户开窗散热，采暖用户“开窗热损失”的升高造成了大量热能的白白浪费。
通过理论计算，供热站供暖水温每提升1℃，每天就要多烧掉17.8吨标准煤。
管网“水力失调”的另外一个危害是系统水耗的升高。
热水水循环差的冷端用户，往往用放水的方法增加流过暖气片的热水量，以此来提升室内温度，特别是当供暖负荷不能满足采暖要求时，这种现象相当普遍。
冷端用户取暖放水；不法用户的非正常用水、偷水；管网老化自然漏失、管网维修放水，每个供暖期下来，中心区热网的供暖热水损失量在22万方左右，“补水热损失”超过了1780吨标准煤。
由于热网“水力失调”的存在，导致了各个采暖小区出现了不同程度的“热力失调”现象，给供暖系统带来了较高的“补水热损失”、“开窗热损失”，也使供暖热水循环泵的运行电耗维持在较高的能耗水平。
可见，中心区热网“水力失调”严重的问题，成了制约供暖能耗进一步降低的“瓶颈”问题。
二、供热能耗分析
油田中心区供热系统每年11月下旬开始供暖，第二年的3月中旬停暖，具体供暖时间由勘探局主管部门下达的“供暖令”和“停炉令”确定。
由于各个供暖期气候情况各有不同，供暖面积和供暖天数也不尽相同，因此，将“供暖期”作为供热能耗分析的周期比较合适。
（一）单个供暖期供暖能耗分析
a）供暖煤耗分析
A供热队2004~2005供暖期供暖面积107万平方米，共消耗燃煤32145.77吨，运行11808台时，平均耗煤量2722.37kg/h。
图表1A供热站2004-2005供暖期运行资料
月份
运行天数
运行台时
运行率
煤耗量（吨）
11
18
1442
66.76%
3925.66
12
31
2913
78.31%
7930.27
1
31
3243
87.18%
8828.65
2
28
2946
87.68%
8020.11
3
17
1264
61.69%
3441.08
统计
125
平均78.72%
注：
锅炉利用率=锅炉实际运行台时/理论运行台时×100%
图表2A供热站2004-2005供暖期锅炉利用率和煤耗分析图
一个供暖期各个月份的耗煤量相差很大，燃煤耗量、锅炉利用率与当月的供暖负荷成正比，整个供暖期各月的煤耗呈两端低中间高的趋势，每年的1-2月份（春节前后）为煤耗高峰期。
14mw角管式燃煤热水锅炉的满负荷耗煤量是3.2t/h（21mj/kg燃煤），该供暖期锅炉平均煤耗2.722t/h，锅炉平均负荷率达到了85%，表明2004-2005供暖期是一个典型的“冷冬”。
b）供暖水耗分析
供热系统的水耗主要来自系统补水。
正常供暖时，系统的补水量与系统失水量相等。
上图是A供热站2004-2005供暖期某天的日补水曲线图，从中可以看出基本失水量在26-30方/小时左右（0-8点时段），8点至23点时段补水量升高，主要是暖气不热，人为放水所致，从晚上18-21点时段，失水量45-47m3/h，人为放水量达到17m3/h；21-23点时段失水量达到一天的高峰58m3/h，应是一些采暖住户用偷放供暖水洗澡所致。
近年来，通过供热站对热网的维护更新，使热网的基本失水量下降了很多，但无法制止采暖用户放水和供暖热水他用排放的情况。
目前，中心区供热系统每天的补水量平均在2100m3/d左右，每天的补水热损失相当于多烧掉12.9吨标准煤。
c）供暖电耗分析
图表显示：
供暖热水循环泵和锅炉运行（主要是风机）两项电耗之和占整个供暖系统电耗总和的百分之96.2%，必须设法降低锅炉和循环水泵的运行点好。
在风机和水泵上使用变频调速技术，是目前降低供暖系统电耗的最有效手段。
（二）中心区供热系统能耗对比
供暖能耗主要是由燃料、电耗、水耗构成的，我们选取供热站2000~2006年各个供暖期的能耗数据（见附表：
某社区供热能耗分析表）进行分析：
a）各供暖期供暖单位分析图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
供热面积104m2
121
132
150
148
174
175
供热天数d
110
103
123
115
124
113
供暖单位104m2·d
13310
13596
18450
17020
21581
19789
备注：
供暖单位=供热面积×供暖天数
b）供暖面积对比图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃煤供暖104m3
0
34
54
76
108
175
燃油供暖104m3
121
98
96
72
67
0
总供暖面积104m3
121
132
150
148
174
175
