關(guān)于換熱站二次網(wǎng)進(jìn)行小流量大溫差運(yùn)行工況試驗(yàn)的情況說明

胡喜喆 于江

【摘 要】節(jié)能對(duì)于促進(jìn)能源、資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源、資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，有著舉足輕重的作用，也是保障國家能源安全，保護(hù)環(huán)境，提高人民群眾生活質(zhì)量、貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的一項(xiàng)重要舉措。

【關(guān)鍵詞】換熱站 換熱器；循環(huán)泵；節(jié)能

目前，我國能源浪費(fèi)已經(jīng)是非常嚴(yán)重，是世界上第二能源消耗國，其中采暖能耗占有相當(dāng)大的比例。采暖能耗一部分是由于供熱系統(tǒng)自身存在的問題及運(yùn)行管理不到位導(dǎo)致，另一部分是由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性差，熱損失嚴(yán)重以及用戶無自主節(jié)能意識(shí)，有私自放水放熱現(xiàn)象導(dǎo)致。隨著國家節(jié)能減排工作的開展，節(jié)約能源已經(jīng)是供熱企業(yè)的工作重點(diǎn)，它不但要求要有良好的企業(yè)管理模式，還要求采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)措施及經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

供暖運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行工況一直是供暖行業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)關(guān)于供暖節(jié)能運(yùn)行最為關(guān)注的課題，水以流量的形式在供暖運(yùn)行中作為熱能的載體輸送著熱量，多年來國內(nèi)和國際市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了多種多樣的節(jié)能產(chǎn)品，從管道保溫材料的技術(shù)更新，減少了熱能輸送過程中不必要的損失，從普通建筑到節(jié)能建筑，減少了建筑物能耗大的問題，從水-水管殼式換熱器到水-水板式換熱器，很大程度提高了換熱器的換熱性能，從工頻運(yùn)行到變頻技術(shù)，解決了實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷小于設(shè)計(jì)負(fù)荷和設(shè)計(jì)富裕量過大的問題，從手動(dòng)平衡閥到各種自立式平衡閥，解決了管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)周期長(zhǎng)、互相干擾精度低的問題，這些措施無不體現(xiàn)了社會(huì)對(duì)節(jié)能工作的重示和研究。

從性價(jià)比來講，現(xiàn)有行業(yè)中主要的可行性節(jié)能措施有：水泵采用變頻技術(shù)減少富裕流量、管網(wǎng)安裝自力式平衡閥提高平衡調(diào)節(jié)水平，局部管網(wǎng)管徑加粗或環(huán)網(wǎng)改造，減少失水和降低比摩阻，次要的可行性節(jié)能措施主要有：對(duì)換熱器進(jìn)行改造或更換來提高換熱能力，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行大范圍更換提高保溫性能、減少失水和降低比摩阻，從社會(huì)角度來講，新建節(jié)能建筑和對(duì)老舊建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加保溫結(jié)構(gòu)來減少熱量浪費(fèi)同樣是一項(xiàng)很有效的節(jié)能措施，對(duì)于剛步入節(jié)能工作的單位來講，上述改造方式可以很大程度的達(dá)到節(jié)能的效果，但對(duì)于節(jié)能工作已做到一定水準(zhǔn)的單位來講，就必須通過其它途徑進(jìn)行突破才能更有效的將運(yùn)行節(jié)能工作進(jìn)行下去。

換熱站節(jié)能工作主要有減少能源浪費(fèi)、降低能源過剩、提高換熱效率三大部分，通過對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能和管道及設(shè)備的保溫性、密閉性的處理以及變頻技術(shù)的應(yīng)用和開展管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)都是對(duì)前兩部分的有效詮釋，一定程度的減少電能的消耗，但這些都是對(duì)管網(wǎng)或者熱用戶進(jìn)行流量合理分配達(dá)到減少總循環(huán)流量，從而達(dá)到了減少循環(huán)水泵動(dòng)力電耗的目的，而對(duì)于提高換熱效率這個(gè)同樣重要的工作環(huán)節(jié)的研究卻開展的很緩慢，從水-水板式換熱器的推廣和廣泛應(yīng)用后，就漸漸的達(dá)到了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，對(duì)于非直供的供熱系統(tǒng)來講，換熱站的換熱能力和換熱效率直接影響著節(jié)能工作的深度開展，熱能與電能在換熱環(huán)節(jié)也有著密切的相互依存和相互矛盾的關(guān)系，對(duì)于節(jié)能工作來講換熱環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)作為開展節(jié)能工作的前提條件之一來考量，隨著節(jié)能工作的逐步進(jìn)行，我們常常會(huì)遇到這樣的問題，隨著二次網(wǎng)流量的降低，二次網(wǎng)的溫差并沒有成比例的加大，而是小比例的加大，比如當(dāng)二次網(wǎng)流量減少到原來的1/2時(shí)，二次網(wǎng)溫差只增加了1.5倍，并不是增加2倍，有一個(gè)輸送熱量公式大家可能都接觸過：Q=GC△T，即：熱量=循環(huán)流量×水的比熱×供回水溫差，等同與換熱量，通過這個(gè)公式，人們常常會(huì)說，流量減少的同時(shí)溫差會(huì)同比例相對(duì)上升，總熱量不變就可以實(shí)現(xiàn)小流量大溫差運(yùn)行工況了，但為什么沒有達(dá)到期望的效果呢，上述公式中，有一個(gè)很重要的前提條件就是要保證等式左側(cè)為常數(shù)時(shí)，等式右側(cè)各項(xiàng)變化才會(huì)成相應(yīng)的比例關(guān)系變化，分析其原因還要從根本上著手，那就是換熱器的換熱量受到了什么樣的影響，換熱器的換熱公式為：Q=KA△Tm，即：換熱量=換熱系數(shù)×換熱面積×對(duì)數(shù)溫差，從換熱量的計(jì)算公式中，我們可以看出，影響換熱量的因素有三種：（1）換熱系數(shù)；（2）換熱面積；（3）對(duì)數(shù)溫差，事實(shí)卻不是這樣的，當(dāng)二次網(wǎng)流量降到一定程度時(shí)，就不能再降了，再降就滿足不了用戶的用熱需求了，熱量=循環(huán)流量×水的比熱×供回水溫差，通過這個(gè)公式，人們常常會(huì)說，流量減少的同時(shí)溫差會(huì)相對(duì)上升，總熱量不變就可以實(shí)現(xiàn)小流量大溫差運(yùn)行工況了，但事實(shí)卻不是這樣的，上述公式適用于計(jì)算管網(wǎng)供給熱量，數(shù)值等同于換熱量，在循環(huán)流量變化的同時(shí)，左側(cè)，還可以通過這個(gè)公式去計(jì)算換熱量。

