集中供热系统中应用湍流减阻剂的节能减排综合性能评价

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.09.006

综合智慧能源 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (9): 40-50.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.09.006

集中供热系统中应用湍流减阻剂的节能减排综合性能评价

王开亭¹(), 李小斌¹^,^*(), 张红娜¹(), 刘糁²(), 曲凯阳³^,^*(), 李凤臣¹^,^*()

1.天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室,天津 300350
2.北京京能恒星能源科技有限公司,北京 100073
3.中国建筑科学研究院有限公司,北京 100013

收稿日期:2022-07-20 修回日期:2022-09-05 出版日期:2022-09-25
通讯作者: 李凤臣（1971）,男,教授,博士生导师,工学博士,从事复杂流动与传热、先进核能利用技术等方面的研究, lifch@tju.edu.cn。
曲凯阳（1972）,男,高级工程师,工学博士,从事建筑节能运行管理及区域能源等方面的研究, 1169095926@qq.com;
* 李小斌（1984）,男,副教授,博士生导师,工学博士,从事湍流减阻、微流控、沸腾换热、核反应堆热工水力及安全分析等方面的研究, lixiaobin@tju.edu.cn;
作者简介:王开亭（2003）,男,在读硕士研究生,从事湍流减阻的研究, wangkt98@tju.edu.cn;
张红娜（1987）,女,副教授,博士生导师,工学博士,从事湍流减阻、弹性湍流、气液两相流、核反应堆热工水力及安全分析等方面的研究, hongna@tju.edu.cn;
刘糁（1993）,男,助理工程师,从事集中供热、集中供冷等方面研究, 13512099310@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51976238);国家自然科学基金项目(52176160)

Comprehensive evaluation for energy saving and emission reduction performance of turbulent drag reducing agent in heating systems

WANG Kaiting¹(), LI Xiaobin¹^,^*(), ZHANG Hongna¹(), LIU Shen²(), QU Kaiyang³^,^*(), LI Fengchen¹^,^*()

1. The Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy,Tianjin University, Tianjin 300350,China
2. Beijing Jingneng Hengxing Energy Technology Company Limited,Beijing 100073,China
3. China Academy of Building Research,Beijing 100013,China

Received:2022-07-20 Revised:2022-09-05 Published:2022-09-25

摘要/Abstract

摘要：

对热电联产供热、太阳能供热、风能供热等不同供热系统的发展以及技术应用现状进行了回顾,以不同集中供热系统为例,对假想在系统中添加湍流减阻剂后的节能减排效果进行了评价,并筛选出适用于不同供热系统的湍流减阻剂。结果表明,假想添加合适的湍流减阻剂后,1个供热面积为100万m²、供暖季长150 d的供热系统可减少经济损失约29.4万元,节省标准煤587.2 t,减少二氧化碳排放1 409.8 t;若在全国集中供热系统中普及添加减阻剂,1个供热季可节省标准煤5.7 Mt,减少经济损失约28.8亿元,减少二氧化碳排放约14 Mt。这些数据表明集中供热系统中湍流减阻剂的应用能够产生显著节能减排效果和巨大经济效益。

关键词: 集中供热系统, 热电联产, 太阳能供热, 风能供热, 工业余热供热, 湍流减阻剂, 节能减排, 碳排放, 清洁能源

Abstract:

The development and technologies of cogeneration heating,solar heating,wind power heating and other heating systems are reviewed. According to the estimation on the energy-saving and emission-reduction effect of turbulent drag reducing agent added in centralized heating systems,the heating systems that are suitable for dosing turbulent drag reducing agent are screened. The results show that adding turbulent drag reducing agent can save about 294 000 yuan, cut 587.2 t standard coal and reduce 1 409.8 t CO₂ emission for a heating system heating with a 1 million m² area in a 150 d heating season. If drag reducing agent can be applied to heating systems national-widely,5.7 million tons of standard coal, 2.88 billion yuan and 14 Mt CO₂ emission can be reduced in a single heating season. The data have proved the significant energy saving and emission reduction effect, as well as the economy of dosing drag reducing agent in centralized heating systems.

