燃气锅炉集中供暖系统节能新技术之应用

摘要：本文介绍了我所运用供暖节能新技术解决我所往年供暖过程中发生的问题，如锅炉尾部受热面腐蚀严重，不能独立分区供暖，办公楼、实验室与住宅区同步供暖等。通过运用北京洁天泽宇环保科技有限公司的节能新产品，不但解决了以上问题，同时还达到了25%的节能效果，产生了巨大的经济和社会效益。

关键字：供暖节能，气候补偿，分区分时分温，热源综合管理，设备管理中心

为了加强我所供暖收费体制改革，响应国家节能减排的号召，提高能源综合利用率，降低供热能耗，以技术创新与制度创新为手段，逐步建立适应我所的供暖管理体制，我所于2009年与北京洁天泽宇环保科技有限公司合作，对我所供暖系统进行了节能改造。

一、改造前存在的问题与改造要求

我所总供暖面积31.2万平方米，由一个生活区和四个科研区组成。其中，生活区供暖面积19万平方米，四个科研区供暖面积分别为3.5、2.8、2.9、3.0万平方米。

我所有2台5.6MW，2台7.0MW燃气热水锅炉进行供暖，通过集、分水器及一次循环泵分五个支路供往生活区和四个科研区（如图1）。

改造前主要存在的问题：

（1）系统在寒末季初低负荷运行时，外网所需热量较低，锅炉只能保证55⁰C/45⁰C运行模式，锅炉冷凝水产生量交大，尾部受热面腐蚀严重；

（2）四台锅炉并联运行，循环泵为了保证外网循环流量，在低负荷运行时，四台锅炉均参与循环，未运行的锅炉成了一个大的散热器，导致热源系统效率降低；

（3）四台锅炉联合运行时的启动与锅炉负荷由运营管理人员与司炉人员通过手动的方式调节，可调节性和连续性较差，达不到根据外网负荷需求进行实时调节的目标；

（4）循环泵工频运行，保证不了当外网需热量降低时同时降低耗能量的目标；

（5）科研区与生活区无法通过有效手段进行独立管理，进行人工调节同步供暖，产生了不必要的浪费。

（6）对于生活区及科研区部分办公室和实验室没有采用有效的调控手段，实现楼宇分时分温供暖控制；

（7）没有运用先进的计算机管理技术，所有重要运行数据均通过口传笔记的方式进行记录，数据准确性和有效性不高。

针对以上存在的问题，我们对改造提出了以下要求和预期目标：

（1）在保留原有每台锅炉控制柜前提下，进行改造实现锅炉机组的热负荷综合分配和单台锅炉的高温运行，从而在提高锅炉效率的同时降低锅炉腐蚀，提高锅炉寿命。

（2）实现供暖负荷与室外温度的自动气候补偿；达到从锅炉房将生活区与四个科研区独立管理，实现生活区域24小时自动气候补偿控制、科研区上班时间自动气候补偿控制，下班时间可通过设定自动防冻控制的目标。

（3）对供暖系统中面积较大的实验室、体育馆、办公楼等楼宇从整个供暖系统中独立出来进行独立控制，实现单栋楼宇按需供热，解决不同楼宇、不同工作时间同步供暖的矛盾。

（4）对外网循环泵、一次循环泵系统进行变频定压差控制，在保证外网循环流量、一次网循环流量的同时，降低供暖耗电量。

（5）对典型楼宇的典型位置实现室内温度的自动采集，为调整供暖负荷提供依据，提高供热质量，同时对室内温度进行数据存储，为以后查询提供有效实时数据；

（6）对供暖系统实现数字化管理，建立计算机设备管理中心，实现整个管网的压力、温度、锅炉燃烧负荷等监控点的监测、控制，并通过网络对节能设备在控制室进行远程监视、远程操作和现场组态。

二、改造方案

（1）在保留原有每台锅炉控制柜前提下，增加锅炉热源综合控制、一次泵循环系统、锅炉回水管电动蝶阀、旁通调温系统，实现锅炉机组的热负荷综合分配和单台锅炉的高温运行，从而在提高锅炉效率的同时降低锅炉腐蚀，提高锅炉寿命。

洁天泽宇热源综合控制器一方面与设备计算机管理中心保持实时通讯并进行实时数据交换；可接收管理中心下达的所有控制指令并按其要求运行，可将实时采集的数据及当前运行状态上传给管理中心，由管理中心完成设备远程组态。另一方面对燃烧机、循环泵频率、电动阀门开度、补水泵频率进行远程自动控制（如图2）。

洁天泽宇热源综合控制器对单台锅炉出水温度、单台锅炉循环流量、单台锅炉电动碟阀、锅炉机组总供水温度、总回水温度、系统总供热量等相关运行参数进行连续监控，对四台锅炉进行联合控制，合理分配各台锅炉的运行负荷，通过对每台锅炉的出水温度及总管供回水温度的实时采样，精确计算外网需热量及热源的热负荷，保证供热量与需热量相对平衡。同时为了保证单台锅炉的热效率，热源综合控制器总是尽可能保证当有多台锅炉联合运行时，只有一台锅炉可能为小负荷运行，其余锅炉均为高负荷运行。

