锅炉论文_论文锅炉
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现代集中供热的优化设计与节能分析
集中供热的概述
供热系统由热源反热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等，向一个城市或城市中较大区域的各热用户提供热能的方式。目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。
城镇集中供热管网的布置应考虑系统的安全性和经济性。城镇供热系统的热用户分布区域广、分支多，发生事故时，需要若干小时的停供修复时间。因此在规划设时热网一般成网格状布置。有些规划设计时，用户管网是从大环网上接出的枝管网，具有供热的后备性能，运行安全可靠。这种集中化的热网布置形式保证了枝状管网适应不确定热用户的发展，如果一条干管供热能力不够，敷设相邻干管时加大其供热能力就可以解决，以达到供热管网输配能力最优化，不必像环状管网那样先埋人较大管道去等负荷确定的热用户。
集中供热的能量转换是通过热力站交换器把一级网的热能传递给二级网，并由它输送到热用户。热力站是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级网高温水/蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。用热环节即终端系统用热设备。城市集中供热主要是建筑物内的采暖（为简化分析只谈最大热用户）。一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。它的耗能设备是采暖散热器。其能耗量取决于建筑围护结构保温性能、保持的室内温度和外界环境的温度；其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得。通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平。
集中供热系统热耗的估计
供热系统从热制备→转换→输送→用热环节的能量进入和输出必须相等，即：
输入能量=可用能量＋∑能量损失
能源利用率=可用能量/输入能量
可以这样认为：供热系统是由多个子系统组成。热用户是终端，采暖散热器是终端用热设备。热力站、二级网和终端组成二级网子系统，热力站热交换器成为该子系统的能量转换点，一级网水则为它的热源。
·优化设计
（一）管网管线布置的基本原则
1、经济上合理。管网的主干线力求短而直，主干线应尽量走热负荷集中区。要注意管
线上的阀门、补偿器和某些管道附件(如放气、放水、疏水等装置)的合理布置。
2、技术上可靠。管线应尽量避开土质松软地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及地下
水位高等不利地段，少穿主要交通线。一般平行于道路中心线并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿街道的一侧敷设。地上敷设的管道，不应影
响城市环境美观，不妨碍交通。供热管道与各种管道、建筑物应协调安排，相互之间的距离，应能保证运行安全、施工及检修方便。
3、保温措施好。所有管道及设施均应设保温，保温材料可采用密封好、保温绝热性能
高的阻燃型聚氨酯发泡塑料保温管、岩棉或玻璃棉。保温层厚度按有关规定计算。
（二）热水管道能源消耗的影响因素
1、管道外径。管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径越大，管道内水向管外传递的热量增多。
2、输水温度。在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。
3、管道热导率。当保温材质热导率较大时，管道散失的热量在不同管径处随保温材质热导率的增大，其差距逐渐增大。
4、土壤热导率。管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径处随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。
