集中供熱系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程，是由熱源、輸配管網(wǎng)、熱用戶組成的一個嚴密的整體，同時又是一個復雜的綜合工程。集中供熱管網(wǎng)是一個動態(tài)的流體網(wǎng)絡系統(tǒng)，運 行工況受工作條件、環(huán)境、時間、制造和施工等多方面的影響。水力工況失調(diào)和管網(wǎng)熱力損耗、水泵選型布置不合理是供熱管網(wǎng)普遍存在的現(xiàn)象，如何克服水力失 調(diào)，實現(xiàn)供熱管網(wǎng)的水力平衡，減少輸配管網(wǎng)的熱力損耗，提高管網(wǎng)的經(jīng)濟性、安全性和可靠性，改善供熱質(zhì)量，是供熱行業(yè)所面臨的問題。正是在這樣的背景下， 筆者針對集中供熱系統(tǒng)中管網(wǎng)節(jié)能的環(huán)節(jié)進行了探討和研究，在學到的相關理論和方法的支撐下，詳細地分析了吉林省某油田生活區(qū)外網(wǎng)的能耗情況，并對其存在的 問題進行了分析和研究，有針對性地提出改造和優(yōu)化的措施。
首先對系統(tǒng)的混水直供方式進行了分析，提出了供水和運行方案，對其經(jīng)濟性進行了分析；其次對水泵在運行中的節(jié)能潛力進行發(fā)掘，提出了水泵停開運行等節(jié)能措 施；第三、研究了供熱管網(wǎng)水力失調(diào)的形式、影響、表現(xiàn)及原因等內(nèi)容，提出了解決水力失調(diào)問題的途徑和辦法；第四、結(jié)合其熱網(wǎng)的具體情況，對熱網(wǎng)特性進行了 分析，提出了運行調(diào)節(jié)方案，繪制了熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)曲線；第五、針對系統(tǒng)失水嚴重的問題分析了運行數(shù)據(jù)，提出了有針對性的解決方案。
本文的研究目的是通過分析集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力，探討一些切實可行的改造措施，提供一定的思路和方法，希望為集中供熱行業(yè)做一些有價值的貢獻。
關鍵詞：集中供熱、節(jié)能、混水、水力失調(diào)、運行調(diào)節(jié)、失水。
目錄。
第一章緒論。
1.1課題背景。
1.2我國集中供熱的發(fā)展概況。
1.3國外集中供熱的發(fā)展概況。
1.4我國集中供熱存在的問題。
1.5研究的內(nèi)容與目的。
第二章集中供熱的相關理論研究。
2.1混水直供。
2.1.1概述。
2.1.2混水供水的特點。
2.1.3混水的流量與溫度的關系式。
2.1.4混水供熱系統(tǒng)的三種基本形式。
2.2運行調(diào)節(jié)。
2.2.1供熱運行調(diào)節(jié)的意義。
2.2.2供熱調(diào)節(jié)的方法。
2.3循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)控制。
2.3.1改變管路特性曲線法。
2.3.2改變水泵特性曲線法。
2.3.3水泵的變頻調(diào)速。
2.4水力失調(diào)。
2.4.1水力失調(diào)產(chǎn)生的原因。
2.4.2解決水力失調(diào)的措施。
2.5失水。
2.5.1熱網(wǎng)失水原因以及危害。
2.5.2熱網(wǎng)失水經(jīng)濟損失分析。
2.5.3減少失水的可行措施。
第三章吉林省某油田生活區(qū)集中供熱概況。
3.1供熱運行概況。
3.2供熱運行數(shù)據(jù)分析。
3.2.1五大系統(tǒng)運行情況。
3.2.2存在的問題。
第四章集中供熱系統(tǒng)的運行優(yōu)化。
4.1混水系統(tǒng)節(jié)能分析。
4.1.1采暖供水方案優(yōu)化。
4.1.2混水系統(tǒng)的初調(diào)節(jié)。
4.1.3混水直供熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。
4.1.4利用混水供熱應注意的問題。
4.2水泵的節(jié)能分析。
4.2.1水泵選型合理的幾個要素。
4.2.2目前各泵房存在的問題。
4.2.3水泵運行改進方法。
4.3減少管網(wǎng)水力失調(diào)節(jié)能。
4.3.1水力失調(diào)問題分析。
4.3.2水力失調(diào)的解決方案。
4.4運行調(diào)節(jié)分析。
4.4.1運行方案比較。
4.4.2運行調(diào)節(jié)曲線的繪制。
4.5供熱系統(tǒng)的水耗分析與節(jié)能途徑。
4.5.1失水數(shù)據(jù)分析。
4.5.2實際情況分析以及建議。
第五章結(jié)論。
參考文獻。
致謝。
第一章緒論。
1.1課題背景。
在各種能量消耗中，建筑是用能大戶，在我國，目前城鎮(zhèn)民用建筑供暖能耗按標準煤計算平均約為20kg/㎡，城鎮(zhèn)民用建筑供暖面積約為65億㎡，此項能耗約 占民用建筑總能耗的56%～58%，1996年全國能源消費總量為13.88億噸標準煤，而建筑使用的能源約占全國商品總能耗的35%。隨著現(xiàn)代化建設的 發(fā)展和人民生活水平的提高，舒適的建筑環(huán)境日益成為人們的生活需要。集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)對于節(jié)約能源、保護環(huán)境、適應國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，提高人民生活水 平發(fā)揮了巨大作用，是國家大力倡導、積極扶持的產(chǎn)業(yè)之一。如何提高人民生活質(zhì)量，改善城市居住環(huán)境，完善城市基礎設施功能，穩(wěn)定社會、促進城鎮(zhèn)發(fā)展已經(jīng)成 為各級政府重要的工作內(nèi)容之一。因此，集中供熱作為城市基礎設施的組成部分，在不斷加強科學管理、提高能源利用率、擴大城市熱化率、保證供熱效果方面既是 政府極為關注的工作，也是各地供熱企業(yè)孜孜追求的目標。
目前我國正處在城市化高速發(fā)展的過程中，為適應城鎮(zhèn)人口飛速增長的需求和不斷改善人民生活水平的需要，2020年前我國每年城鎮(zhèn)新建建筑的總量將持續(xù)保持在10億㎡左右，到2020年，新增城鎮(zhèn)民用建筑面積將達到100～150億㎡。
由于人民生活水平提高，供暖需求線不斷南移，新建建筑中將有70億㎡以上需要供暖，按照目前建筑能耗水平，則需要增加的用于供暖的能量按標準煤計達1.4 億噸/年，需增加的用電量達4000～4500億千瓦時/年，這將給我國能源供應帶來巨大壓力。隨著城市數(shù)量增加，城市人口增多以及人民生活水平的進一步 的提高，對供熱的數(shù)量和質(zhì)量要求也必然會增加和提高。國家“十一五”規(guī)劃明確提出，“十一五”期間，全國單位GDP能耗要從2005年的1.22噸標煤/ 萬元，下降到0.98噸標煤/萬元，單位GDP要節(jié)能20%，全國要節(jié)約2.4億噸標準煤，其中建筑節(jié)能要達到1.01億噸標煤。城市供熱系統(tǒng)節(jié)能是建筑 節(jié)能的重要組成部分，《民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部分）》提出節(jié)能50%的標準，所謂節(jié)能50%，其中建筑物節(jié)能率應達到30%，供熱系統(tǒng)的節(jié) 能率應達到20%。要實現(xiàn)這個目標，就必須實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能控制。據(jù)有關資料調(diào)查顯示我國供熱系統(tǒng)目前運行水平其節(jié)能的潛力是比較大的，節(jié)能的重點是提 高管網(wǎng)輸送效率和熱源運行的平均效率。為了保證集中供熱正常運行，提高系統(tǒng)效率，降低能耗及熱能損失，同時為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證用戶室內(nèi)舒適性，應提 高管道保溫性能、控制管網(wǎng)失水，遏制水力失調(diào)造成的熱力失調(diào)[1-4]。
供熱行業(yè)作為對國民經(jīng)濟發(fā)展有著全局性、先導性影響的基礎產(chǎn)業(yè)，與人們的生活息息相關，由于當前能源和環(huán)保問題越來越多地受到關注，能源節(jié)約、環(huán)境保護、 經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展己成為我國的基本國策。目前，對城市供熱的要求已不僅僅在于規(guī)模的不斷擴大，而且對供熱系統(tǒng)的合理性、經(jīng)濟性，特別是供熱系統(tǒng)的能源有效利 用率及供熱可靠性提出了更高的要求。供熱系統(tǒng)建成后，供熱企業(yè)提高經(jīng)濟效益的重要方面是降低運行成本，熱力公司運行成本主要由熱能消耗費用、熱能輸送（如 循環(huán)水泵和補水泵的電耗）費用以及管理和操作人員費用等項組成，前二項占主要部分。因此，建立熱網(wǎng)微機監(jiān)控與熱力站自動控制系統(tǒng)，提高供熱管理水平，消除 水力失調(diào)，節(jié)能降耗成為熱力公司當前非常迫切的任務。