Key words: centralized heating system, cogeneration, solar heating, wind power heating, heating by industrial waste heat, turbulent drag reducing agent, energy saving and emission reduction, carbon emissions, clean energy

中图分类号:

TK01

王开亭, 李小斌, 张红娜, 刘糁, 曲凯阳, 李凤臣. 集中供热系统中应用湍流减阻剂的节能减排综合性能评价[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(9): 40-50.

WANG Kaiting, LI Xiaobin, ZHANG Hongna, LIU Shen, QU Kaiyang, LI Fengchen. Comprehensive evaluation for energy saving and emission reduction performance of turbulent drag reducing agent in heating systems[J]. Integrated Intelligent Energy, 2022, 44(9): 40-50.

图/表 18

图1

图2

表1

图3

表2

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表4

图4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

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表12

表13

表14

参考文献 56

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减阻剂	减阻剂质量浓度/(g·L^-1)	稳定剂	稳定剂质量浓度/（g·L^-1）	适用温度范围/℃
十六烷基三甲基氯化铵	2.0	水杨酸钠	2.0	30~60^[19-20]
十八烷基三甲基氯化铵	2.0	水杨酸钠	2.0	30~90^[19-20]
二十二烷基三甲基氯化铵	2.0	水杨酸钠	2.0	60~110^[19-20]
十八烷基二甲基氧化胺	0.9	—	—	40~70^[21]
SPE98330	1.5	—	—	55~70^[22]
十八烷基甜菜碱	0.1	—	—	70~100^[23]
十六烷基甜菜碱	0.2	—	—	30~90^[23]

锅炉	水泵/台	循环泵型号	额定功率/kW	额定流量/（m³·h^-1）	额定扬程/m	额定转速/（r·min^-1）	是否变频泵	频率/Hz
^#1	1	LF60157-158269	75	393	54	1 485	是	50
^#2	1	LF60157-158270	75	393	54	1 485	是	50
^#3	1	LF60157-158271	75	393	54	1 485	是	50
^#4	2	LF60157-158269	45	258	48	1 475	是	45

入口编号	平均流量	设计流量
^#10,^#11	38.1	147.9
^#12,^#13	76.9	148.5
^#14,^#15,^#17	25.4	148.5
^#16	16.2	148.5
^#18	24.3	121.9
^#19	14.0	31.1
^#20	22.0	30.6
^#21	14.6	16.7
^#22	20.2	40.2
^#23,^#24	21.2	36.2
^#25	24.9	55.9
^#26	12.3	65.1
^#27	15.9	15.2
^#28	16.2	16.7
^#29	22.7	21.4
^#30	27.5	32.9
^#31	28.2	35.4
^#32	19.7	30.2
^#33	14.7	34.3
^#34	20.1	40.1
^#35—^#37	41.8	66.0
^#38	6.7	56.0
^#39	12.3	65.1

锅炉	水泵/台	每台实际流量/（m³·h^-1）	实际扬程/m	效率/%	实际功率/kW
^#1	1	181	48	72	32.9
^#2	1	181	48	72	32.9
^#3	1	181	48	72	32.9
^#4	2	134	42	65	23.6

锅炉	水泵/台	每台实际流量/（m³·h^-1）	扬程/m	效率/%	实际功率/kW
^#1	1	181	28	62	22.3
^#2	1	181	28	62	22.3
^#3	1	181	28	62	22.3
^#4	2	134	23	64	13.1

集中供热系统中应用湍流减阻剂的节能减排综合性能评价

Comprehensive evaluation for energy saving and emission reduction performance of turbulent drag reducing agent in heating systems

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锅炉	水泵/台	每台实际流量/（m³·h^-1）	实际扬程/m	效率/%	实际功率/kW
^#1	1	192	24	71	17.7
^#2	1	192	24	71	17.7
^#3	1	192	24	71	17.7
^#4	2	141	21	73	11.1