5、保温层厚度。管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小。保温层越厚，其传热热阻越大，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径处随保温层厚度的降低，其差距越来越大。对于当前国内供热系统绝大多数采用的定流量质调节运行方式应装设自力式流量控制器，对于近期即将采用或正在采用的变流量调节的系统应装压差控制器。在用户楼栋入口装设流量控制设备，对各楼之间流量分配进行调节；在立管上装设平衡阀平衡各立管之间的流量，这些措施可以有效地解决小区内建筑物之间和建筑物内部房屋冷热不均的问题。
（三）管网的敷设与补偿方式
热网的敷设分为架空、地沟、直埋等几种敷设方式，相应的管道补偿也有自然补偿，方胀、波纹管、套筒等补偿器补偿,以及目前逐渐推广的无补偿直埋等多种方式。进行大型供热外网工程设计,要分析各段管网敷设路由的不同现状,对于改造工程，首先要尽量利用原有的土建（地沟、支架等）结构，再对各种敷设方式的保温、补偿器、土建等各方面进行经济技术分析,针对不同管径的管段，多样、灵活地选择技术可行、投资经济的敷设、补偿方式。总之，选择管网的敷设、补偿方式时要具体情况具体分析，灵活多样充分利用各种方式的优点，达到优化设计的目的。
随着城镇化建设规模的扩大和热用户的不断增多，我国城镇供热机构己越来越重视供热管网的优化规划及改造工作。进行城镇集中供热管网的优化研究，不但对节约投资、降低供热能耗、提高企业效益等有着重要的意义，而且是实现供热安全可靠的重要环节。因此，热网的优化规划具有重要的社会效益，是城镇供热行业函待解决的研究课题。
·节能分析
随着人们生活质量的改善，能源的消耗在不断增加。作为供热企业，建设节约型企业，为国 家节约能源，保护环境，为企业创造效益，是企业生存和发展的根本途径。
一、锅炉房的节能措施方式经济燃烧实现锅炉受热面的清洁，防止锅炉结垢中、小型锅炉采用煤与炉渣混燃加装省煤器煤中适量掺水大、中型锅炉采用计算机控制燃烧过程采用复合燃烧技术采用变频调速技术按需供热加强锅炉房管理
二 热网节能措施热网保温控制系统失水管道充水防止腐蚀更换排气阀改善热网系统和用户系统
离热源近端，热水流量较多，压差较大，温度较高，离热源远端，热水流量较少，压差较小，温度较低。为了保证离热源远的热用户室内温度达到供暖标准，通常采用“大流量、低温 差、高耗电”的运行方式，造成了近端热用户室温过高，浪费能源的现象。应在管网安装流 量控制器，把近端流量调小，远端流量调大，这样就降低了系统循环水量，同时也降低了煤 耗和电耗。同时在楼栋入口安装流量控制设备，对各楼之间流量分配进行调节的同时，在管路(一般为立管)上安装平衡阀以平衡各立管之间的流量，在每组散热器前安装温控阀控制室内温度，可以 很好地解决楼房之间和楼房内房间冷热不均的问题，用户可自己调节室内温度，实现计量收 费，节约能源。·节能分析案例
西安印钞厂原由自备锅炉房供应厂区热力，安装有两台SZL10-1.27-P型燃煤链条锅炉，冬季运行两台锅炉，夏季运行一台锅炉，冬季最大蒸汽流量15t/h，夏季最大蒸汽流量4.14t/h。因西安市西郊热电厂建成投产，热电厂集中供热管道已敷设至西安印钞厂围墙外，为减少环境污染、提高企业经济效益,决定采用热电厂蒸汽对厂区进行集中供热。
热电厂供汽为压力0.65-0.92Mpa、温度170-220℃的过热蒸汽，热电厂不回收凝结水。因厂区用汽设备使用压力0.6Mpa、温度164.9℃的饱和蒸汽，故热电厂过热蒸汽需经减温减压后方可使用。进户热力管道及计量装置由热电厂设计施工，减温减压装置及厂区热力管网和凝结水回收利用改造由西安印钞厂设计施工。
西安印钞厂主要用汽点为：热交换站、凹印污水处理站、浴室、空调加湿器、溴化锂吸收式制冷机，生产为两班制，用汽流量变化较大。
1、蒸汽减压方案
蒸汽减压是通过流体在阀门中节流实现的，流体通过减压阀时的流动过程为绝热节流过程，这种过程是不可逆的绝热膨胀等焓流动，对于过热蒸汽，节流后焓值不变，温度有所降低，比容和熵都有所增加。目前工程上通常采用机械式蒸汽减压阀和电动蒸汽调节阀对蒸汽进行减压。
2、蒸汽减温方案
蒸汽减温的目的是将减压后的过热蒸汽温度降低成饱和蒸汽温度，以符合工艺参数。采用向蒸汽中喷入减温水与过热蒸汽混合，水与过热蒸汽混合后汽化变成蒸汽，吸收热量以降低过热蒸汽温度，这种减温方案是目前工程上普遍采用的减温方案，本次集中供热系统设计也采用此减温方案。
