【摘 要】本文通過介紹渤海北區集中供熱站的熱平衡改造方案及其實施后產生的可觀的經濟效益，來體現當前供熱行業依靠先進設備、先進技術節能的緊迫性和重要性。
      【關鍵詞】集中供熱 熱平衡改造 循環泵 混水裝置 節能降耗

      1 前 言
      在能源日趨緊張的今天，節能已成為一個關系到國計民生的大問題。對于耗能大戶的供熱企業來講，節能更為重要，不僅影響供熱服務質量，而且還關系到企業的生存與發展，意義重大。如何在確保供熱服務質量的前提下降低能耗，是我們一直追求的目標。圍繞這個目標，近年來我們做了一系列探索工作，取得一定成績的同時，發現能耗高低同管理水平有關，但主要取決于技術水平。在探索、解決本單位技術問題時，發現其它單位也都存在著類似問題，造成很大浪費。現就本供熱系統中存在的問題、改造方案及實施效果，總結歸納出來以供同行參考。
      2 供熱系統存在的問題
      華北油田華美物業管理處渤海北區集中供熱站于2004年10月建成并投入運行，占地面積：2.1萬m2，耗資5000多萬元，安裝三臺DZL29-1.6/150/90-AⅡ3型熱水鍋爐，總裝機容量87兆瓦，四臺KQW/E300/650-160/6型凱泉牌循環泵，兩用兩備，一次管線長12.4千米，下設6個換熱站，總供暖面積81.9萬m2。供熱站設備性能先進，機械自動化控制已達到較高水平。但由于設計方面原因，設備間存在不匹配等的技術問題，造成整體運行效果不理想。尤其循環泵耗電量奇高，在2004-2005采暖期供熱站單位面積電耗：2.81 kW·h/m2，在華北油田范圍內居中下水平。
      針對這種情況，在2005-2006采暖期，我們對四臺循環泵進行葉輪車削改造，運行時泵的出口閥門開度有所增大，雖然有一定的效果，但節電并不明顯。為徹底解決耗電量居高不下的問題，我們邀請了西安交大有豐富經驗的水力專家進行了現場診斷，與我們共同分析能耗指標（主要是電耗）偏高的主要原因，通過現場察看和資料數據分析，找出了造成供熱站高耗能的幾個因素，見下文。
      2.1  循環水泵選型錯誤
      （1）循環泵揚程與實際需要相差太大。主要是設計人員的“寧大勿小”的心理促使他們在套用有關設計規范時，全部采用“上限疊加”的做法，致使選用水泵揚程過高，電耗遠遠超過實際需要，這是電耗偏高最主要的原因。本單位水泵揚程60米，而通過兩個采暖期運行記錄中各處壓力表讀數算出系統總阻力損失不過0.23MPa，水泵揚程超過實際需要37米，至使工頻運行水泵出口閥門無法開大，只能開啟1/3—1/4，否則電機就會過載，做為補充流量的變頻運行水泵的出口閥門也不能全開，閥門的節流阻力造成電能巨大浪費。
      （2）循環泵流量低，單臺泵只能滿足單臺爐運行。由于設計人員對水泵并聯運行工況認識不清，按單臺鍋爐配備單臺泵的方式設計。我單位鍋爐額定流量416t/h，平時兩臺爐運行居多，系統流量最低要維持在800t/h，而循環泵的額定流量是650 t/h，必須兩臺泵同時運行（一臺工頻運行，一臺變頻運行）才能滿足系統流量需求。但由于泵的揚程過高，實際運行時泵的出口閥門均處于半開或微開狀態，閥門的節流損失過大，造成兩臺泵都不在高效點運行，浪費大量電能。
      2.2  循環水泵連接錯誤
      （1）循環泵出口安裝止回閥
      任何類型的止回閥在管路中都會對流體產生阻力，都會消耗電能。設計者按傳統的設計方式，為防斷電時的“系統水倒流”，在循環泵出口設計安裝了止回閥。現代理論證實：熱水循環系統是一個完全的閉式循環系統，水克服各種阻力而在整個系統中“首尾相接”地流動，當斷電泵停時，水失去動力會在短時間內自動停下來。這時沒有任何動力使熱網中的水作反向流動。盡管鍋爐的安裝位置都高于循環泵的位置，和循環泵之間都有一個高度差，但由于它是一個完全封閉系統，這個高度差產生的靜水壓強會同時存在于泵的兩側，其靜壓大小相等、方向相反，因此斷電時泵不會倒轉。在循環泵的出口處沒有必要安裝止回閥，此種做法只能增加系統阻力，增加泵的耗電量。
      （2）循環泵進出口配直管且與系統總管以直三通相連
      可能是在設計、安裝時，也未對泵的進出口配管的大小做經濟比摩阻的計算，直接按水泵進出口法蘭大小進行配管（而由于結構上的原因，泵體出口法蘭的公稱直徑一般都小于入口直徑）。專家指出這可能增大系統阻力。同時指出——出口配管與系統總管以直三通相連，也會增加水泵配管阻力，長時間運行造成電能浪費。