（2）系统通过在每台锅炉回水口上加装电动碟阀，当外网需热量降低时，锅炉机组启动数量将自动减小，若只启动2台锅炉，则未启动的锅炉电动碟阀将自动关闭，此时虽然整个锅炉机组的循环流量降低，但对于运行的锅炉而言，循环流量并没有降低，因原流入四台锅炉循环水只被分配于2台锅炉循环，故可保证锅炉在额定循环流量下运行。

（3）系统通过在集分水器间安装旁通管和电动阀实现系统回水温度的提高，可以降低锅炉冷凝水排量，提高锅炉使用寿命。当回水温度低于设定的额定温度时旁通管电动阀打开，让部分高温水直接回至集水器，从而提高系统回水温度，反之亦然。

（4）通过在供暖系统处加装分区分时分温气候补偿器，实现供暖水温与室外温度量化控制，达到供暖系统分时分温、按需供热目的。

直供型气候补偿器工作原理：

对每一个支管供水上加装电动合流三通阀一台，将供暖水由原先的纯高温水供暖改变为混合水供暖，即供往外网的水有以下两部分组成：

第一部份：来自分水器的锅炉高温水

第二部份：外网回水

故供暖水温的高低可通过控制电动三通合流的开度来达到（即：高温水、低温水的比例）若需提高供暖水温，只需增加高温水进入的比例，减小系统回水参与流量，即增加电动阀开度，增加外网需热量；反之若需降低供暖水温，增加电动阀系统回水参与流量，减小高温水进入比例，即减小电动阀开度，降低外网需热量，如图3所示：

气候补偿器分时分温功能：

气候补偿系统内扩展分时分温功能模块，保证在不同的多个时间段内运行不同补偿曲线，以满足用不同时间段对供暖的要求，实现按需供热，如图4所示：

 通过分时分温系统对供暖情况进行调节（如图5），科研区白天供16℃---20℃，夜间供8℃，如同样在室外温度-7℃的情况下，白天供水温度50.2℃-58.3℃，而防冻时间只需供35℃，从而实现夜间定时防冻。在确定了运行曲线之后，气候补偿器确定了锅炉供水温度，通过调节各支路的电动三通合流的开度来实现对进入用户室内的供水温度进行调节。电动三通合流的开度确定后，由计算机管理系统调节旁通管电动阀，调节高温水直接回集水器的流量，从而使回水温度改变，进而调节燃烧机的工作情况。

（5）系统使用洁天泽宇动力循环泵变频控制柜，通过实时采集系统供回水压差，控制系统循环流量，实现管网定压差运行，动态调节系统流量以达到节约耗电量的目的。

（6）通过增加一些室内温度采集器，安装在典型楼宇中的典型位置，通过网络传输，上传到计算机管理中心，工作人员就可以方便的通过计算机知道每栋楼的实际温度情况，在适当时候可以进行调整供热温度，同时计算机还将全年采暖室内温度全部记录，以便随时查询和打印。

（7）通过安装楼宇分时分温供暖控制器，实现单栋楼宇按需供热，解决不同楼宇、不同工作时间同步供暖的矛盾。对于办公楼、实验室、体育馆，在供暖时间段实时采集楼宇入口水温与回水温度及室内温度，精确驱动电动阀，控制楼宇供热量的分配，保证供暖室温相对稳定，在防冻时段内，实时根据采集回水温度，控制电动阀动作，保证系统水流正常、室内温度在8-10℃左右，降低能源消耗

8）通过建立设备计算机管理中心，实现现场设备运行参数远程监控、记录、分析及报表，使整个系统直观明了的显示在操作界面上，实现整个供暖系统的自动化控制、数字化调节、信息化管理、经济化运行的目标。

设备计算机管理中心以工业控制计算机(CPU P4 2.0) 为硬件基础开发，以windows 2000系统为平台，运用先进的组态软件，以超前控制理念、成熟的控制方法，确保了中心控制系统的可操作性和运行的可靠性；

系统软件采用人机交互方式进行操作，丰富的组态功能，使整个系统具有良好的人机界面，直观明了的显示锅炉机组的相关运行参数，动态仿真的描述机组系统各辅机的实时运行状态(运行、停止或故障)，全中文界面，操作简单、实用。

按系统使用20年计算所得的经济效益：

经济效益=年耗气量*节能率*天然气单价*年数

=2937297*24.51%*1.95*20

=28077328.3（元）

由此可见，通过洁天泽宇节能设备计算机管理中心、分区分时分温气候补偿器、楼宇分时供暖控制器、热源综合控制器、室内温度采集系统及循环泵变频技术联合运行，在提高供暖自动化水平的同时，实现了室外温度è供水温度è室内温度的自动平衡，在实现供暖系统数字化管理的同时实现10-18%的节能目标，产生了巨大的经济效益，响应政府“建立节约型社会”、“节能减排”的号召。

四、结语

随着国家对能源利用率和环保问题的日益重视，在不断发展和完善原有供暖技术的同时，节能新技术的利用进一步提高了能源的利用率并降低了污染物的排放。通过科学的、系统的节能诊断，合理的应用节能新技术产品，使我所的供暖能耗指标接近国际标准，并促进了我国供热行业节能控制技术水平的整体提高。

中国北方车辆研究所 张宝旺 何开林 王戈 杨素平