二级网调峰集中供热系统技术经济性研究

摘要

目前我国集中供热系统的能源效率仅为35％到55％，远低于供热发达国家80％左右的水平[1]，其主要原因为：大型热电联产、区域锅炉房的设计热效率虽然可以达到80％以上，但是由于热源需要经常随外部负荷的变化进行调整，实际上热源热效率偏低：另外，在目前的调节水平下，大型集中供热管网很难有效地根据末端用热量的变化进行及时调节，因管网失调而造成的热损失已经达到了建筑物实际耗热量的20％～30％[2]。 本文对现有集中供热系统进行改进，提出了二级网调峰集中供热系统。该系统将现有热源作为主热源，在供热二级网各个热交换站处增设小型燃气锅炉作为调峰热源，协同主热源对热用户联合供热。在二级网调峰集中供热系统中，主热源提供供暖的基本负荷，整个供暖季可稳定运行，二级网燃气调峰热源则根据负荷需求仅在低于一定温度时才开启，为热用户补充不足的热量。本文仅研究以区域热水锅炉房为主热源，小型燃气锅炉为调峰热源的二级网调峰集中供热系统。 本文结合天津市某高校供热工程，从供热调节、水力工况、运行能耗及经济性等方面对二级网调峰集中供热系统进行了研究分析。 首先，根据上述工程实例2004～2005年度的采暖期运行数据，对我国集中供热系统的运行现状进行了分析，探讨了二级网调峰集中供热系统在改进这一现状上的优势所在，并据此给出该工程实例调峰系数的建议取值；此外还推导出二级网调峰集中供热系统的供热调节公式、调峰热源计算开启室外温度等设计参数。 由于引入调峰热源，供热二级网的水力工况相应发生变化，为避免水力失调，本文采用了三种方案--串联调峰泵、并联调峰泵及不设置调峰泵，并采用软件MATLAB 7.0.1编写了二级网调峰集中供热系统水泵年耗电量的计算程序，对上述方案及现有集中供热系统进行计算，结果表明并联调峰泵的方案最为节省电能。 最后，采用BIN法(即温频法)建立了二级网调峰集中供热系统的运行能耗数学模型，采用寿命周期法(LCC)建立了二级网调峰集中供热系统的寿命周期费用数学模型，分析研究了在不同的调峰系数下，二级网调峰集中供热系统的初投资、年运行费用及寿命周期费等的变化规律。 本文研究结果有助于提高集中供热系统的能源效率，具有较大的经济效益及社会效益。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1我国供暖能耗现状

1.2国内外集中供热系统的发展历史与现状

1.2.1国内集中供热系统的发展历史与现状

1.2.2国外集中供热系统的发展历史与现状

1.3集中供热系统的调峰形式

1.3.1多热源联合供热系统

1.3.2集中供热系统一级网调峰的几种运行方式

1.3.3二级网调峰集中供热系统

1.4课题的提出

1.5论文的主要研究内容及方法

1.6论文的架构

第二章二级网调峰集中供热系统的供热调节及运行

2.1二级网调峰集中供热系统几个设计参数的求解

2.1.1调峰热源的计算开启室外温度t'w.tf

2.1.2换热器的设计供水温度t'g.hr与调峰热源的设计供水温度t'g.tf

2.2二级网调峰集中供热系统供热调节公式的求导

2.2.1供暖热负荷供热调节的基本公式

2.2.2供暖热用户供回水温度tg、th的求导

2.2.3一级网供回水温度tg、th 的求导

2.2.4换热器供水温度tg.hr与调峰热源供水温度tg.tf的求导

2.3二级网调峰热源和主热源的联合运行

2.3.1热负荷图

2.3.2集中供热系统的运行管理及数据分析

2.3.3主热源和调峰热源的联合运行

2.4本章小结

第三章二级网调峰集中供热系统的水力工况分析

3.1热水网路水力工况计算的基本原理

3.2热水网路水力工况的分析和计算

3.3二级网调峰集中供热系统水力工况分析

3.3.1循环水泵轴功率

3.3.2一级网循环水泵年耗电量计算

3.3.3二级网循环水泵及调峰泵的年耗电量计算

3.3.4水泵运行的时间分析

3.3.5二级网调峰集中供热系统水泵年耗电量分析

3.4计算流程框图

3.5工程应用

3.6本章小结

第四章二级网调峰集中供热系统运行能耗分析及经济性分析

4.1寿命周期费用

4.1.1寿命周期费用的内容和实际意义

4.1.2LCC分析在工程系统中的应用

4.1.3二级网调峰集中供热系统的寿命周期费用模型

4.2二级网调峰集中供热系统的初投资Ci

4.2.1燃煤锅炉房初投资Cry

4.2.2供热管网初投资Cg

4.2.3换热站初投资Chr及调峰热源初投资Ctf

4.3二级网调峰集中供热系统的运行能耗及年运行费用

4.3.1集中供热系统年耗热量的几种简化计算方法

4.3.2运行能耗计算

4.3.3年运行费用Cr计算

4.4算例及其结果分析

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