1.2我國集中供熱的發(fā)展概況。
我國城市供熱是從第一個五年計劃開始發(fā)展起來的，當時將熱電聯(lián)產(chǎn)作為我國發(fā)展電力工業(yè)的重要方針之后，熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展很快，新增單機6MW以上的熱電機組 2.4GW，占同期新增火電機組的20％。長春第一汽車制造廠建成自備電廠后，相繼在西安、石家莊、太原、吉林、哈爾濱、蘭洲、包頭、武漢、成都、富拉爾 基、北京出現(xiàn)了以熱電廠為熱源的集中供熱系統(tǒng)。從1953年至1965年，我國的供熱事業(yè)發(fā)展的很快，特別是熱電聯(lián)產(chǎn)，為我國的熱電事業(yè)奠定了基礎，但是 從1965～1980年期間，由于十年動亂的影響，整個國民經(jīng)濟發(fā)展緩慢，熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展也基本停步，新增熱電機組僅有199×104KW，1980 年供熱機組占火電機組容量由1965年的20％下降到11％。1980年6月，黨中央提出我國能源實行開發(fā)和節(jié)約并重的方針，把集中供熱特別是熱電聯(lián)產(chǎn)重 新提到議事日程上來，尤其是國務院以國發(fā)[1986]22號文件轉(zhuǎn)發(fā)《關于加強城市集中管理工作的報告》以后，集中供熱事業(yè)有了較大的發(fā)展，在其后頒布的 “節(jié)約能源管理暫行條例”第29條規(guī)定：“發(fā)展集中供熱，應當統(tǒng)一規(guī)劃。對現(xiàn)有的分散供熱系統(tǒng)，必須積極采取措施，逐步淘汰低效鍋爐，實行集中供 熱”，2003年建設部出臺《關于城鎮(zhèn)供熱體制改革試點工作的指導意見》（建城[2003]148號），2006年建設部決定組織開展《城市集中供熱管網(wǎng) 改造“十一五”規(guī)劃》的編制工作，規(guī)劃2006年～2010年間城市集中供熱管網(wǎng)現(xiàn)狀、存在問題、措施意見；城市集中供熱管網(wǎng)改造技術方案、管網(wǎng)改造建設 規(guī)劃、管網(wǎng)改造投資估算，由此可見我國政府對供熱的重視。近年來，隨著城市化進程的加快及保護環(huán)境、節(jié)約能源觀念的增強，在借鑒國內(nèi)外城市集中供熱系統(tǒng)規(guī) 劃、設計、施工、運行成功經(jīng)驗和失敗教訓的基礎上，城市集中供熱在“三北”地區(qū)發(fā)展很快，尤其是在國家實施西部開發(fā)戰(zhàn)略以來，西部的很多城市相繼新建、改 建或擴建了城市集中供熱系統(tǒng)，使我國的城市集中供熱系統(tǒng)逐步向大規(guī)模、長距離、高參數(shù)方向發(fā)展。
2001年底統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全國663個城市中有294個城市建有集中供熱系統(tǒng)，供熱總面積已達到146328×104㎡（其中：住宅為 95799.33×104㎡）；年供熱量為137847×104GJ（其中：蒸汽37655×104GJ，熱水100192×104GJ）。在年供熱量 中，鍋爐房供熱量為74209×104GJ，約占74.2%，其余由熱電聯(lián)產(chǎn)工程承擔；供熱管道總長度達到53109km（其中：蒸汽管道9183km， 熱水管道43926km），從業(yè)人數(shù)達到22萬余人；嚴寒地區(qū)的集中供熱普及率一般達到了60～90%。截止2004年，我國城市集中供熱面積已達 21.6億㎡，年供熱量188086×104GJ。目前，我國集中供熱熱水管網(wǎng)的設計溫度已達到150℃，設計壓力為1.6～2.5MPa，最大供熱半徑 達19.5km，最大管徑達到1400mm；蒸汽管網(wǎng)最高溫度已達300℃，壓力一般為1.OMPa，最大供熱半徑為6～7km，最大管徑達到 1000mm。2005年的《中國城市建設統(tǒng)計年報》顯示：我國2005年底城市蒸汽集中供熱能力為106723t/h，其中熱電廠為82686t/h， 占77.48％，鍋爐房為23240t/h，占21.77％。供熱總量為71493萬GJ，熱電廠為58059萬GJ，占81.2％，鍋爐房11927萬 GJ，占16.68％，蒸汽管道長度為14772公里。
“節(jié)能”、“降耗”和“減排”是近幾年來國家在各種文件中反復提及的詞匯，國家明確提出實施建筑節(jié)能，改善居室條件，加強環(huán)境保護，制定了一系列技術法規(guī)和標準。
1987年9月25日原城鄉(xiāng)建設環(huán)境保護部、國家計委、國家經(jīng)委、國家建材局以（87）城設字第514號文，下達了“關于實施《民用建筑節(jié)能設計標準（采 暖居住建筑部分）》（JGJ26-86）的通知”，正式提出了要在1995年以前達到采暖居住建筑在1980～1981年當?shù)赝ㄓ迷O計能耗水平的基礎上節(jié) 能30％，這就是“八五”期間已經(jīng)全面實現(xiàn)的建筑節(jié)能第一步的工作目標。
1996年9月建設部頒布了《建筑節(jié)能技術政策》，提出了節(jié)約建筑能耗，合理利用能源的綜合系統(tǒng)工程措施。
1997年建設部、國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、國家建材總局以建科[1997]37號文，下達了“關于實施《民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部分）》 （JGJ26-96）的通知”，正式提出要在“九五”（1996～2000年）期間實現(xiàn)建筑節(jié)能50％的第二步工作目標。
1997年11月1日我國頒布了新中國第一部《節(jié)約能源法》，其中第37條對建筑節(jié)能做了明確規(guī)定，使我國的建筑節(jié)能走上了法制軌道。
1999年11月在北京召開的第二次全國節(jié)能工作會議上又提出了“十五期間將實現(xiàn)第三步，再節(jié)能30％的工作目標，進一步明確了建筑節(jié)能是一項長期的技術政策。
2000年2月18日建設部第76號令發(fā)布了《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》，2000年10月1日起施行，嚴格的規(guī)定了工程建設單位、設計單位、施工單位未執(zhí)行節(jié)能標準和設計規(guī)范的經(jīng)濟處罰辦法，國家鼓勵發(fā)展節(jié)能門窗的保溫隔熱和密閉技術。
2005年11月10日建設部第143號更新了《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》，鼓勵發(fā)展建筑節(jié)能技術和產(chǎn)品，如新型節(jié)能墻體和屋面的保溫、隔熱技術與材料以及 節(jié)能門窗的保溫隔熱和密閉技術；新建民用建筑應當嚴格執(zhí)行建筑節(jié)能標準要求，民用建筑工程擴建和改建時，應當對原建筑進行節(jié)能改造；既有建筑節(jié)能改造應當 考慮建筑物的壽命周期，對改造的必要性、可行性以及投入收益比進行科學論證。節(jié)能改造要符合建筑節(jié)能標準要求，確保結(jié)構(gòu)安全，優(yōu)化建筑物使用功能；鼓勵發(fā) 展集中供熱和熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供技術及供熱采暖系統(tǒng)溫度調(diào)控和分戶熱量計量技術與裝置；寒冷地區(qū)和嚴寒地區(qū)既有建筑節(jié)能改造應當與供熱系統(tǒng)節(jié)能改造同步進 行。采用集中采暖制冷方式的新建民用建筑應當安設建筑物室內(nèi)溫度控制和用能計量設施，逐步實行基本冷熱價和計量冷熱價共同構(gòu)成的兩部制用能價格制度。
2006年8月6日國務院頒發(fā)國發(fā)〔2006〕29號《關于加強節(jié)能工作的決定》，指出為加快建設節(jié)約型社會，實現(xiàn)”十一五“規(guī)劃綱要提出的節(jié)能目標，重 點行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗總體達到或接近本世紀初國際先進水平。大力發(fā)展節(jié)能省地型建筑，推動新建住宅和公共建筑嚴格實施節(jié)能50%的設計標準，直轄市及有 條件的地區(qū)要率先實施節(jié)能65%的標準。建立固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查制度。對未進行節(jié)能審查或未能通過節(jié)能審查的項目一律不得審批、核準，從源頭 杜絕能源的浪費，對擅自批準項目建設的，要依法依規(guī)追究直接責任人的責任。
2006年9月15日建設部發(fā)布建科[2006]231號關于貫徹《國務院關于加強節(jié)能工作的決定》的實施意見指出：建立新建建筑市場準入門檻制度，對超過2萬平方米的公共建筑和超過20萬平方米的居住建筑小區(qū)，實行建筑能耗核準制。