污染物	排污系数/（kg·t^-1）	节能量/t	减排量/kg
烟尘	1.7	33.4	56.8
二氧化硫	5.2	33.4	173.7
二氧化碳	2 401.0	33.4	80 193.4
一氧化碳	0.8	33.4	26.7
氮氧化物	0.1	33.4	3.3
碳氢化物	8.5	33.4	283.9

楼栋	建筑面积/m³	热负荷/kW
^#1行政楼	3 744.8	193.2
^#3-1,^#3-2,^#3-3专业教学楼	18 043.3	941.9
^#6-1,^#6-2,^#6-3专业教学楼	17 112.4	893.3
^#9专业教学楼、^#10报告厅	5 382.4	281.0
^#11图文信息中心	10 462.4	539.9
^#12报告厅、^#13公共教学楼	5 041.3	263.2
^#15工程机械与汽车专业实训楼	13 728.4	708.4
^#18-1食堂	8 060.2	420.7
^#1设备房	1 320.6	64.1
^#22-1,^#22-2,^#22-3男生宿舍	11 003.6	442.3
^#23-1,^#23-2,^#23-3女生宿舍	11 003.6	442.3
^#26教师周转房	3 099.0	150.3
^#27教师周转房	3 099.0	150.3
^#28教师周转房	4 611.0	223.6
^#29教师周转房	2 986.3	144.8
合计	118 698.3	5 859.3

污染物	排污系数/（kg·t^-1）	节能量/t	减排量/kg
烟尘	1.7	56.8	96.6
二氧化硫	5.2	56.8	295.4
二氧化碳	2 401.0	56.8	136 376.8
一氧化碳	0.8	56.8	45.4
氮氧化物	0.1	56.8	5.7
碳氢化物	8.5	56.8	482.8

设备名称	技术参数	设备台数/台
水源热泵	制热量：1 438 kW 输入功率：281 kW	1
一级板式换热器	换热面积：125.86 m²	1
二级板式换热器	换热面积：63.86 m²	2
用户侧循环水泵	流量：400 m³/h 扬程：32 m 功率：55 kW	2
中间循环水泵	流量：300 m³/h 扬程：20 m 功率：22 kW	2
热源侧回灌加压泵	流量：95 m³/h 扬程：113 m 功率：55 kW	2
热源侧潜水泵	流量：90 m³/h 扬程：198 m 功率：90 kW	1

污染物	排污系数/（kg·t^-1）	节能量/t	减排量/kg
烟尘	1.7	34.1	58.0
二氧化硫	5.2	34.1	177.3
二氧化碳	2 401.0	34.1	81 874.1
一氧化碳	0.8	34.1	27.3
氮氧化物	0.1	34.1	3.4
碳氢化物	8.5	34.1	289.9

污染物	排污系数/（kg·t^-1）	节能量/t	减排量/kg
烟尘	1.7	447.8	761.3
二氧化硫	5.2	447.8	2 328.6
二氧化碳	2 401.0	447.8	1 075 167.8
一氧化碳	0.8	447.8	358.2
氮氧化物	0.1	447.8	44.8
碳氢化物	8.5	447.8	3 806.3

污染物	排污系数/（kg·t^-1）	节能量/t	减排量/kg
烟尘	1.7	483.4	821.8
二氧化硫	5.2	483.4	2 513.7
二氧化碳	2 401.0	483.4	1 160 643.4
一氧化碳	0.8	483.4	386.7
氮氧化物	0.1	483.4	48.3
碳氢化物	8.5	483.4	4 108.9

供热系统	减少经济损失/万元	节能量/t	减少二氧化碳排放量/t
热电联产	8.3	166.8	400.5
太阳能	23.7	473.1	1 135.9
地热能	68.2	1 364.9	3 277.1
风能	22.4	447.8	1 075.2
工业余热	24.2	483.4	1 160.6
平均	29.4	587.2	1 409.9

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