上图显示了油田中心区热网供暖面积逐年增加的趋势以及“煤代油”工程实施期间燃油供暖区域与燃煤供暖区域比例的变化。
c）燃料消耗
表格1中心区供热系统2000-2006各个供暖期燃料消耗分析
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃油t/a
8033
7344
7517
6668
6108
0
燃煤t/a
0
5400
9952
15126
32155
42352
折合标准煤t/a
11476
14349
17847
20331
31694
30252
通过上图可以看出，“煤代油”工程实施前后，中心区供热系统各个供暖期燃煤、燃油消耗以及燃料耗量的变化规律。
由于燃煤锅炉的热效率比燃油锅炉低10-15个百分点，供暖燃料消耗在“煤代油”工程实施期间，基本上呈上升趋势，同时也与供暖计算单位正相关。
d）水电消耗
表格2供暖水、电消耗与供暖计算单位对比
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
耗水104m3
27
21
29
28
37
24
耗电104kwh
248
293
441
401
460
325
供暖单位106m2·d
133
136
185
171
216
198
供暖水、电消耗基本上与该供暖期供暖面积及供暖天数的乘积成正比。
e）供暖期综合能耗成本
表格3各供暖期综合能耗成本图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃料费万元/a
2249
2326
2602
2623
3318
2118
水费万元/a
81
63
87
83
111
72
电费万元/a
168
198
298
271
311
220
综合成本万元/a
2498
2587
2988
2978
1875
2409
可以看出，各供暖期的能耗与供暖单位成正比。
第5个供暖期能耗偏高因为B供热站改造，B供25万平方米负荷调整到A供热网，A供热站锅炉超负荷运行，燃煤质量差，锅炉效率下降有关。
f）供暖单位成本（元/每平方米·天）分析
表格4供暖单位燃料成本分析图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃料费元/m2·d
0.169
0.171
0.141
0.154
0.154
0.107
单位燃料费的总体变化趋势逐年降低，原因之一是“煤代油”工程实施后，燃料结构逐年变化，低价位的燃煤取代燃油后燃料价格大幅度下降的结果，二是得益于供热站历年来开展各种节能技术改造和的以“锅炉经济运行”为目的管理活动。
表格5供暖期单位电耗成本对比图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
电费元/m2·d
0.013
0.015
0.016
0.016
0.014
0.011
前三个供暖期单位电耗有所上升，主要原因是燃煤锅炉替代燃油锅炉后，相同供热能力燃煤锅炉的比燃油锅炉的电耗高2.2倍，燃油锅炉减少，燃煤锅炉增加，导致了单位耗电成本的增加，后三个供暖期单位电耗下降的主要原因是供热站通过技术改造，在风机水泵上普遍采用变频调速节电技术取得的成效。
表格6供暖单位水耗成本对比
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
水费元/m2·d
0.006
0.005
0.005
0.005
0.005
0.004
第一个供暖期水耗成本最高主要是当时B供热站在满负荷运行的情况下，还要负责新建的A小区15万平方米的面积，导致供暖质量全面下降，住户因暖气不热而大量放水，该供暖期成为中心区热网运行历史失水率最高的供暖期，系统失水率高达3.5%，
第2-5个供暖期系统失水耗略有升高，主要是与管网扩张后并了许多周边小区，这些小区的管网并网后，存在着严重的水力失调，管网维修和暖气不热使系统放水量增加。
同时管网老化也使系统漏水增加的一个原因。
第5-6个供暖期，补水量稳步下降，一是供热站采取了有计划地对楼水量大的老化的观望进行改造更新，以及加强巡线及观望维修质量，减少管网“跑冒滴漏”的结果；二是供热站对暖气质量不好的小区进行热平衡调节，暖气质量提高后，人为放水减少的结果。
g）单位供暖能耗（公斤标准煤/万平方米·天）
表格7供暖单位燃料能耗分析图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃料kg/104·d
862
1055
967
1195
1469
1529