完善建筑節(jié)能標準體系，組織編制建筑節(jié)能設計、施工、驗收、檢測、檢驗、評價和既有建筑節(jié)能改造、可再生能源建筑應用、建筑用能系統(tǒng)運行節(jié)能、節(jié)能管理等 方面的標準規(guī)范。加強節(jié)能標準設計系列圖集的編制，完善建筑節(jié)能技術措施，推動直轄市及嚴寒寒冷地區(qū)率先實施更高的節(jié)能標準，逐步提高國家建筑節(jié)能的標 準。節(jié)能，建筑節(jié)能，建立和完善建筑能效測評標識制度。制定《建筑能效標識管理辦法》及《建筑能效標識技術導則》，選擇若干試點城市進行示范，總結(jié)經(jīng)驗， 逐步推廣。建立建筑能耗統(tǒng)計制度。制定《建筑能耗統(tǒng)計標準》，掌握建筑能耗水平、建筑終端商品能耗結(jié)構(gòu)、用能模式，積累建筑能耗基礎數(shù)據(jù)，為制定政策提供 依據(jù)。各地應充分認識能耗統(tǒng)計工作的重要性，認真組織做好相關工作。推進城鎮(zhèn)供熱體制改革。加快城鎮(zhèn)供熱商品化、貨幣化，將采暖補貼由”暗補“變”明補 “，加強供熱計量，推進按用熱量計量收費制度。完善供熱價格形成機制，有關部門要抓緊研究制定建筑供熱采暖按熱量收費的政策，培育有利于節(jié)能的供熱市場。
我國”十一五“規(guī)劃綱要提出單位GDP能耗在五年內(nèi)要降低20%的任務必須完成，但從已經(jīng)過去的狀況來看，后面幾年的工作更加艱巨，故兩會也提出國家會加 大力度執(zhí)行和監(jiān)管。國務院前不久又成立節(jié)能減排小組，對高耗能、高污染的生產(chǎn)和經(jīng)營項目更加嚴格限制。2000年全國能源消費總量大約為13億噸標準煤， 為此，要求2020年一次能源消費總量控制在25億噸標準煤左右，節(jié)能總量要達到8億噸標準煤。為此提出了”節(jié)能優(yōu)先，結(jié)構(gòu)多元，環(huán)境友好，市場推動“的 中國可持續(xù)能源戰(zhàn)略，以便達到GDP翻兩番，能源翻一番的目標。基于這樣的形勢，把節(jié)能從國家層面上提到了前所未有的高度。
與發(fā)達國家相比，我國城鎮(zhèn)建筑單位面積供暖能耗是同緯度發(fā)達國家的2～3倍，而建筑除供暖外的其他用能（照明、空調(diào)、家電、建筑設備等）按照單位面積比 較，卻僅為發(fā)達國家的l/5～1/2，因此供暖節(jié)能應是我國建筑節(jié)能工作中潛力最大、最主要的途徑，應該作為當前開展建筑節(jié)能工作的重點[5-13]。
1.3國外集中供熱的發(fā)展概況。
城市集中供熱在國外的發(fā)展至今已有百年的歷史。由于集中供熱在節(jié)約能源方面和保護環(huán)境方面的獨特作用而在世界范圍內(nèi)受到日益廣泛的重視，特別是前蘇聯(lián)和西北歐氣候寒冷的國家。
集中供熱系統(tǒng)最早是在18世紀的美國費城發(fā)展起來的，當時由本杰明。富蘭克林（Benjamin Franklin）開發(fā)成功，這個系統(tǒng)從一個中心熱源向附近的一些居民進行供熱。1877年，世界上第一個商業(yè)化運行的集中供熱系統(tǒng)在紐約的洛克港 （Lorkport）成功建成，該系統(tǒng)由博德希爾·霍利（Birdsill Holly）設計，從一個中央鍋爐房向臨近的一些居民和其他用戶供應蒸汽，這種供熱形式很快在西方發(fā)達國家得到普及，但由于當時科技水平和制造技術的限 制，鍋爐容量小、效率低、污染物排放量大、供熱范圍極為有限。
國外城市集中供熱起步較早的國家是德國。1901年在得累斯頓建立集中鍋爐房，1909年建立第一個熱電廠。德國在第二次世界大戰(zhàn)后的廢墟重建工作，為發(fā) 展集中供熱創(chuàng)造了有利條件。德國的集中供熱技術較為先進，如管道大多采用直埋敷設方式、裝配式熱力站、優(yōu)化的熱網(wǎng)運行管理和良好的熱網(wǎng)自控設施等。目前， 除柏林、漢堡、慕尼黑等已有規(guī)模較大的集中供熱系統(tǒng)外，在魯爾地區(qū)和萊茵河下游，還建立了連接幾個城市的城際供熱系統(tǒng)。
城市集中供熱發(fā)展較快的國家是前蘇聯(lián)，居世界首位。1980年原蘇聯(lián)的熱電廠總裝機容量為9600萬kw。全國工業(yè)與民用的年總供熱量中，70%由集中供 熱方式，即熱電廠和區(qū)域鍋爐房供熱。全國熱電廠的年總供熱量約為55億GJ。由于熱電聯(lián)產(chǎn)，單就原蘇聯(lián)能源電力部所屬的熱電廠來說（占全國熱電廠總裝機容 量的86%）就節(jié)約了6800萬噸標煤。莫斯科的集中供熱系統(tǒng)是世界上規(guī)模最大的供熱系統(tǒng)。熱電廠供熱系統(tǒng)供熱量占全市用熱量的60%，其余由區(qū)域鍋爐房 供熱，城市的集中供熱普及率高達100%，是全世界集中供熱規(guī)模最大的城市。
芬蘭集中供熱占全國總熱量的44％，熱電聯(lián)產(chǎn)占集中供熱的70％。到1993年芬蘭的大城市集中供熱率已經(jīng)達到80％，首都赫爾辛基的熱化率已超過90%，成為北歐集中供熱熱化率最高的城市。
丹麥集中供熱占總需求熱量的50%，其中熱電聯(lián)產(chǎn)占30%。在丹麥，集中供熱作為城市基礎設施的組成部分，與電力、通信、燃氣、給排水系統(tǒng)等受到同等的重 視和發(fā)展。1979年丹麥議會通過了”供熱法“，該法要求各城市政府在分析本市能源供應的基礎上制定了供熱總體規(guī)劃，積極推進集中供熱，并最大可能地發(fā)展 熱電聯(lián)產(chǎn)。他們按大、小城市不同規(guī)模因地制宜。大城市建設了世界上大型高效熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱系統(tǒng)。首都哥本哈根有四座熱電廠，裝機總?cè)萘窟_764MW， 總供熱能力為3582GJ，在小城市迅速發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域供熱系統(tǒng)，這些小型熱電廠的燃料為天然氣、垃圾、稻草、沼氣等，技術方案為燃氣發(fā)動機、燃 氣輪機和蒸汽輪機等聯(lián)合循環(huán)。小型熱電聯(lián)產(chǎn)成為丹麥能源政策的重要組成部分。
瑞典的集中供熱占全國總需求的34%，供熱管網(wǎng)總長為650公里，1600萬幢公寓和11萬個小型建筑均與熱網(wǎng)相連，這意昧著集中供熱在瑞典的城市和人口稠密的地區(qū)得以廣泛的建立。集中供熱的熱源包括燃煤鍋爐，燃油鍋爐，電加熱鍋爐，垃圾焚燒鍋爐等。
韓國發(fā)展城市集中供熱的歷史與我國相當，也是始于上世紀七十年代末，上世紀八十年代中期進入快速發(fā)展階段。韓國集中供熱的規(guī)模、設計、施工、運行、管理全面引進芬蘭供熱先進技術，從實際出發(fā)，揚長避短，使供熱系統(tǒng)更先進、完善。
法國集中供熱占總熱量的6.0％，目前約有200余個城市有了集中供熱系統(tǒng)，向170萬套住宅供熱，約有150萬人受益。
美國集中供熱的發(fā)展經(jīng)過幾起幾落。80年代以后發(fā)展較快。1980～1987年間總計建設各類熱電廠1728座，裝機容量44940MW。從地區(qū)分布情況看，美國各州都有熱電廠，最集中的是加利福尼亞州，占總數(shù)的39％，其次是德克薩斯州[14-17]。
發(fā)達國家在熱水系統(tǒng)、區(qū)域供熱方面開展的時間較長，無論在經(jīng)驗上還是技術上都處于領先位置。在技術方面來看，國外，特別是在北歐國家，從20世紀70年代 能源危機以來，十分重視供熱系統(tǒng)節(jié)能工作，并制定了有關政策、法規(guī)以及相配套的技術措施，己經(jīng)具備了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運行模式。
1.4我國集中供熱存在的問題。
我國集中供熱給城市建設、改善人民生活方面帶來了不可估量的收益，但是，由于長期受計劃經(jīng)濟的影響，存在著供熱體制、供熱成本、技術水平等方面的問題。本文主要研究技術方面的問題，對于技術水平方面存在的問題分析如下：
1.管網(wǎng)敷設方式落后。供熱管網(wǎng)敷設方式普遍采用管溝式，這種方式占地比較多，在城市規(guī)劃管線綜合安排上有一定的困難。尤其在城市中心會遇到大量的拆遷問 題，增加了大量的投資。在供熱管網(wǎng)建設施工過程中，經(jīng)常會與城市的整體建設規(guī)劃產(chǎn)生沖突，與各相關部門的協(xié)調(diào)配合存在較大問題，增加了施工難度，阻礙了施 工進度，甚至無法實施，減緩了城市集中供熱的發(fā)展速度，導致供熱管道及熱源的建設趕不上城市發(fā)展的需要。
2.管網(wǎng)夏季檢修落后。城市供熱系統(tǒng)檢修手段落后，供熱企業(yè)在成本、管理方面存在問題，檢修不到位，用戶冬季反復受到停熱的影響，投訴率高，熱費收取困難，導致供熱企業(yè)和熱用戶間問題頻出，用戶經(jīng)常投訴至媒體，供熱企業(yè)給大眾的印象較差。
