侯沫宇
身份证号：11010819830402****
摘要：
2016年北京发布了燃气锅炉的NOx排放放量制定了低于30mg/m3的新标准，市内燃气锅炉房开展全面低氮改造。由于改造后锅炉房系统发生变化，运行参数初始值均是根据计算负荷进行设计，与实际运行工况有差，不仅造成大量的能源浪费，用户的热舒适性也得不到保障。
本文以北京市海淀区某锅炉房为研究对象，对低氮锅炉房改造后调试过程进行研究。针对该锅炉房改造后，低氮锅炉运行初期不节能的情况，制定了多种调试方案，包括对设计、施工以及调试等各相关方面进行分析对比，以及从采暖效果、运行成本、系统稳定性进行评价。
本文通过对比改造后低氮锅炉与改造前锅炉燃气日耗值进行对比，发现在末端用户室温达标的前提下，调试后燃气日耗值下降约6.7%。因此可以得出，调试后低氮锅炉已兼具供暖质量与节能两方面，这表明低氮锅炉的调试方案可行，调试成功。本文作为实际工程应用的总结，分析了该系统与常规采暖系统的区别及特点，就调试过程中出现的问题进行原因分析，调试方案与节能措施，为类似建筑区域供暖提供了参考。
关键词：低氮锅炉、供热管网、系统调试、经济性
前言
随着经济的快速发展，我国能源消费不断提升，而建筑能耗占全国能源消费比重逐年上升。根据最新发布的《中国建筑能耗研究报告(2019)》，2017年建筑能耗9.47亿tce，占全国能源消费比重21.11%，而2016年建筑能耗8.99亿tce，占全国能源消费比重20.6%。但是北方供暖能耗却下降31.88千万tce,占比由25%下降至23%。为了响应国家建筑能耗总量控制政策，北京市在2003年开展减煤后，2016年开展了燃气锅炉低氮改造，燃气锅炉的NOx排放放量制定了低于30mg/m3的标准。建筑能耗研究报告表明，北方采暖的15个省份中，北京采暖碳排放系数2016年、2017年均为各省中最低，1.9kgCO2/kgce,也是唯一低于2.0kgCO2/kgce的省份。
本文研究对象为北京市海淀区某锅炉房，在2016年通过更换燃烧机完成低氮改造后，天然气锅炉NOx排放在50~70mg/m3左右，同时为了节约能源，还加装了烟气回收装置。由于之前仅更换了燃烧机，锅炉未进行更换，虽然增加了烟气回收装置但是节能效果不明显，在2019年再次对本锅炉房进行节能改造。节能改造后，锅炉房由3台锅炉更换为4台低氮锅炉，新的燃烧机与原来的锅炉、新的热源供热能力和老旧的供热管网之间以及供暖能耗之间存在着各种矛盾，对于低氮改造后锅炉房节能减排的目标并不一致。本文从多方面对锅炉房运行进项调试，对过程中出现的问题进行原因分析，并提出解决办法，为类似工程提供参考。
1.工程概况
本工程为2019年锅炉房节能改造工程，锅炉房供暖面积90109.84平方米，其中居民面积占比70%，公建面积占比30%，如图1所示。
图1 室外管网平面图
研究者通过实地调查，对供暖建筑类型进行了分析研究，详见表1。多层楼房为板式楼房，未进行过节能改造，而供热外管线实施的更新改造时间为2002年，为地沟内敷设，保温为岩棉。室内管道从建成后未进行改造。室外管线为异程式连接，室内管线为上供下回异程式连接。系统原始设计为铸铁散热器，部分住户更换为钢制散热器或者铜铝复合散热器，极个别住户更换为地板采暖。所有房屋均未进行节能改造工作。因此建筑采暖负荷较高，使得供暖能耗增加。
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此次锅炉房改造涉及整个供暖锅炉房布局、设备调整。系统重新进行设计后，根据供暖参数更换为4台uni condens 6000 F1200，配备烟气再循环低氮燃烧机、变频水泵、换热器等，供回水设计温度 55/38 ℃。图2为锅炉房内设备布置情况。
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2.系统特点
①供回水温度低，供回水一次设计温度只有 55/38 ℃，二次供回水设计温度只有50/35℃。
②系统流量大，管路系统管道规格大，由于供回水温差小，本工程的 15 度温差相对于常规工程的 25 度温差，输送同负荷的热量系统流量就要增加 1.67 倍。
③散热器的散热量要求大，由于供回水温度低，△t 相对于通常采暖系统小很多，该工况下的散热量只有标准工况下的 1/3。
④各末端用户距离热源站的距离差距大，容易水平失调。
3.调试中出现的问题
1）散热器不热。调试过程中存在整个户内散热器都不热或部分散热器不热现象，整个户内散热器不热的情况集中存在于某一段支路上或单独存在于某一点，部分散热器不热主要表现为户内系统的近端热远端不热，上层热下层不热。
2）散热器局部不热。散热器局部不热是为同一组散热器有的部位热有的部位不热，主要表现为散热器上部热，下半部不热。