      2.3  熱水鍋爐供回水總管連接問題
      （1）鍋爐供回水總管之間未設置旁通管,造成鍋爐循環水量超過額定值。
      本站鍋爐總供水與總回水管之間未設置旁通管，專家指出——在所有工況下，循環泵必須同時滿足熱網和鍋爐對循環水量的要求，由于溫差原因，熱網的循環水量一定會大于或等于鍋爐額定循環水量之和。如果沒有旁通管來分流，必然導至鍋爐實際循環水量有時會高于鍋爐的額定循環水量，造成鍋爐本體的阻力損失超過鍋爐使用書中給定的阻力損失（該鍋爐說明書中給出的是0.03MPa，而我們實際運行時達0.05MPa）。據流體力學計算可知：當鍋爐的循環水量是額定循環水量的2倍時，鍋爐本體的阻力損失就會是額定阻力損失的4倍，而此時水泵所消耗的電功率就會是原來的8倍。如此不但電能浪費嚴重，而且由于鍋爐阻力損失的增加，使熱網的總供水壓力下降，有時會無法保證熱網對供回水壓差的要求。
      （2）鍋爐進口管加設止回閥。
      我們的熱力管道是按鍋爐進出口閥門的型號DN300進行布置安裝。設計者按蒸汽鍋爐設計規范在每臺鍋爐進口處都安裝了一個止回閥，按現代理論，此處設置止回閥毫無用處，只能加大鍋爐房內部管道的阻力損失，增加了水泵電耗。
      3 解決方案——實施系統熱平衡改造
      3.1更換節能型循環泵
      針對循環泵存在的問題，我們與鍋爐管理單位共同考察同類型先進鍋爐房，并在熱能專家的幫助下，對我們供熱系統流量、阻力等數據進行測算分析，決定更換其中一臺循環泵，即將原先功率160kW、揚程60米、流量600m3/h循環泵，更換成132 kW、揚程33米、流量1200m3/h的循環泵，并實施單臺泵運行、其它3臺作備用泵的改造方案。新循環泵為無錫市無雙水泵有限公司生產的SB-ZL 300S-250-375型無雙牌單級單吸清水離心泵，該泵采用雙渦室泵殼以消除葉輪在泵殼中工作的徑向力，可提高電機軸承使用壽命約2倍，降低泵噪聲可達2-3分貝，高效節能。安裝時在水泵出口配一個漸擴管，然后再配出口閥門和出口管道，使水泵進出口管道直徑相等。同時將原泵出口止回閥門去掉，在泵進出口管道與系統總管連接處，采取了斜三通的配管方式，以進一步減小局部阻力損失。
      3.2增設混水裝置
      為解決鍋爐超額定流量運行所造成阻力增加的問題，在鍋爐總回水干管與通往各換熱站高溫供水管之間增設一個混水裝置，就是在鍋爐的總回水管與各換熱站的高溫供水管之間各連接一根DN80的旁通管，每根旁通管各用一調節閥控制。在系統運行時調節此閥的開度，使熱網大于鍋爐的水量不經過鍋爐，而經過這一混水裝置直接與通往各換熱站的高溫供水混合后送出，既起到旁通分流作用，保證鍋爐按額定循環水量運行，又能通過調整混水流量大小徹底解決了不同換熱站對高溫供水溫度的不同需求。（見圖）
      4 實施效果
      如此改造后，新泵測試結果：滿負荷運行，電流不過220A，揚程33米，實際流量超過1200m3/h，單臺泵運行就能滿足3臺鍋爐同時投運的系統要求。
      在2006-2007采暖期，由于熱平衡改造方案的實施，使我們有條件采用“分階段改變流量的質調節”運行方案，在隆冬時節三臺鍋爐同時運行，在天氣不異常寒冷時，我們一般運行2臺鍋爐，通過變頻調節，將泵的運行頻率在90-95%之間進行調節，流量控制在850-1100 m3/h之間，電流一般不超過170A。改造前不論是一臺、二臺還是三臺爐同時運行，循環泵必須兩臺同時運行才可能保證系統流量達到要求，我們都是采用“質調節”方式運行，一般流量控制在850 m3/h左右而電流則達到300A，有時更高。供熱站各項能耗情況前后對比（如表1），節能效果相當明顯。
      由上表可以看出，2006-2007年度采暖期渤海北區集中供熱站在供暖面積比上個采暖期增加1.97萬m2的前提下，同比節電38.89萬kwh，節水8687.64m3,節煤3428t，折合資金180多萬元；單耗下降：電31.58%、水39.29%、煤15.56%，不但節電成效顯著，其它兩項能耗也明顯降低，綜合能耗指標在華北油田供熱系統達到領先水平。
      5 結 論
      對于供熱系統，循環泵選用是否匹配、系統管路安裝的是否合理，直接影響著供熱效果和能耗的高低。建議存在同樣問題的供熱企業積極實施上述節能改造措施，雖然有一定的投入，但實效果相當明顯，系統能耗明顯下降，當年可從節約的成本中收回改造費用。目前該方案已在華北油田供熱系統全面推廣。