3.供熱系統(tǒng)的控制水平和調(diào)節(jié)水平落后。供熱管網(wǎng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成規(guī)模，但是由于大多數(shù)系統(tǒng)沒有管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，熱源、熱力站自動化程度低，大大降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。
4.供熱系統(tǒng)不能適時有效地調(diào)節(jié)供熱流量和供水溫度?，F(xiàn)有的供熱系統(tǒng)只是針對設備的粗放式管理，很少考慮對整個系統(tǒng)主要運行參數(shù)進行監(jiān)控，更沒有實現(xiàn)對用 戶（樓宇）室溫的遠程監(jiān)測，無法準確掌握系統(tǒng)供熱水平和質(zhì)量，操作人員只能憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)供熱量。另外，由于沒有采取氣候補償措施，在實際運行過程中依然只能 采用”看天燒火“的傳統(tǒng)方式，即通過人工手動方式來調(diào)節(jié)供熱量，不能自動地、實時地進行分時按需供熱，造成采暖期初、期末大量浪費熱量。
5.運行的室外管網(wǎng)多為枝狀管網(wǎng)，二次系統(tǒng)缺乏必要的調(diào)節(jié)手段，水力失調(diào)嚴重。同時大部分用戶不具備分戶計量的手段，能源浪費現(xiàn)象嚴重。如何有效保證供熱 管網(wǎng)的水力平衡是亟待解決的大問題，另外管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)需要大量的資金、設備及人力投入，在實際操作中仍存在困難。
6.分戶控制正在實施中，分戶按實際用熱量收取熱費還在摸索階段，雖然在全國各地進行了很多試點，很多暖通科研人員也進行了大量研究，但是收費體系、計量 方法還沒有十分成熟的可供推廣的經(jīng)驗，在建造、改造過程中資金投入等還存在很多問題，真正實現(xiàn)分戶計量收費還需時日[8,18,19]。
1.5研究的內(nèi)容與目的。
本文就吉林省某油田生活區(qū)的供熱運行參數(shù)進行分析，對其供熱系統(tǒng)運行狀況進行診斷，找出存在的問題并提出相應的解決方案，幫助提高其運行效率，節(jié)約運行成本。
第二章集中供熱的相關理論研究。
2.1混水直供。
2.1.1概述。
供熱系統(tǒng)的連接一般有直接連接、間接連接、混水連接三種方式。
直接連接系統(tǒng)是把從熱源來的熱水直接接入用戶管網(wǎng)系統(tǒng)，一般有兩種形式：一種比較常見的方式是僅由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶三部分組成；另一種是增設熱力分配站 或加壓站，形成一二次網(wǎng)，但一二次網(wǎng)的熱媒參數(shù)完全相同。直接連接系統(tǒng)通常于熱力入口處設置簡單的計量儀表（壓力表、溫度計等）和關斷、調(diào)節(jié)閥門，在運行 中僅僅是進行流量分配，運行調(diào)節(jié)比較容易，對運行管理人員技術水平要求較低；由于受到供水溫度不能太高、流量不能太小的限制，使得一級網(wǎng)管徑較大，管網(wǎng)造 價提高；首站循環(huán)水泵由于熱媒參數(shù)低、流量大所以型號也較大，當循環(huán)水泵選型合理時，每萬平方米水泵功率平均3kw～4kw，供熱半徑越大，循環(huán)水泵功率 越大，但大多數(shù)直供系統(tǒng)熱源的循環(huán)水泵選型不盡合理，有的達到每萬平方米10kW以上，電耗巨大；供水壓力受承壓能力的影響不能隨意提高，回水受系統(tǒng)最高 點的限制也不能任意降低，當高差變化大時需要做特殊處理；管網(wǎng)任意一處大量失水就會影響整個供暖系統(tǒng)的安全運行，系統(tǒng)穩(wěn)定性比較低；回水直接回到熱源，水 質(zhì)難以保證，易腐蝕熱源設備；熱媒參數(shù)單一，對于有多種熱媒參數(shù)要求的系統(tǒng)不適用；因此，直接連接系統(tǒng)僅適用于熱用戶集中或供熱距離較近的系統(tǒng)[20]。
間接連接的特點是一、二次網(wǎng)通過設置換熱站互相隔離，彼此獨立，一次網(wǎng)可以輸送高溫水或蒸汽，熱媒參數(shù)較高，可以減少流量，一次網(wǎng)的管道管徑較小，循環(huán)水 泵的型號也可以相應減?。欢矣捎诨ハ喔綦x，一次網(wǎng)水質(zhì)水量可以得到保證，有利于鍋爐的運行；系統(tǒng)的運行調(diào)試相對簡單，因此在實際供熱運行中得到了廣泛的 應用。
混水供熱模式處于直接連接和間接連接之間，運行工況比較復雜，早期由于缺乏熱網(wǎng)平衡設備，同時也難以解決熱源對水質(zhì)的要求，所以應用較少，近年來隨著供熱 技術的發(fā)展以及先進監(jiān)控設備在供熱系統(tǒng)中的成功應用，混水加熱直供方式也慢慢的找到它自身的控制方式?；焖惫┮蚱?rdquo;大溫差、小流量“運行，一次網(wǎng)富余壓 差在二次網(wǎng)中得以充分利用等特點，具有很大的節(jié)能空間，在熱網(wǎng)自動控制系統(tǒng)配合下，其應用也得到了越來越廣泛的認可[21,22]。
2.1.2混水供水的特點。
1.熱損耗較小。
間接連接的方式設置換熱器進行換熱，在換熱的過程中必然存在熱量損失，需要考慮傳熱效率，混水直供相對于間接供熱，熱利用率更高。
單純直連方式熱網(wǎng)供水直接進入熱用戶，不進行混水，因此要求一級網(wǎng)溫差與用戶系統(tǒng)設計溫差相等或接近，屬于小溫差大流量運行方式；混水直連方式一級網(wǎng)供回 水溫差遠大于用戶系統(tǒng)設計溫差，通過熱力站的混水泵進行混水，滿足二級網(wǎng)的循環(huán)流量，并達到熱網(wǎng)的設計溫差，實現(xiàn)了大溫差小流量運行。
2.維護運行費用低。
結(jié)垢會導致?lián)Q熱器傳熱效率降低，解決方法就是進行除垢清洗和加大流量提高水溫強化換熱。除垢通常定期每隔一兩年進行，部件在拆裝過程中容易損壞，維修成本高，而加大流量的方式會導致水泵負擔加重，電耗增加。
混水直供熱力站由于沒有換熱器，不但在檢修期間相對間接供熱方式節(jié)省大量的維護費用，而且一級網(wǎng)的富余壓差可以保留在二次網(wǎng)中，在二次網(wǎng)中轉(zhuǎn)化為循環(huán)動力將熱水送往各熱用戶。
3.初投資費用低。
單純直連方式與混水直連方式相比，輸送相同的熱量、熱網(wǎng)選取同一經(jīng)濟比摩阻的情況下，前者的管徑要大于后者，因此單純直連方式供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)建設投資費用較大。
間接連接的方式設置換熱器，一次網(wǎng)二次網(wǎng)彼此獨立，二次網(wǎng)需要設置單獨的定壓補水系統(tǒng)，相較于混水熱力站而言，占地面積、管道以及設備投資增加。
4.混水直連方式在管徑相同，經(jīng)濟比摩阻相同的情況下輸送的熱量大于直接連接的方式，可帶較大供熱面積，比單純直連方式供熱系統(tǒng)具有更大的供熱能力。
5.混水直連方式熱源水質(zhì)不易得到保證，如采用的水處理方式不當，或根本沒有水處理時（實際運行中管理不嚴可能存在這種情況），就會腐蝕鍋爐?；焖绞綄Χ尉W(wǎng)的水質(zhì)要求較高。
6.由于采用混水換熱以后，整個系統(tǒng)的定壓均是采用一次網(wǎng)定壓，因此，一次網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，直接影響到整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。
7.由于在直供混水系統(tǒng)中既存在一級網(wǎng)循環(huán)泵，又存在多個熱力站的混水泵，這些泵同時串聯(lián)、并聯(lián)在同一個大系統(tǒng)中，各臺泵的運行工況和各種閥門的調(diào)節(jié)，都 會直接影響一級網(wǎng)和二級網(wǎng)的流量和壓力的變化。運行時既要保證一級網(wǎng)的水力平衡和理想的水壓圖狀態(tài)，又要保證二級網(wǎng)的供熱量和供回水壓力，因此運行調(diào)節(jié)難 度大。如果沒有較好的調(diào)控設備和調(diào)節(jié)手段，就會造成嚴重的冷熱不均或供回水壓力不穩(wěn)，使供熱質(zhì)量難以保證，并對運行人員的技術水平有較高的要求。
混水供熱系統(tǒng)由于其控制相對較復雜，因此要想很好的運行必須有完善的控制系統(tǒng)，也正是因為運行控制系統(tǒng)相對復雜，混水系統(tǒng)在實際中很少得到大面積的應用。 但是隨著自控系統(tǒng)的使用，供熱運行有了”眼睛“，調(diào)控有了”依據(jù)“，安全有了”預知“，管理有了”數(shù)據(jù)“，使得混水供熱系統(tǒng)的優(yōu)越性開始顯現(xiàn)出來 [23,24]。
2.1.3混水的流量與溫度的關系式。
混合比和流量、溫度具有下式的關系：
相應可知熱網(wǎng)所需供水溫度為：（）ggghtttt1222=+u?