3）房间温度达不到设计指标。在调试运行过程中，对房间温度进行监测存在某些房间温度偏低，房间设计温度为 18 ℃，多数户内温度均能达标甚至都高出设计温度，也存在少数户内温度均低于设计温度或局部房间温度低于设计温度的情况。
4）运行噪音大。在系统运行时户内采暖系统不停地发出噪音，噪音有的是从管道发出，有的是从散热器内部发出。
1.原因分析及应对措施
采暖系统的运行是动态的，系统的平衡受各方面因素影响。采暖系统调试过程中出现上述问题的原因是多方面的，为了最终各用户的采暖参数、系统的运行参数都能达到设计指标，调试获得圆满结果，需要在系统的整改施工环节进行全过程全方位管控，并根据现场条件变化及时进行设计变更，下面就本项目影响调试效果的原因进行分析并提出相应的应对措施。下述所列的每个问题出现都会引起系统的失衡，导致运行出现问题。
3.1 设计原因
3.1.1 负荷计算及指标选取偏差
设计阶段在考虑建筑外围护结构传热系数时，选用不当，供热负荷未得到修正。建筑物通过围护结构的传热耗热量为建筑物供热设计热负荷，由于本锅炉房供暖范围建筑年代久远，未进行节能改造，为了保证供暖质量达标，导致热源提供到末端散热器的热量大于设计的热负荷。
3.1.2 管径选用偏小
本项目采用干管、支干管、支管、户内系统形式，支干管（支管）管径是根据所承担区域的总负荷来确定，由于本项目是老旧小区改造，原始管道为搭配燃煤锅炉直供系统设计，在常年管理过程中也存在供暖面积增加的情况，从而造成某一支管的管径偏小，导致该支路室内供暖温度普遍偏低或部分不达标。
3.1.3 阀部件设置不合理
供暖系统在下述部位需设置相应的阀部件：各支管的分支处需设置控制和调节阀门，以便于调节支管的流量和压力；循环泵入口、户内入口处需设置过滤器，以过滤系统内的杂物，避免造成堵塞；系统的高点或局部返弯的高处需设置排气阀，以排除系统内积气，避免造成气阻塞及循环不畅。
3.1.4 设计方面的应对措施
为了避免上述情况对系统的影响，需在设计交底时就各项参数的计算方法、影响因素、换算办法进行交底，在施工前技术人员根据现场实际情况进行核算，确保采用的指标达到设计参数；对阀部件设置位置进行核实，对位置不合理及需要增设阀部件的反馈给设计单位进行变更。
3.2 施工原因
3.2.1 施工时增加管件
施工时往往会因为现场存在障碍物及标高问题，管道需要局部增加弯头以绕弯障碍物，由于弯头的增加从而增加管路的局部阻力，容易导致管路水力失调。
3.2.2 管道开口不规范
管道分支开口处宜采用成品三通管件或按标准的施工工艺现场在主管道上开口焊接，现场开口的三通要求支管端口不得突出主管道内壁，并且接口光滑无毛刺。施工过程中存在支管伸入主管道内过长，从而造成局部阻力增加，导致管路水力失调。
3.2.3 管道坡度不当
采暖系统管道设置坡度是为了有利于排除系统内的积气及水流循环顺畅，设计图纸中都给定了管道的坡度和坡向。由于施工原因会存在管道坡度达不到设计标准甚至存在倒坡现象，会造成不热、噪音大的结果。
3.2.4 管道堵塞
施工过程中焊渣、切割的碎末、锈渣等杂物都容易在管内存留，以及外部杂物甚至施工工具、手套等也会遗留在管道内。管道封闭前对管道内没有清理，管道施工完毕后没有按规范要求进行冲洗，以及循环时局部油漆脱落，这些都是造成管道阻塞的原因。
3.2.5 施工质量控制
施工质量的好坏最容易影响调试效果，施工时必须严格按照图纸和施工规范施工。施工过程中要对各个环节进行控制，包括原材料的质量、施工工艺、工序控制、各项试验、成品保护以及对关键节点进行旁站施工，对与设计图纸不符的要及时反馈给设计单位进行核算，在施工过程中将上述问题隐患消除。
3.3 运行调节原因
3.3.1 阀门开度不合理
阀门开度大小决定管道内水流量以及压力平衡，系统水力平衡调节是需将各个阀门调整到合适的开度，而调试过程中会存在阀门没有打开或开度不合理的情况，主要是外网支管阀门、入户阀门及散热器前阀门的调节状态。
3.3.2 系统内积气
系统内管道中的水中存在空气，这些空气不能及时排出，由小分子的气泡逐渐聚集形成气团。气体溶解于水中，随水在管道中循环运动并随着管道中水的温度及压力的变化，如图3.1,所示，一部分溶解于水中的气体析出形成游离的气泡，这些气泡会在管道的高点或流速慢的地方聚集形成气团。这些析出的气泡也会随着压力的减小，逐渐变大，如图3.2所示，减小了管道流通的横截面积甚至堵塞管道水的流通，影响供热水的循环，造成热量无法传送。
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3.3.3 系统失水
