工程概要：

1. 本方案阐述了应用激波升压换热技术对**矿业公司供热系统节能改造的可行性和先进性。本节能改造共涉及原供暖系统：家属区供暖、综合区供暖、井口热风采暖及职工浴室淋浴热水供应等四部分。改造后的系统具有：运行可靠，供暖质量高、主设备免维护，节能降耗等优点。

2. 供热系统经节能改造后：

（1）低温热水采暖的循环热水：由原来的60/42℃提高到80/60℃，热负荷指标由原来的21w/m²提高到40w/m²。

（2）井口热风采暖质量满足采暖要求。

（3）职工洗浴沐浴热水，水温稳定，节约大量冷水。

    3. 改造后的供热系统，节省蒸汽和电力消耗，可实现“无泵自增压” 稳定运行。在供暖期（120天）内所节省的热能和电能，折合标准煤为1203t。

一．供热现状

**矿业公司供热系统主要服务于矿区冬季采暖和职工澡堂洗浴。采暖方式为：低温热水采暖，暖风采暖和洗浴热水供应。

1.1供热区域及热负荷

（1）供暖期热源  由一台20蒸吨锅炉提供蒸汽。按照低温热水采暖：55%，暖风采暖和洗浴热水制备共45%的比例分配。

（2）非供暖期热源  由一台4蒸吨锅炉提供。在满足生产用汽的同时提供职工浴室洗浴热水

（3）锅炉产蒸汽压力为0.9Mpa～1.0Mpa，在进入换热器之前，经减温减压器将蒸汽压力减至0.17Mpa。

（3）采暖区域  家属区：面积约15万平米；生产区、综合楼及办公楼（简称综合区）：面积约4万平米。

（4）低温热水采暖的实际热负荷  低温热水采暖消耗的蒸汽，冬季来自20蒸吨锅炉所产蒸汽量的55%，若锅炉蒸汽产量为18t/h，实际提供的热负荷约5.8MW。

（5）淋浴用热水  淋浴用热水按照《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）热水用水定额为60（L /人）、人员按照1200人计。则最高日用水量：72m³。小时耗热量：0.1745MW

1.2 换热方式及主要设备

低温热水采暖的换热方式为汽--水间接换热，换热设备为罐式换热器。热水循环动力由循环水泵提供。

（1）家属区 四台罐式换热器并接，热水由循环水泵驱动。循环水泵的配置如表1所示。

（2） 出口水温64℃，回水温度42℃，换热器出口水压 0.5Mpa，回水压力0.345Mpa。

表1                 家属区低温热水采暖循环水泵配置

序号	名称	额定功率（kW）	流量 （t/h）	扬程 （m）	数量 （台）	工作制式
1	循环水泵	37	160	50	2	1用1备
2		75	160	50	1	备用

（3）综合区 两台罐式换热器并接，热水由循环水泵驱动。循环水泵的配置如表2所示。

表2                综合区低温热水采暖循环水泵配置

序号	名称	额定功率（kW）	流量 （t/h）	扬程 （m）	数量 （台）	工作制式
1	循环水泵	7.5	34	50	2	1用1备

（4）综合区出口水温68℃，回水温度44℃，换热器出口水压 0.5Mpa，回水压力0.32Mpa。

（5）职工浴室 洗浴热水由蒸汽直接与冷水混合的加热方式制备。淋浴用热水的制备，是将蒸汽引至洗浴室屋顶一台30m³水箱内与冷水混合，靠静压引入浴室热水喷头（120个）。所需蒸汽冬季来自20蒸吨锅炉，非供暖期由4蒸吨锅炉提供。

换热站供暖系统如图1所示。

二．供热系统存在的问题及节能潜力

2.1供热负荷偏低

低温热水采暖面积（家属区15万平米、综合区4万平米）约19万平米，按照《城市热力网设计规范》（CJJ34-2002）所推荐的采暖热值标（60～67W/m²）计算，应有热负荷：11.4～12.73MW。但实际热负荷只有5.8MW。据此计算出的采暖指标为30.5W/m²，少于推荐值近一半。由于换热系统热效率较低，实际能达到的热指标也只有70%，即21W/m²。供暖指标的降低，对供暖质量影响很大。造成供暖质量差的主要原因是受换热器工作状态的限制，实际循环热水量不足160t/h。

2.2 蒸汽热力资源的损耗

锅炉产出的蒸汽，压力可达0.9～1MPa，温度约312℃。由于受罐式换热器耐温及耐压的限制，蒸汽在进入罐式换热器之前，不得不经减压降温设备处理，使进入换热器的蒸汽压力降低为0.17Mpa，温度降低到130℃以下，从而造成蒸汽热力的损失，导致供热能力下降，使井口暖风采暖质量恶化。