式中：u——混合比；hG——進入混水裝置的回水流量，m3/h；1gG——混水裝置之前熱網(wǎng)供水流量，m3/h；gt1——熱網(wǎng)供水溫度，℃；ghtt22,——混水裝置后的供、回水溫度，℃。
2.1.4混水供熱系統(tǒng)的三種基本形式。
混水供熱系統(tǒng)有水泵旁通加壓、水泵回水加壓，水泵供水加壓三種基本形式，如圖2-1，2-2，2-3所示。
1.水泵旁通加壓。
變頻混水泵設置在混水旁通管路上，一次網(wǎng)供水管上裝設流量控制閥，回水管上裝設手動調(diào)節(jié)閥，利用水泵將二次網(wǎng)的一部分回水加壓打入一次網(wǎng)供水中，混合形成二次網(wǎng)供水，另一部分回水返回一次網(wǎng)回水管。適用于二次網(wǎng)所需的供回水壓力在一次網(wǎng)供回水壓力之間。
2.水泵回水加壓。
混水泵設置在二次網(wǎng)回水總管上，利用水泵將二次網(wǎng)的回水加壓，一部分回水受混水旁通管路上調(diào)節(jié)閥或者一次網(wǎng)回水管路上調(diào)節(jié)閥（視水泵出口到一次網(wǎng)總回水與 到二次網(wǎng)供水需增壓力相對大小而定）支配流入一次網(wǎng)供水混合加熱，形成二次網(wǎng)供水，另一部分回水直接返回一次網(wǎng)回水總管。一次網(wǎng)供回水上設置調(diào)節(jié)閥，水泵 采用變頻控制。此供熱方式適用于二次網(wǎng)所需的回水壓力在一次網(wǎng)回水壓力以下。
圖2-1水泵旁通加壓混水系統(tǒng)圖，圖2-2水泵回水加壓混水系統(tǒng)圖。
3.水泵供水加壓。
變頻混水泵設置在二次網(wǎng)供水管上，一次網(wǎng)回水管上裝設流量控制閥，供水管和旁通管上各裝手動調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)流量控制閥設定好一次網(wǎng)的流量，同時滿足二次網(wǎng)的 系統(tǒng)靜壓。當一次網(wǎng)供水壓力高于二次網(wǎng)回水靜壓時，可調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水側(cè)手動調(diào)節(jié)閥，使其閥后壓力與二次網(wǎng)回水靜壓相平衡。利用水泵將二次網(wǎng)一部分回水及一 次網(wǎng)供水同時吸入，混合形成二次網(wǎng)供水，另一部分二次網(wǎng)回水直接返回一次網(wǎng)回水管。當一次網(wǎng)供水壓力低于二次網(wǎng)回水靜壓時，調(diào)節(jié)旁通管上的手動調(diào)節(jié)閥，使 其閥前壓力滿足二次網(wǎng)系統(tǒng)靜壓。適用于二次網(wǎng)所需的供水壓力在一次網(wǎng)供水壓力以上[25-28]。
2.2運行調(diào)節(jié)。
2.2.1供熱運行調(diào)節(jié)的意義。
冬季供暖是關系城市居民切身利益的大事，直接關系到社會和諧。現(xiàn)在的供暖企業(yè)自負盈虧，既要使居民供暖溫度達到標準又要使企業(yè)的運行成本達到最低，這就要 求供暖企業(yè)挖掘內(nèi)部潛力，做好供熱調(diào)節(jié)工作，因此，對整個熱水供熱系統(tǒng)進行合理的供熱調(diào)節(jié)就變得至關重要。熱水鍋爐及采暖系統(tǒng)運行過程中除應對運行參數(shù)、 燃燒工況進行控制與調(diào)整外，還應根據(jù)采暖季節(jié)（初冬還是嚴寒）、采暖時間（白天還是夜間）等情況對供熱量進行調(diào)節(jié)。供熱調(diào)節(jié)的目的，一是使系統(tǒng)中各用戶的 室內(nèi)溫度比較適宜；二是避免不必要的熱量浪費，實現(xiàn)熱水采暖的經(jīng)濟運行[5,29]。
2.2.2供熱調(diào)節(jié)的方法。
運行調(diào)節(jié)的方法有以下5種：
（1）質(zhì)調(diào)節(jié)——改變網(wǎng)路的供水溫度；（2）量調(diào)節(jié)——改變網(wǎng)路的循環(huán)水量；（3）分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)——同一階段流量不變；（4）分階段改變溫度的量調(diào)節(jié)——同一階段溫度不變；（5）間歇調(diào)節(jié)——改變每天供暖小時數(shù)。
2.2.2.1質(zhì)調(diào)節(jié)。
在進行質(zhì)調(diào)節(jié)時，只改變供暖系統(tǒng)的供水溫度，而系統(tǒng)循環(huán)水量保持不變。這種調(diào)節(jié)方式，網(wǎng)路水力工況穩(wěn)定，運行管理簡便，采用這種調(diào)節(jié)方法，通?？蛇_到預期 效果。集中質(zhì)調(diào)節(jié)是目前最為廣泛采用的供熱調(diào)節(jié)方式，但由于在整個供暖系統(tǒng)中，網(wǎng)路循環(huán)水量總保持不變，消耗電能較多。同時，對于有多種熱負荷的熱水供熱 系統(tǒng)，在室外溫度較高時，如仍按質(zhì)量調(diào)節(jié)供熱，往往難以滿足其他熱負荷的要求。
帶有混合裝置的直接連接熱水供暖系統(tǒng)的網(wǎng)路供回水溫度可以按照下式計算：
式中：
nt——供暖室內(nèi)計算溫度，℃；'
sΔt——用戶散熱器的設計平均計算溫差，℃；'
wΔt——網(wǎng)路與用戶系統(tǒng)的設計供水溫度差，℃；'
jΔt——用戶的設計供回水溫差，℃；Q——相對供暖熱負荷比；b——與散熱器型式相關的系數(shù)。
根據(jù)以上兩式即可繪制出質(zhì)調(diào)節(jié)的水溫曲線。
質(zhì)調(diào)節(jié)設計時多采用一用一備或幾用幾備的配泵方式，選泵原則仍按照泵組的流量不小于系統(tǒng)所需總流量的1.05～1.10倍，還要考慮多臺泵并聯(lián)時的流量下 降因素，按照單臺水泵的90%確定水泵組的流量；水泵揚程為系統(tǒng)管路和用戶滿流量時系統(tǒng)總阻力的1.05～1.10倍進行選擇，這時，對應的水泵功率已經(jīng) 超過實際所需功率，再加上選泵時習慣向上一擋參數(shù)靠攏，根據(jù)公式N=0.163rVH/η（kW）可以看出，水泵在選擇時已經(jīng)增加了不少電耗負荷。
2.2.2.2量調(diào)節(jié)。
在進行量調(diào)節(jié)時，保持供水溫度不變，改變管網(wǎng)的供水流量。
采用量調(diào)節(jié)可極大地節(jié)約電耗。在供熱管網(wǎng)管道尺寸已經(jīng)確定的情況下，流量與電機轉(zhuǎn)數(shù)成正比，電耗與頻率的三次方成正比。頻率與轉(zhuǎn)速的關系 為：nfSPn=60（1?）/，n為異步電動機即水泵轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，Sn為異步電機轉(zhuǎn)差率，一般為5%左右，P為電機繞組的極對數(shù)。可以看到，當 P和nS一定時，電機即水泵轉(zhuǎn)速與輸入電流的頻率成正比。水泵的流量G（m/h3）、功率P（kw）和葉輪轉(zhuǎn)速n（r/min）之間的關系由圖2-4可以 直觀的看到，水泵流量與頻率也成正比，調(diào)節(jié)頻率即調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可由變頻器直接調(diào)節(jié)循環(huán)水泵。如果流量減少30%,電功率就可節(jié)省65.7%。對于多數(shù)地區(qū)在 很長一段運行時間內(nèi)用70%左右的流量運行，年減少電耗40%左右是不成問題的，節(jié)能效果可觀，而且量調(diào)節(jié)對用戶用熱量變化的響應比質(zhì)調(diào)節(jié)快得多，這是因 為質(zhì)調(diào)節(jié)的溫度變化從熱源到用戶的傳遞是以流速進行，而量調(diào)節(jié)是以聲速傳遞，其響應幾乎是同步的，采用關斷閥、調(diào)節(jié)閥或平衡閥的方法，初投資較小。但是采 用流量調(diào)節(jié)時，隨著室外溫度升高，網(wǎng)路水流量減少過多，會引起供暖系統(tǒng)產(chǎn)生較嚴重的豎向熱力失調(diào)。為降低電耗，在采暖系統(tǒng)中可以設置兩臺不同規(guī)格型號的循 環(huán)泵，其中一臺循環(huán)泵的流量和揚程按計算值的100%選擇，另一臺循環(huán)泵的流量和揚程按計算值的75%選擇，后者供室外溫度高的情況下使用。這樣可以大大 提高循環(huán)泵的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟指標[30]。