由于燃煤锅炉的热效率比燃油锅炉低10-15个百分点，供暖燃料消耗在“煤代油”工程实施期间，供暖单位能耗指标基本上呈上升趋势。
表格8供暖单位补水能耗分析图
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
水kg/104·d
20
15
15
16
15
12
系统失水率%
3.4
2.6
2.6
2.7
2.6
2.08
单位面积水耗成总体下降趋势，与对中心区热网的持续更新改造、热网维护质量和供暖质量提高有关。
表格9供暖单位用电能耗分析
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
电kg/104·d
75
87
97
95
86
66
燃煤热水锅炉容量的增加，使供暖用电能耗的基础水平逐年升高趋势；变频调速技术的应用，取得了明显的节电效果，使供暖用电能耗回落，形成了单位供暖电耗指标两端低，中间高，整体降低的态势。
表格10供暖单位综合能耗分析
供暖期a
2000-2001
2001-2002
2002-2003
2003-2004
2004-2005
2005-2006
图例
燃料kg/104·d
862
1055
967
1195
1469
1529
水kg/104·d
20
15
15
16
17
12
电kg/104·d
75
87
97
95
86
66
综合能耗kg/104·d
957
1157
1079
1306
1571
1607
综合能耗呈“煤代油”工程实施前期迅速增加，后期稳定趋势。
燃料替代后，燃煤锅炉的热效率比燃油锅炉低10-15个百分点，相同热负荷下电耗是燃油锅炉的2.2倍，因此在“煤代油”工程实施期，随着燃油供暖区域逐步被燃煤供暖区域替代，综合能耗指标总体上呈上升趋势。
第3-5个供暖期，单位供暖综合能耗指标增长较快的另一个原因是03年之后，一是由于燃煤供销紧张，煤质变差，使锅炉燃烧效率下降所致；二是燃料结构调整后燃煤供暖面积迅速增加所致。
第3个供暖期是A集中供热一期工程运行期，燃煤供暖面积虽有增加，而综合能耗指标反而比第2个供暖期有所下降，原因有二：
一是A供燃煤锅炉运行效率比上个供暖期有所提高的结果，二是第3个供暖期比第2个供暖期比天气较温暖。
第4、5、6个供暖期期间，是A集中供热二期工程建设期，测井区、医院小区并入A供热网，同时两大热网的联络线建成，供热站通过建成的联络线，将B供热网的供暖负荷25-35万平方米调整到A供热网，到第5个供期，燃煤供暖面积达到107万平方米，燃煤采暖面积迅速增加是这个时期综合供暖能耗指标迅速增长的主要原因。
第6个供暖期，“煤代油”工程已经完成，中心区175万供暖面积全部实现燃煤供暖，供暖单位能耗指标增长速度反而呈现明显回落的趋势。
这主要得益于B供热站“煤代油”改造后的燃煤热水锅炉采用了复合相变换热节能技术使燃煤锅炉的热效率提高了7.4%的结果。
三、中心区供热系统应用的节能技术
供热系统由3部分组成：
热源，热网、热用户。
热源指的是供热站。
通过前面的分析，中心区供热系统的运行成本呈逐年下降的趋势，能耗成本在完成“煤代油”工程后，也呈下降趋势，这些成就的取得，主要是在两个供热站采用了行之有效的节能技术，使供热系统的热源损失降到了比较低的国内先进水平。
（一）提高热源转换效率的节能技术
1.选用设计热效率高的燃煤热水锅炉。
A供热站和新改建的B供热站选用了设计效率达于83%的14mw角管式燃煤热水锅炉。
该炉型引进丹麦技术，该炉型采用了一系列衔接技术和工艺：
⑴锅炉本体受热面全部采用模式水冷壁结构，换热效果好，炉膛、烟气室全焊接密封，不存在漏风问题；⑵采用开放式炉膛，强化燃烧技术，燃烧空间大，燃料燃烧充分；⑶采用鳞片式炉排，通风好，漏煤漏灰少，等压风仓通风技术，风门便于操作；⑷锅炉配风容易实现自动化，燃烧负荷调节范围宽，便于对锅炉进行经济运行管理和操作。
2.弱爆、声波吹灰技术，提高锅炉运行效率
燃煤锅炉运行时，会产生大量的飞灰，煤质不好时尤其严重，这些飞灰往往沉积在锅炉的对流受热面上，导致锅炉实际热效率比设计热效率低5-10个百分点。
除灰效果差的锅炉，有的效率还不到65%。
2001年，弱爆清灰技术首先在B供热站燃油锅炉上应用，沉积在锅炉对流段上的陈年老油灰被“一清而光”，清灰效果相当明显，2004年，A二期工程在A供热站安装了声波吹灰器，也取得了较好的清灰效果。
2005年，B供新安装的3台14mw角管式燃煤热水锅炉的对流段全部安装了“弱爆”清灰器。
这些新技术的应用，使供热站的燃煤热水锅炉的运行热效率只比锅炉的设计效率低了5个百分点，达到了78%。