系统失水除浪费水资源增加运行成本外，还会影响供暖系统的稳定性造成水力失调，使系统存在安全隐患，对系统的工况稳定极为不利。系统失水除正常的泄露外，主要原因为末端用户的人为放水，本项目在每户的末端都安装了泄水阀，用户在调试过程中粗暴地通过放水使户内变热或利用系统内热水作为他用，给系统的调节和正常运行造成极大隐患。
3.3.4 循环泵运行参数设置不合理
本项目循环泵根据流量变化进行变频运行，但由于设定循环泵的开启数量及频率的不合理，会导致系统运行流量和压力达不到设计要求，从而造成水力失调。
3.3.5 用户参数设定变化
系统调试时是按照设计的参数进行调节，室内温度按照 18 ℃为达标温度，在调试时室内温度达到设计温度即视为调试合格，但是在调试及运行过程中，用户会擅自调整房间内的阀门开度，从而打破系统平衡影响系统的调试。
3.3.6 气候变化
气候变化对系统的影响表现在两个方面，一是用户端热负荷变化，二是热源端供热能力的变化。因而在气温变化时需及时调整机组的运行参数。
3.3.7 运行调节应对措施
采暖系统的运行是动态的，系统的平衡受各方面因素影响，上述所列的每个原因的出现都会导致系统的失衡。在运行调节时首先要加强对人的管理，减少人为的干扰；二是根据实际需求和环境状态设定合适的运行参数；三是要加强排查和巡查，使各个阀部件保持在正常的工作状态。在此基础上才能将系统调整到理想的工况。四是运行过程中造成系统积气的主要原因是系统没有及时排气，原因为自动排气阀前端阀门没打开、排气阀的排气孔被异物堵塞，手动排气阀没有及时排气。
4、调试方法
4.1 调试前准备
供暖系统调试是在所有安装工作完成、系统试压和冲洗合格、设备试运转及调试合格后进行，调试前的准备工作包括管路检查、阀部件检查、系统注水等。管路检查内容：管道规格、位置、标高、坡度、坡向是否符合设计要求；检查阀门规格型号，将各支路上的阀门都处于开启状态；检查支吊架的规格、位置、间距、牢固程度等以确定管道是否处于安全状态；系统注水时注意将系统内积气排净，检查各排气阀能否正常工作。
4.2 系统初调节
供暖系统初调节的目的是将系统实际工况水压图调整到设计工况水压图，使供暖建筑物内所有散热器的热量分配到设计值，以保证各个房间都达到供暖设计室温。使系统达到设计状态，是系统运行前必不可少的环节。供暖系统初调节即流量调节，是通过管路上的阀门对各支路的流量进行合理调节，消除系统运行工况失调问题，并将各热用户的运行流量调整到热负荷需求的流量。初调节的方法包括阻力系数法、预定计划法、流量逼近法、比例法、补偿费、计算机法、模拟分析法、模拟阻力法、温度调节法、自力式调节法及简易快速法等，本项目调试综合采用了预定计划法、自力式调节法、温度调节法及流量逼近法。
1）预定计划法。根据各支路热负荷计算流量从而确定阀门开度，调试时将各个阀门调整到计划开度，从而使系统达到初步平衡。
2）自力式平衡法。依靠自力式调节阀自动进行流量调节，本项目在外网近热源端支管上设置自力式平衡阀，起到自动调节作用。
3）温度调节法。通过对各热用户流量的调节使之供回水达到一致，从而实现各热用户室内温度彼此均匀的目的。本项目每户的入口都安装了关断及调节阀门，通过对调节阀的细微调节以实现平衡。
4）流量逼近法。通过逐步调节阀门开度使各支路流量到达理想流量，调试前绘制测试简图，采用超声流量计测量各点的流量，所测得数据作为原始数据；分析原始数据并按照流量偏差大小排序编号；按照编号逐一调节使流量达到合理流量；重复上述步骤直至达到设计要求。
4.3 系统运行调节
供暖系统运行调节的目的在于供暖用户散热器的散热量与用户热负荷的变化规律相适应，从而达到热量供需平衡，以保证室内温度满足设计要求。随着室外气象参数的变化，按照热负荷随室外温度的变化规律，热源的供热量进行相应的调节，使散热器的散热量与热负荷的变化规律相适应。运行调节方法有质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节及间歇调节，本项目采用质调节，主要调整热泵机组的开启数量及供回水温度，以到达满足用户需求及经济运行的效果。
结论：
通过对该锅炉房集中供暖系统实际调试过程中出现的问题进行原因分析，找出应对措施及调试办法，为与本系统特性类似的采暖系统调试提供参考。由于供暖系统的复杂性，供暖系统调试是多种方法综合运用的过程，调试技术还需进一步完善和提高，以达到理想的采暖效果及低成本稳定运行的目的。同时锅炉房燃气耗用量作为供暖能耗的一项重要指标，在对锅炉完成调试后，本文对改造前与改造后的12月份与1月份燃气日耗量进行了对比，如图4所示。由图可知，改造后能耗平稳，且有明显下降，下降比例约6.7%。这说明调试后的锅炉系统真正做到了低氮与节能。
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