2.2.2.3分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。
分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)是把整個供暖期按室外溫度的高低分成幾個階段：
在室外溫度較低的階段中管網(wǎng)保持較大的流量，而在室外溫度較高的階段中管網(wǎng)保持較小的流量。在每一個階段內(nèi)，網(wǎng)路均采用一種流量并保持不變，同時采用不斷改變網(wǎng)路供水溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)。對于帶有混水裝置的供暖系統(tǒng)網(wǎng)路供回水溫度可以按照下式計算：
式中：？——相對流量比。
在熱水供暖系統(tǒng)中，供暖系統(tǒng)規(guī)模較大的系統(tǒng)可分為三個階段，規(guī)模較小的系統(tǒng)分為兩個階段，運行調(diào)節(jié)以及泵組的設置如表2-1，2-2所示。
表2-1分三階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。
在三階段劃分的系統(tǒng)中，水泵揚程為管道滿流量設計揚程的100%、64%和36%，對應的理論計算水泵軸功率分別為滿負荷功率的100%、51%和 22%；在兩階段劃分的系統(tǒng)中，水泵揚程為管道滿流量設計揚程的100%和51%，對應的軸功率分別為100%和42%。多種容量的循環(huán)水泵在一定程度上 可以互為備用，采用分階段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)時，熱水供暖系統(tǒng)中可以不設備用泵。這種調(diào)節(jié)方法綜合了質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)的優(yōu)點，既較好地避免了垂直失調(diào)，又顯著地 節(jié)省了電能。
由于控制技術的迅速發(fā)展，特別是變頻技術為水泵的變速運行帶來了方便，使得供熱系統(tǒng)同步實行質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)成為可能。在此基礎上，又開發(fā)出多種節(jié)能輔助 設備，例如末端溫控裝置、氣候補償器、鍋爐控制器等節(jié)能產(chǎn)品，這些產(chǎn)品與變頻調(diào)速技術聯(lián)用，取得很好的節(jié)能效果。
2.2.2.4分階段改變供水溫度的量調(diào)節(jié)。
在供暖系統(tǒng)的整個運行期間，隨著室外溫度的提高，分幾個階段改變供水溫度，在同一階段內(nèi)供水溫度不變，改變流量來進行調(diào)節(jié)。即在室外氣溫較低的階段保持較高的供水溫度，在氣溫較高的階段保持較低的供水溫度，而在每一個階段內(nèi)采用改變系統(tǒng)流量的量調(diào)節(jié)。
在這種條件方法中，同樣按照供暖系統(tǒng)規(guī)模大小劃分階段，系統(tǒng)較大的劃分為三個階段，較小的為兩個階段，運行調(diào)節(jié)設置情況如表2-3，2-4所示。
表2-3分三階段改變供水溫度的量調(diào)節(jié)，表2-4分兩階段改變供水溫度的量調(diào)節(jié)。
分階段改變供水溫度的量調(diào)節(jié)是質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)的結(jié)合，與單純量調(diào)節(jié)方式相比，在室外溫度較高的供暖階段，通過降低供水溫度，提高回水溫度，增加了系統(tǒng)的循環(huán)流量。分階段的變化靠熱源處的氣候補償器控制，系統(tǒng)流量的變化靠循環(huán)水泵變速調(diào)節(jié)。
2.2.2.5間歇調(diào)節(jié)。
間歇調(diào)節(jié)是在供水溫度和循環(huán)水量不變的情況下，用減少每天的供暖時數(shù)來調(diào)節(jié)的方法。在室外溫度達到設計值時，熱源連續(xù)供暖，隨著室外溫度的升高，逐漸減少 運行時間，它的前提是假設熱源能在額定出力的情況下制定運行時間。如果熱源達不到額定出力，將不能保證用戶的供熱質(zhì)量。事實上要想使設備滿負荷高效率的運 行，沒有一套完整的監(jiān)測和管理辦法是絕對辦不到的，故本調(diào)節(jié)方法實際上可以在室外溫度較高的供暖初期和末期作為輔助調(diào)節(jié)手段來使用。
由于設計思路的保守，使得在室外計算溫度時，非連續(xù)運行也能滿足用戶的要求，這就是目前廣泛實行的間歇供暖。間歇供暖與間歇調(diào)節(jié)有著本質(zhì)的區(qū)別。
間歇供暖熱源容量的設計遠遠大于實際需要值，即使是達到室外設計溫度的情況下，熱源也不可能連續(xù)運行。該方式雖然初投資及運行費用較高，但從操作及保證用戶供熱質(zhì)量等方面考慮，也還是有它一定的優(yōu)點。
當采用間歇調(diào)節(jié)時，網(wǎng)路的流量和供暖水溫度保持不變，網(wǎng)路每天工作總小時數(shù)n隨室外溫度的升高而減小，可按照下式計算：
式中：wt——間歇運行時的某一室外溫度，℃；'
wt——開始間歇調(diào)節(jié)時的室外溫度，℃。
當采用間歇調(diào)節(jié)時，為使網(wǎng)路遠端和近端的熱用戶通過熱媒的小時數(shù)相近，在鍋爐壓火后，網(wǎng)路循環(huán)水泵應繼續(xù)運轉(zhuǎn)一段時間。運轉(zhuǎn)時間相當于熱媒從離熱源最近的 用戶流到最遠的用戶的時間，因此網(wǎng)路循環(huán)水泵的實際工作小時數(shù)，應比式（2-6）的計算值大一些[31-33]。
2.3循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)控制。
當集中供熱系統(tǒng)處于部分負荷時，管網(wǎng)流量或阻力將小于設計工況，為保證供熱質(zhì)量，應對系統(tǒng)進行調(diào)整，以保證系統(tǒng)處于流量平衡和阻力平衡。對集中供熱管網(wǎng)進行調(diào)節(jié)的主要方法有：改變管路特性曲線法和改變水泵運行特性曲線法[34]。
圖2-5改變管網(wǎng)特性曲線圖，圖2-6改變水泵特性曲線圖。
2.3.1改變管路特性曲線法。
改變管路特性曲線的調(diào)節(jié)方法多采用閥門節(jié)流法，它是在水泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變系統(tǒng)中的閥門等節(jié)流裝置的開度大小，來增減管網(wǎng)的壓力損失而使流量發(fā)生改變，由于水泵的性能曲線并未改變，僅改變工作點的位置，往往起不到節(jié)能的作用。
這一方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作可靠。但是由于人為增加管網(wǎng)阻力，多損耗了部分能量。
2.3.2改變水泵特性曲線法。
水泵電動機屬于輕型負載，常用異步電動機。異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、維修方便，但與直流電動機比較，調(diào)速比較困難。目前異步電動機有籠型和繞線型兩種，其調(diào)速方法主要有：
1.繞線型電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。
2.籠型電動機定子調(diào)壓調(diào)速。
3.電磁耦合器調(diào)速。
4.液力耦合器調(diào)速。
5.變極調(diào)速。
6.晶閘管串極調(diào)速。