2.3 换热器热效率低造成蒸汽耗量大

罐式换热器属于传统的汽--水间接换热设备，其设计热效率虽然可达90％，但在使用过程中，受水垢、密封件老化及泄漏等因素的影响，实际热效率非但达不到设计值，而且还逐步下降，一般运行中的此类换热器的热效率只有60％～70％。

（1）低温热水采暖实际蒸汽量约为10t/h。因换热器热效率低（按照70％估计）蒸汽损耗为3t/h，一个供暖期（按120天计）的蒸汽损耗可达8640t，折合成标准煤为：1115t。

（2）原系统将换热器的疏水送至补水箱中作为补水使用，据客户提供的数据，系统的失水量为8t/h，疏水量为10 t/h，即每小时有2t疏水被放入地沟，温度较高的疏水流失造成供热系统部分热量损失。一个供暖期因疏水浪费的热量折合成标准煤为743t。

2.4 电能消耗

家属区低温热水循环需一台37水泵持续运行，一个供暖期（按120天计）消耗

电力约为85248（kWh）,电价按0.46元/ kWh，则一个供暖期循环水泵电费消耗为3.9万元。 折合成标准煤为34.4t。

综合区供暖需一台7.5kW循环水泵持续运行，同上算法，一个供暖期需电费为0.8万元，折合标准煤7t。

2.4 职工洗浴室淋浴热水

（1）热水箱的温度不能自动控制，水温变化较大，因淋浴热水温度不易调节，一方面造成蒸汽的浪费，另一方面因热水温度波动较大，造成冷水的浪费。

（2）蒸汽与冷水直接混合加热，噪声较大。

2.5 维护费用高

由于结垢、密封件老化，要保持换热器的热效率须定期进行维修。更换换热单元的施工烦琐，费用较高。按照维修费用占设备造价8%计算，每年的维修费用至少在3万元以上。

综上所述，原供热系统中，在低温热水采暖、职工浴室淋浴热水供应方面存在着较大的节能降耗潜力。

三．供热节能技术――汽液两相流激波升压换热装置简介

汽液两相流激波升压换热装置（简称：激波升压换热装置）是以蒸汽为热源和动力源，在提供热水的同时提供扬程的新型供热装置。

3.1 激波升压换热器基本原理

运用流体力学、传热学及汽液两相流理论，以蒸汽经过喷嘴膨胀后形成的超音速气流为动力，在变截面混合腔中与低压水流直接混合形成凝结激波，凝结激波释放的能量转化为机械能，在混合腔出口形成超过进口蒸汽压力的高温载压热水。

3.2 激波升压换热供热装置的技术特点

（1）适用于以蒸汽作为热源（蒸汽压力≥0.2MPa）的供热系统；

（2）出口水压：可高于蒸汽压力1.5～3倍，且经设定后不随蒸汽压力和冷水压力的波动而变化，从而可实现供热系统的“无泵自增压” 稳定运行。

（3）噪音：＜50dB；

（4）激波升压换热器占地面积：＜2m²  ；

（5）供热水流量：可满足各类供热系统的要求。

3.3 经济效益

与传统各类间接式汽水换热器相比：

（1）换热效率高：汽水直接混合，换热效率接近100％。

（2）节电：换热与升压同时实现，节电率可达到90%以上；

（3）可靠性高：无电气、机械转动机构及运转部件，可实现免维护运行；

（4）使用寿命长：器件耐腐蚀，内部不结垢，免维修使用寿命大于10年；

（5）体积小，布置灵活，改造工程简便。

四．供热系统节能改造方案

采用激波升压换热技术对澄合矿业公司供热系统进行节能改造，分为供暖改造和供热水改造两项。供暖改造的内容为：

（1）家属区低温热水供暖；

（2）综合区低温热水供暖；

（3）井口风机盘管暖风采暖。

4.1家属区供暖节能改造

4.1.1改造方案

改造方案示意图见图3。

4.1.2 方案说明

（1）采用激波升压换热器（JBC型l两台），利用换热站已有的蒸汽母管及回水管就地组成换热装置，占地面积不超过2m²。

（2）根据户外温度的变化，供暖系统设备运行有三种方式：

① 1#激波升压换热装置（JBC1）+循环泵运行模式

② 2#激波升压换热装置（JBC2）+循环泵运行模式

③ 1#激波升压换热装置（JBC1）+2#激波升压换热装置（JBC2）运行模式

（3） 变频柜主要功能

变频控制单元实时监测系统出口压力、出口流量及室外温度变化，选择不同运行工况。在变频控制下的循环水泵，输出功率小、效率高。

（4）仪表箱主要功能

仪表箱装有四块控制器，分别是户外温度显示，出口水温显示，回水温度显示。箱内智能控制器 ，对采样参数分析、计算，显示系统最佳调节温度，引导工作人员科学合理操作，故障报警后，相应指示灯亮，提醒工作人员。如出口水温高于或低于设定值，报警后，故障指示灯闪烁、蜂鸣器响。