3.采用复合相变换热技术，进一步提高锅炉运行效率。
复合相变换热技术是一个全新的换热技术。
它采用热管的原理，提出了“相变段”这一概念，开创了以“壁面温度”作为换热器最基本的设计参数这一新理念，从根本上解决了低温腐蚀难题。
“相变段”的概念是将原热管换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个关联的整体。
保证“相变段”受热面最低壁面温度只有微小的梯度温降，通过对“相变段”水量的调节，可以对受热面最低壁温面度实现闭环控制，实现了壁面温度的恒定或调节，解决了低温腐蚀问题；被加热的水回收了烟气中的余热，实现了节能的目的。
概括复合相变换热技术，其核心内涵在于：
✧能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；
✧在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现，大幅度降低设备的维护成本；
✧实现了换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当幅度的调节能力，适应锅炉的燃料品种以及传热负荷的变化，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定；
✧保留了热管换热器所具有的高效传热特性的同时，可通过排除不凝气体有效解决老化问题，大大延长了设备的使用寿命。
2003年，社区就决定引进这一先进节能技术。
2005年经过各方面专家的充分论证，该项技术得以在B供新安装的3台燃煤热水锅炉上应用。
2006年春季供暖期间，经某油田节能监测中心测试，B供燃煤热水锅炉安装的一体化复合相变换热器，将锅炉本体出口烟气温度从220度降低到130度左右，空气预热部分提高炉效4.79%，相变换热部分提高炉效2.61%，综合提高锅炉效率7.4%。
热工测试报告表明：
增加复合相变换热器的燃煤热水锅炉综合运行效率达到了85.4%，超过了锅炉设计热效率。
经过计算，B供3台采用该技术的14mw燃煤热水锅炉，同等供热负荷下，每个供暖期可节约标准煤1544吨。
下一步，社区计划将该项节能技术将在供热站其他锅炉上推广应用。
4.大功率水泵、风机变频调速技术，大幅度降低电耗。
2001年，变频调速技术首先在B供锅炉风上使用，取得了平均节电40%的好效果。
从此，供热站逐步将变频调速技术应用在机泵上。
A集中供热二期工程，安装了19台变频器，其中《315kw变频“一带四”切换技术》在A供热站热水循环泵机组上的成功应用，达到了中石化行业应用大功率变频器的先进水平。
变频调速技术在供暖锅炉上应用后，节电效果十分明显。
以A供热站燃煤锅炉风机为例，锅炉配30kw鼓风机和90kw引风机各一台，总装机容量120kw。
没有使用变频技术以前，锅炉每运行一小时，电耗基本维持在75-80度左右，安装了变频器后，电耗大多时间在36-45度左右，电耗只有原来的48-60%。
目前变频技术已经在两个供热站15kw以上的机泵上得到了普及应用，“煤代油”工程结束后，供暖电耗将长期维持在一个较低的水平。
5.积极学习锅炉经济运行技术，追求锅炉高效率运行。
供热站十分注意对新技术、新工艺的消化吸收及应用工作。
在社区的大力支持下，供热站汇编了一系列有关供热设备经济运行技术文件；一批从基层班组提拔的业务技术骨干被培养起来，充实到了管理岗位上；通过各种方式的技术学习、培训，班组长以上人员基本上能够熟练掌握锅炉经济运行管理的知识；每月的职工培训学习，也使得职工节能意识和节能水平逐年提高。
特别是每个供暖期，各基层队不失时机开展各种以提高“锅炉运行效率”“降低机泵能耗指标”为中心的劳动竞赛活动，有效地调动了职工参与供热节能工作的积极性。
通过这些举措的实施，实现了供热站能耗管理水平的逐年提高。
（二）减少热网能耗损失的技术
6.热网优化运行技术。
2003-2004供暖期，供热站就尝试通过对原在A区和五一区之间的临时管线改造，将B供热网末端的嵩山区和五一区南线15万平方米的负荷调整到A供热网，使这两个小区的供暖质量明显提高，同时还暴露出嵩山区热网老化，漏水严重的问题，嵩山区热网经过抢修，使供热站每天的补水量下降了200多立方米，A、B供两大热网的供暖质量明显提高。
2004年，中心区两大供热系统的3条联络线建成投产，供热站经常根据天气变化及两个供热站热负荷的冗余情况，通
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