7.變頻調(diào)速。
2.3.3水泵的變頻調(diào)速。
在極對數(shù)一定的條件下，通過改變供電頻率可實現(xiàn)對電動機的調(diào)速。由于電網(wǎng)的頻率是不能隨意變動的，因此，必須通過一個變頻裝置即變頻器來進行供電頻率的調(diào)節(jié)。通常有兩種變頻方式：交-直-交變頻和交-交變頻。
1.交-直-交變頻。
頻率的改變是在逆變時通過控制晶閘管輪流導通、關斷的快慢實現(xiàn)的。換流速度加快，輸出交流電的頻率就提高，反之，頻率下降。這種變頻器的晶閘管數(shù)量少，電路較簡單，水泵、風機等輕負載多采用這種方法。
2.交-交變頻。
變頻的晶閘管多、電路復雜，功率因數(shù)較低，多用于低速大容量的拖動系統(tǒng)。
2.3.3.1變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)方法。
如圖2-5所示，水泵以轉(zhuǎn)速n1，在管網(wǎng)特性曲線P=SG2的管網(wǎng)中工作時，其工況點為1。當水泵轉(zhuǎn)速減至n2時，其工況點為2。水泵的流量減小，效率基本不變。
2.3.3.2變頻調(diào)速性能參數(shù)的變化關系。
假定當水泵內(nèi)水的密度恒定，當水泵轉(zhuǎn)速n發(fā)生變化時，水泵的流量、揚程、軸功率、效率的性能參數(shù)關系如下：
2.3.3.3變頻調(diào)速優(yōu)點。
變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點：
1.調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)差損失小，能使籠型異步電動機實現(xiàn)高效調(diào)速，其他調(diào)速方法都不能獲得這樣的運行性能；2.其他調(diào)速方法和變頻調(diào)速在低轉(zhuǎn)速下節(jié) 能效果都比較明顯。但在50％的相對轉(zhuǎn)速下，其他調(diào)速方法的功率因數(shù)一般不超過65％，而變頻調(diào)速功率因數(shù)可達到85％左右；3.在變頻的同時，功率也可 以根據(jù)負載大小作相應調(diào)節(jié)；4.可以在額定電流下起動電機，因而能降低配用變壓器的容量[35,36]。
2.4水力失調(diào)。
供熱系統(tǒng)的設計水力工況與實際水力工況的不一致稱為供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)。水力失調(diào)是供熱管網(wǎng)普遍存在的現(xiàn)象，它的出現(xiàn)造成近端過熱，遠端過冷的狀況，不但 降低了供熱系統(tǒng)的效率而且惡化了供熱質(zhì)量，同時能耗和運行費用也大幅度增加，特別是供熱面積大、管線距離長、分支節(jié)點多，用戶結(jié)構(gòu)復雜的大型管網(wǎng)就顯得更 為突出。如何實現(xiàn)供熱管網(wǎng)的水力平衡，消除業(yè)已失調(diào)的運行工況，提高管網(wǎng)的經(jīng)濟性、安全性和可靠性，改善供熱質(zhì)量是我們目前所面臨的問題。為此，《中國城 鎮(zhèn)供熱技術”十五“規(guī)劃和20lO年設想》及《全國供熱行業(yè)”十五“科技發(fā)展課題》都將”綜合并優(yōu)化治理供熱管網(wǎng)水力失調(diào)技術的研究“列為亟待解決的重大 技術問題和重點研究課題。
在供熱系統(tǒng)中，常常用水力失調(diào)度x（實際流量與設計流量的比值）表示供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)程度。當x=1時，供熱系統(tǒng)處于穩(wěn)定水力工況。當x≥1或x≤1 時，供熱系統(tǒng)的水力狀況屬于失調(diào)。一般水力失調(diào)可分為一致失調(diào)、不一致失調(diào)、等比失調(diào)。一致失調(diào)或等比失調(diào)，比較容易調(diào)節(jié)；如果是不一致失調(diào)，其調(diào)節(jié)過程 比較復雜。
根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)來劃分可以分為穩(wěn)態(tài)失調(diào)和動態(tài)失調(diào)。各管段的阻力固定不變的管網(wǎng)系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)或靜態(tài)系統(tǒng)，上文所述水力失調(diào)是指穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。各 管段的阻力是可調(diào)的系統(tǒng)就是動態(tài)系統(tǒng)，動態(tài)失調(diào)是指動態(tài)系統(tǒng)中某些管段的阻力變化時，也就是這些管段中的調(diào)控設備動作時，對其它管段所產(chǎn)生影響而造成的失 調(diào)。例如，系統(tǒng)實行分戶熱計量安裝溫控和熱計量設備后，原來的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)就變?yōu)閯討B(tài)系統(tǒng)。如果沒有動態(tài)調(diào)控設備，當某些用戶主動調(diào)節(jié)用熱量或散熱器恒溫閥自 動動作時，就會干擾其它環(huán)路的用熱量，嚴重的還會產(chǎn)生振動和噪音。這種失調(diào)弊病不是先天性的，是在各環(huán)路的調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的，必須采用動態(tài)調(diào)控設備加以控 制和消除，否則系統(tǒng)將難以正常運行。值得注意的是，在動態(tài)系統(tǒng)中同樣也存在穩(wěn)態(tài)失調(diào)，假設在短時間內(nèi)系統(tǒng)中全部用戶都需要較大的流量時，例如室外氣溫驟降 或者供水溫度不足時，若不對有利環(huán)路的流量加以控制，不利環(huán)路將得不到足夠的流量，因此動態(tài)系統(tǒng)也要注意防止穩(wěn)態(tài)失調(diào)。
系統(tǒng)水力失調(diào)已成為當前普遍存在又難以治愈的頑疾，直接影響供熱質(zhì)量。
為達到供熱標準，通常設置大流量、高揚程水泵，導致熱用戶過熱和熱量浪費；如小溫差運行，則電耗增加，運行成本提高。解決系統(tǒng)失調(diào)、改善系統(tǒng)水力工況，是供熱企業(yè)經(jīng)濟運行的要求。
2.4.1水力失調(diào)產(chǎn)生的原因。
熱網(wǎng)水力失調(diào)根本原因是供熱管網(wǎng)存在阻力不平衡，從根本上來說可從三個方面來找原因：1.管網(wǎng)設計導致的失調(diào)；2.管網(wǎng)改造導致的失調(diào)；3.管網(wǎng)運行導致的失調(diào)[37,38]。
2.4.1.1管網(wǎng)設計導致的失調(diào)。
在進行管網(wǎng)設計時，大多數(shù)設計人員都遵循著這樣的設計原則：先滿足最不利點的資用壓頭。這樣的設計使得其他各個點的資用壓頭過大，而且越是占據(jù)”有利“位 置的點富裕壓頭越大，解決的辦法只能是通過調(diào)節(jié)管徑或加調(diào)節(jié)閥的方式消耗掉資用壓頭的富裕量，而管道管徑可選擇種類并不多，閥門調(diào)節(jié)也是有限度的，這樣必 然使流量分配偏離設計狀態(tài)，導致用戶冷熱不均。而在設計計算過程中管道、水泵、散熱器等選型常常都會習慣地采用一定的”保險“系數(shù)，這就造成了”先天性 “的水力失調(diào)。
同時還存在這樣的情況：熱網(wǎng)不斷增容，不同時期由不同的設計人員進行設計，采用的耗熱量指標不同，不同時期的建筑由于采用的工藝不同（如保溫處理、圍護結(jié) 構(gòu)情況），耗熱量也會有很大的區(qū)別，采用相同的指標也不準確。而且在現(xiàn)實情況中，要想準確計算各環(huán)路的壓頭阻力是比較困難的，工作量大、過程繁瑣，管道阻 力基礎數(shù)據(jù)落后使得大多數(shù)單位沒有進行水力計算，基本是”估算“，所以水力失調(diào)司空見慣。