（5）水位监测主要功能

 对软化水箱水位进行实时监测，在线显示，水位偏高、偏低进行报警提示，报警指示灯闪烁、蜂鸣器响。

（6）系统补水

手动打开出口总阀，回水总阀，保证软化水箱给水正常，打开补水泵球阀（FBQ1、FBQ2），启动补水泵。补水完成，停止补水泵，关闭补水泵球阀（FBQ1、FBQ2）。

（7）保留原系统换热设备及供水管网作为备用，进一步增强供暖系统的可靠性。

4.2 综合区供暖节能改造

4.3 井口暖风采暖改造

在对蒸汽输送管路检修，保证蒸汽干管及疏水管路畅通且无泄露的基础上，利用对家属区及综合区供暖系统节能改造所节省的蒸汽，满足井口热风采暖的热负荷需求，彻底改善热风采暖质量。

4.4 职工浴室淋浴热水供应节能改造

4.4.1 改造方案

改造方案示意图见图5。

4.4.2供热水系统改造方案的说明

（1）采用激波升压换热器（KJS）利用已有的蒸汽母管及冷水管组成无泵自增压供热水装置。

（2）热水采用水箱制备方式。

（3）水箱设供、回水管道，组成双管供热水系统。

（4）建立水位、水温信号监测环节，在水温低于设定值时通过循环加热保持水温；

（5）保留原换热设备及供水管网作为备用，进一步增强供水可靠性。

（6）控制柜以相应指示灯闪亮和蜂鸣器提供系统的报警信号。

五．采用激波升压换热技术进行节能改造的可行性及效益分析

5.1 可行性分析

对于既有的汽--水间接换热系统，采用激波升压换热装置进行节能改造优点是：

（1）在不影响原系统工作的情况下，即可实施改造；

（2）可利用原换热站部分管道和控制及辅助设备，投资少、见效快；

（3）节能改造后，原换热设备可作为备用，进一步增加供热系统的可靠性。

激波升压换热技术运用于供暖、供热水系统，具有技术先进、节能效果显著、可靠性高、使用寿命长等优点。

5.2 经济效益分析

采用激波升压换热技术对澄合矿业公司供热系统节能改造，经济效益体现在以下几方面：

1．节省蒸汽

（1）供暖部分可在提高采暖质量的情况下节省蒸汽25％，即在一个供暖期节约蒸汽5700t，折合标准煤807t。

（2）职工淋浴热水的制备，每日可节省蒸汽2t，一年可节省标准煤94t 。

（3）通过减少疏水（原系统2t/h疏水被放入地沟）损失，节约标准煤149t。

2．节电

改造后的供热系统节电情况如下：

（1）低温热水供暖部分可实现“无泵自增压运行”，无需循环水泵提供扬程，节电率达到90％；即可节省电费4.2万元。

（2）由于改造后系统无需频繁补水，补水泵的电能消耗将大大降低。

3．提高供热质量节约用水

（1）供暖系统经节能改造后，水温按照95/70℃设计，循环水量可达250t/h，实际运行的热水温度可达80/60℃。热负荷由原系统的21w/m²提高到40w/m²。

（2）生活热水经节能改造后，能使淋浴热水温度始终维持在55℃，在减少蒸汽消耗、降低噪音污染的同时，节约用水，提高了洗浴质量。

（3）井口风机盘管热风采暖经系统节能改造后，可满足热风采暖要求。

4．节省维护费用

（1）改造后的核心部分——激波升压换热器启动后无需循环水泵驱动，也无机械传动部件，可做到十年免维护运行，可靠性高；

（2）激波升压换热器内腔由不锈钢材料制成，超音速两相流在内腔的混合和流动使水垢不能生成，因此在使用中无需定期除垢。

六．投资回报

综上所述，采用激波升压换热技术对供热系统进行节能改造，一个供暖期内所取得的综合经济效益见表3。

      表3                     节能改造年综合节能一览表

激波升压换热装置可免维护使用十年以上，累计为用户节省11640吨标准煤以及66万元的经济效益。