其實(shí)換熱的環(huán)節(jié)體現(xiàn)為換熱器熱量交換的一過程，所以上述公式根本就不是換熱量的直接計(jì)算公式，現(xiàn)有系統(tǒng)的組合方式并不適合低流量大溫差運(yùn)行工況的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诓桓淖冇布鋫涞那闆r下，換熱器的換熱量的大小取決于傳熱系數(shù)K值的大小，而傳熱系數(shù)K值并不是定數(shù)，而是與板片形式、結(jié)垢情況和流體流動(dòng)狀態(tài)等有關(guān)系，流體的流動(dòng)狀態(tài)即為流體在板片間流速的大小，在板片形式和結(jié)垢情況一定的條件下，K值主要取決于板間流速的大小，《傳熱學(xué)》中指出換熱量與流速的0.6—0.8次方成正比，是對(duì)換熱量影響最大的參數(shù)，如果在現(xiàn)有系統(tǒng)組合方式下，降低了二次網(wǎng)流量，換熱器的板間流速也必然減少，K值也隨之減少，總換熱量也減少，所以流量小的同時(shí)，溫度差并不會(huì)達(dá)到期望的數(shù)值，也就是說，只有在保證換熱量（K值，即板間流速）不變或者增加的情況下，才能實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行工況。

下面介紹一種可以保證板間流速相對(duì)不變或者增大的換熱器組合形式，將原有站內(nèi)換熱器一備一運(yùn)設(shè)計(jì)方式（二臺(tái)板換并聯(lián)運(yùn)行）改為兩臺(tái)換熱器串聯(lián)的運(yùn)行方式，首先，在保證總流量不變的情況下，板間流速會(huì)增加到原來的2倍，K值可增加80%左右（數(shù)據(jù)來自《傳熱學(xué)》），換熱量與板片阻力也隨之增加（具體數(shù)值由于數(shù)據(jù)不足無法進(jìn)行計(jì)算），而當(dāng)二次網(wǎng)流量降至原來一半時(shí)，板間流速也達(dá)到原來水平，K值與原來一樣，換熱量也與原來一樣，只有在此狀態(tài)下，根據(jù)熱量=比熱×流量×溫差公式，才能達(dá)到流量減少一半，溫差相應(yīng)增加1倍的效果，但由于并聯(lián)改為串聯(lián)，雖然板間流速與原來一樣，但換熱器的總壓差會(huì)是原來的2倍，換熱器處消耗的電能會(huì)有所增加，但由于總流量減少，外網(wǎng)的比摩阻減少，外網(wǎng)的壓力損失也將減少，并且外網(wǎng)減少的壓力損失要遠(yuǎn)大于換熱器增加的壓力損失，所以總體電能還會(huì)有所減少，并且能達(dá)到實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行工況。

注：外網(wǎng)比摩阻的減少，也意味著各管段間的水利失調(diào)度減少，有利于熱網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)。

鍋爐房換熱站內(nèi)鼓引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等用電設(shè)備是主要的耗電大戶，各設(shè)備在設(shè)計(jì)選型時(shí)一定要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算并與鍋爐換熱器相匹配，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)降低系統(tǒng)循環(huán)水量及阻力損失。

循泵變頻技術(shù)是通過改變循泵的工作頻率來實(shí)現(xiàn)的，即改變循泵轉(zhuǎn)數(shù)，循泵在變頻工作狀態(tài)下， 泵的軸功率P與其流量Q、揚(yáng)程H之間的關(guān)系為：

Q/Q1=N/N1，H/H1=（N/N1）2，Pa/Pa1=（N/N1）3

可以看出，泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，流量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，不難看出，想要達(dá)到充分節(jié)能就要對(duì)循泵和外網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使循泵達(dá)到合理的運(yùn)行狀態(tài)。

能源，始終是困擾世界的難題，隨著世界能源的消耗，節(jié)能顯得尤為重要，而我們供暖企業(yè)作為消耗能源的“大戶”，節(jié)能更是勢(shì)在必行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陸耀慶主編.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè).傳熱學(xué).中國建筑工業(yè)出版社.

[3]民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50176-93.

[4]公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50189-2005.