2.4.1.2管網(wǎng)改造導致的失調(diào)。
城市建設在不斷發(fā)展的過程中，熱網(wǎng)的范圍也在不斷地擴大，熱負荷在不斷的增加，供熱面積擴大，管段流通能力不夠，如果沒有及時改造管網(wǎng)，而只單純更換水 泵，加大水泵的流量和揚程，就會導致熱網(wǎng)水平失調(diào)。而供熱企業(yè)不斷的擴容的過程中，有不少設計采用”估算或套用“的方法，有的雖然進行了水力計算，然而卻 是局部的，而不是全網(wǎng)計算。在管網(wǎng)的局部改造過程中，增加中繼泵、擴大管徑等，由于沒有進行詳細的水力計算，水泵流量、揚程、位置以及管徑的選擇不當導致 水力失調(diào)。
2.4.1.3管網(wǎng)運行導致的失調(diào)。
當用戶的熱負荷發(fā)生變化時，要求各管段的流量重新分配，從而導致水力失調(diào)。熱網(wǎng)運行狀態(tài)發(fā)生變化時，如電廠供給的壓力不足，熱網(wǎng)失水嚴重，超過補水裝置的補水能力，不能維持需要的壓力，用戶安裝了計量裝置不斷進行調(diào)節(jié)等也會影響熱網(wǎng)的穩(wěn)定，造成水力失調(diào)。
2.4.2解決水力失調(diào)的措施。
由于水力失調(diào)造成供熱質(zhì)量下降，能耗增加，所以在管網(wǎng)的設計和運行中，要盡量避免水力失調(diào)的出現(xiàn)，對于已經(jīng)出現(xiàn)水力失調(diào)的情況，要通過相應的措施加以解決。筆者通過對大量的文獻進行研究和參考，總結(jié)出以下幾點措施：[51]
1.在系統(tǒng)設計時，對整個熱網(wǎng)進行水力平衡計算。大型熱網(wǎng)和多熱源聯(lián)網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)，靠手工計算是不可能的，信息技術給我們提供了進行復雜水力計算的可能性和方 法，即應用水力平衡計算軟件來進行計算。注重水力計算的準確性，尤其是支線的阻力平衡，通過調(diào)整管徑使不平衡率達到規(guī)定的范圍，在引入口的管段上安裝阻力 部件消除剩余壓頭；2.在用戶入口或熱力站設置自力式流量調(diào)節(jié)閥、自力式壓力平衡閥、管網(wǎng)分支處設置平衡閥；3.安裝微機監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)操作趨向于簡單 化、智能化、圖形化，使操作人員更好對熱網(wǎng)實行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。在管段上安裝電動調(diào)節(jié)閥，對其壓差進行有效調(diào)整和控制；4.在引入口管段上安裝自力式壓差 流量調(diào)節(jié)器、自力式平衡閥，在運行期進行調(diào)整，嚴格按設計壓差和流量進行。
2.5失水。
管網(wǎng)失水是系統(tǒng)能量無謂消耗的又一大元兇。一般的管網(wǎng)系統(tǒng)都以失水率作為衡量指標，管理得當?shù)南到y(tǒng)能夠把失水率控制在2%以內(nèi)，有的較為先進的系統(tǒng)可以控制在0.5%，而差的則可能高達10%，這其中的能量差值巨大，具有較大節(jié)能潛力。
2.5.1熱網(wǎng)失水原因以及危害。
供熱管網(wǎng)失水率高的主要原因有：
1.管理單位與施工單位脫節(jié)，缺乏現(xiàn)場施工監(jiān)理，遺留很多跑、冒、滴、漏隱患，特別是有的預留管段接頭沒有用盲板焊死，運行后決口狂瀉失水非常嚴重；另一 方面，采用質(zhì)量低劣管材與其配件的現(xiàn)象比較普遍，如配件中尤其以使用量最大的彎頭最明顯，因為彎頭通常是應力集中所在，材質(zhì)未達標則容易破損漏水。
2.由于缺乏先進的技術設備，對于熱網(wǎng)失水的響應表現(xiàn)遲緩，造成處理不及時，維修不到位，熱網(wǎng)系統(tǒng)帶病運行，致使陳舊失修熱網(wǎng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象比較嚴重。
3.用戶竊用熱網(wǎng)水造成失水。其中比較普遍的有：一些浴池和飯店等用于洗浴和刷洗餐具與擦拭桌椅和沖洗地面；一些居民則竊水用于洗衣、洗臉甚至洗浴、拖地沖廁所等，甚至有的用戶從散熱器頂端私自接出一根管子拉至坐便器放水沖衛(wèi)生間，而且常年不關閉。
4.有些用戶發(fā)現(xiàn)散熱器溫度較低時，認為是系統(tǒng)存氣造成的，習慣性地對散熱器進行放水，以期排掉氣體放掉低溫水，這種現(xiàn)象在室外溫度較低時很明顯，但開閥 放水不能從根本上解決問題。因此，運行管理過程中對于室溫達不到要求的用戶，要認真排查原因，及時有針對性地解決問題，另一方面要加強宣傳，使用戶在有問 題時及時和維修人員聯(lián)系，而不是私自放水；同時，也要加強供熱維修人員的培訓工作，提高他們對系統(tǒng)工作理論的認識，以免錯誤指導用戶。
5.一些換熱站擅自從一次網(wǎng)向漏損系數(shù)較大的二次網(wǎng)補水，造成其跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象嚴重。
6.未按規(guī)劃設計要求的標準間距設置分段閥門，導致事故發(fā)生時放水量大。
7.有些室內(nèi)供熱管道在設計時考慮到室內(nèi)美觀和裝修，一般暗裝于木地板、地磚、石材下面的墊層。該墊層空間高度目前幾乎全部約為50 mm左右，不具備設置低點泄水閥和逆止閥的施工安裝條件，一旦發(fā)生泄漏，通常在泄漏水充滿該墊層空間，而且溢出以后才發(fā)現(xiàn)，檢修前必須清除該戶室內(nèi)系統(tǒng)的 所有熱網(wǎng)水。
同時很多散熱器采用鑄鐵砂型制造，內(nèi)腔粘砂難以清除干凈，往往導致計量系統(tǒng)不能正常工作，頻繁的檢修造成熱水網(wǎng)的大量損失，部分富裕的用戶則使用美觀的鋁 制或鋼制柱型、板型、扁管型散熱器，但是缺乏可靠內(nèi)防腐設施，導致發(fā)生泄漏。一些由于各種原因未交費的用戶，為不受挨凍之苦則違法強撬鎖閉閥，造成大量失 水。
8.熱網(wǎng)采用無補償直埋鋪設管道時，其最小覆土深度小于標準規(guī)定，導致管道受壓破壞出現(xiàn)漏、泄水。
失水造成供熱質(zhì)量下降，供熱過程中損失多少水就必須補充多少水，但損失的是熱水，補充的則是冷水，冷熱水溫度的差異必然導致供熱質(zhì)量下降，致使一部分熱用戶在寒冷的冬天室內(nèi)溫度達不到要求，嚴重影響了室內(nèi)的熱舒適性，用戶投訴供熱單位，造成供需之間的矛盾。
為了補充失水，就要不斷地補水，有些供熱單位不按照規(guī)章操作，直接補充自來水，其后果就是導致鍋爐腐蝕結(jié)垢，管道生銹，從而降低供熱設備和管網(wǎng)的使用壽命。
目前一些供熱系統(tǒng)失水嚴重，造成的能源浪費也很嚴重，給正常供熱工作帶來很大困難。
2.5.2熱網(wǎng)失水經(jīng)濟損失分析。
1.失水處理成本。
按全自動軟水器水處理為例，生產(chǎn)1t軟化水的成本包括自來水、樹脂消耗、食鹽消耗等，目前成本約8.5元/t。
2.失水耗熱。
按設計供水溫度為85℃，補水平均溫度5℃計算，按每kg水升高1℃需要吸收4.2kJ的熱量，則每t補水耗熱量為0.336GJ，每kg標準煤的發(fā)熱量 為29307.6kJ（0.0293GJ），則每t熱水的補水熱損失為0.336/0.0 293=11.47kg標準煤。若鍋爐平均運行效率為75%，則每損失1t熱水需要多消耗16.38 kg標準煤。
可見，失水耗熱的損失是很大的。參考某市分戶計量二部制熱價收費標準，每GJ熱價為32元。則每t補水熱價為：32×0.336=10.75元，故每t軟化熱水價值為8.5+10.75=19.25（元）[39]。
2.5.3減少失水的可行措施1.加強現(xiàn)場施工管理，徹底消除隱患，嚴禁采用質(zhì)量低劣管材及其配件與不合理工藝。
（1）按規(guī)劃設計要求的標準間距設置分段閥門，采用不預熱的無補償直埋敷設管道時，其最小敷土深度必須符合標準規(guī)定，否則必須采取相應保護性防荷載措施，從根本上防止管道被壓壞而產(chǎn)生的泄漏失水。
（2）加強采暖期前的工程檢查，特別是預留管段接頭應當一律用盲板焊死，嚴防運行后