3、凝结水回收利用
厂区蒸汽凝结水每天最高回水量约80m3，回水温度约80℃，其中蕴涵着大量热能，应加以充分利用。
厂区浴室每日耗水200吨左右，每日耗汽约16吨，是一个用水用汽大户，浴室开放时间为每日下午16时至晚23时。
厂区蒸汽凝结水经取样化验，其水质符合自来水卫生指标，可用作浴室洗浴用水。将凝结水用于浴室洗浴，既可以节约水，又可以利用凝结水中的热能，是一种较为合理的利用途径。
全厂蒸汽凝结水每时每刻均在产生，而浴室是定时开放，故应将凝结水回收储存，考虑到浴室用水时蒸汽凝结水仍在产生，这一部分凝结水及时用掉不需存储，凝结水蓄水池蓄水量需60m3，待浴室使用时将凝结水用凝结水泵供入浴室热交换器。
4、效益分析
集中供热不但具有良好的社会效益，还具有持续可观的经济效益。其社会效益有：提高了社会能源的综合利用率，消除了锅炉运行的不安全因素，彻底解决了锅炉产生的废气、废渣、废水、噪声的环境污染问题。
其经济效益有：厂自产蒸汽成本为61.15元/吨，2000年全厂耗汽28413吨，合计成本为173.75万元； 热电厂供热蒸汽售价为61.43元/吨，因热电厂供热蒸汽为过热蒸汽，其压力和温度均高于厂自产蒸汽，故其每吨蒸汽含热量高于厂自产蒸汽，虽然2001年生产任务比去年多，加班加点又多于2000年，但2001年汽耗较上年仍有下降，2001年全厂耗汽23459吨，合计成本为144.11万元，较2000年减少用汽4954吨，年节约蒸汽合计成本29.64万元。
5、结论
5.1通过一年多时间的运行，集中供热系统设计合理，供汽压力、温度稳定，满足了厂生产生活用汽需要。
5.2蒸汽减压方案采用机械式蒸汽减压阀和电动蒸汽调节阀联合调节，可适应供汽压力不稳和用汽量变化较大的工况。
5.3蒸汽减温方案采用减温水与过热蒸汽直接混合减温方案，通过电动调节阀调节减温水量控制蒸汽温度，通过变频器改变水泵转速控制调节阀前水压，减温水采用蒸汽凝结水适当补充软水。
5.4厂区蒸汽管网改造时，最远用汽点压降不得超过供汽压力10%，管网蒸汽流速在30—45m/s较为经济可行。
5.5将凝结水用于浴室洗浴，既可以节约水，又可以利用凝结水中的热能，是一种较为合理的利用途径。
5.6采用集中供热有较好的社会效益和经济效益。
·总结
1．利用科学技术提高能源利用率所谓'节能潜力'是预测一定时期内，耗能系统和设备的各个环节，利用当前科学技术，采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备以及用户能接受的措施后，可取得的节能效益（减少能耗量或降低能耗率）。也就是说，预测通过技术改造和用户可接受的有效措施后，可取得的系统能源利用效率提高的程度。
2．与先进评估指标的差距体现节能的潜力：节能的潜力是通过分析对比得出的。目标是反各个耗能环节现有的耗能指标提高到先进水平，其运行评估指标的变化量则体现
了节能潜力。因此，其潜力大小于对比对象和自身的基础有关，所以，各单位、各系统的潜力是不可能完全相同的。
各环节欲追求的先进评估指标可以选用：① 历史 上最好的水平；②国内先进水平；③全国平均水平；④国际先进水平；⑤理论上能达到的最高水平。而且，随着节能科学技术的发展，系统和设备的不断进步和完善，选择先进的评估指标也会不断变化。
3．寻找能耗差距，制订可行措施，挖掘节能潜力：每个供热低位要定期检测评估各耗能环节的能耗指标，对比先进指标寻找能耗差距，分析能耗差别的原因，结合实际情况，研究和提出为实现先进指标的可行（包括技术和管理等方面）方案，经技术经济论证认为技术可行且经济合理后才能（分期或一次）实施。实施后，在运行中再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。
4．单位管理水平的不同显著影响能耗：人员和技术管理、系统和设备的检查、保养、维修和改造更新，„„等差别对能耗影响是不言而喻的。例如，链条炉采用分层燃烧技术，就能改善燃烧提高热效率，保护和保持管道无泄漏和保温结构完好，就能减少大量能源浪费；严格水处理和保持水质，维持转换设备传热表面清洁，就能减少传热热阻、提高设备传热效率；对用户实行计量收费，就能刺激用户节能的积极性；„„等等。
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