HESCS 的优化策略
锅炉供暖系统一般由热源、管网和终端用户三个部分组成。其中，热源是供热部分，管网是热传递部分，终端用户是取热部分。在系统运行过程中，三者的关系是动态变化的，因此，根据三者的动态关系，建立供热、热传递和取热的合理供求关系决定了供暖系统的运行效率和能源消耗。 HESCS 的优化策略，可以分为两个步骤，第一步，建立锅炉供暖系统的动态热平衡，即根据能量守衡理论，通过对热源、管网以及不同终端热用户的热计量，掌握整个供暖系统的热能流动状态与消耗状态；第二步，在热平衡的基础上，针对热源、管网和热用户建立相应的优化控制策略，简单地概括就是：最佳效率的供热、最为合理的热能分配、最节约的用户取热，即 HESCS 要解决以下三个问题 ：
针对热源，解决如何优化供热效率的问题 ；
针对管网，解决如何合理分配热能的问题 ；
针对终端用户，解决如何监控用户取热的问题 。
管网的水力平衡技术
管网是供暖系统的热传递部分，供暖用的热水经过管网将热量输送到不同的热用户。由于热用户与热源的距离因地理位置不同有近有远，而且热用户的需求因其性质的差异也有不同，因此在供暖系统的实际运行过程中需要管网热水流量进行分路调节 。 在供暖系统中各热用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。 水力失调现象导致用户冷热不均匀，使供暖系统不仅达不到舒适度要求，而且造成热能的极大浪费。水力平衡技术 如下图所示，图中为典型的垂直双管、水平双管并联分户设环供热系统。在垂直立管回水管上设压差调节器 PV1 ，当其它立管的管道特性发生变化时，由于压差调节器 PV1 的调节作用，垂直立管供回水关键点 A 、 B 的压差保持不变；在水平管回水管上设压差调节器 PV2 ，当其它不同楼层水平管管道特性发生变化时，由于压差调节器的调节作用，水平支管供回水关键点 C 、 D 的压差保持不变。这时当该环路某一散热器所在房间负荷变化引起流量变化时，由于压差调节器的调节作用，关键点 C 、 D 的压差不变，这样该环路其余散热器的流量并不会随之变化 。
水力平衡技术
热用户的监控技术
热用户是供暖系统中的最后一个环节。热用户用能是否合理，也是考量一个供暖系统是否节能的重要因素。因此，建立热用户的用能监控机制，对一个成熟的供暖系统而言是必不可少的。对热用户的监控可以分为以下两种情况：不同类型的热用户；同类型不同特征的热用户 。 热用户是供暖系统中的最后一个环节。热用户用能是否合理，也是考量一个供暖系统是否节能的重要因素。因此，建立热用户的用能监控机制，对一个成熟的供暖系统而言是必不可少的。对热用户的监控可以分为以下两种情况：不同类型的热用户；同类型不同特征的热用户 。 温度场监测技术 ： 热用户的室内温度是否达到供暖要求？在天气变化的情况下，热用户是否存在过度用热的现象？水力管网是否平衡？热用户的投诉原因究竟何在？如果没有对热用户的温度监测，恐怕是无法回答这些影响系统节能的关键问题的。 HESCS 的温度场监测技术很好的解决了这些问题，通过对热用户水力管网的关键点，如近端、中端和远端关键点的密集探测，并将这些温度数据与供暖系统的热源供热数据以及水力管网的温度、流量数据进行对比，就可以找到问题的症结。此外，建立终端热用户的温度场，还作为供暖系统负荷的重要指导依据，是气候补偿控制的补充和完善。 HESCS 的温度采集与发送采用无线技术，这对目前已经建成的建筑物来说，可以避免烦琐的二次步线过程，安装方便，不影响人们正常的起居生活，便于大范围推广。 HESCS 还利用 GPRS 公网将温度数据送入 INTERNET 网络，只要登录相关网站，政府部门可以根据温度数据来评价供暖系统的运行质量，并对城市中的供暖系统进行全方位的监控 。
末端节点检测网络
热计量与锅炉效率分析
热计量是热力系统动态分析的数据基础，也是 HESCS 的必要组成部分。对于供暖系统，热计量是通过检测出 / 回水温度和循环流量，根据热量计算公式 Q= （ T 出 -T 回 ） *F*C 来计算热能的，其中 T 出 /T 回 为出 / 回水温度， F 为循环流量， C 为比热。在热源部分，通过对锅炉机组的供热量计算以及天然气流量的计量，可以得到锅炉机组的动态热效率，指导锅炉的控制器控制锅炉的燃烧负荷 , 使锅炉能长期运行效率最佳点；在管网部分，通过对管网用户入口处的热量计算，我们可以得到管网的热效率以及用户的热负荷，从而得到整个供热系统的动态热平衡关系，并在此基础上对热网的数据进行分析来指导热量的合理分配。此外，锅炉房的用电计量和用水计量也可以作为考量供暖系统总体效率的重要参数引入到 HESCS 中来 。
多锅炉运行控制技术
燃气锅炉的特点是在燃烧调节均匀（采用比例调节方式）的前提下，锅炉负荷的变化在 30%-100% 之间时，锅炉效率均可接近额定功率。利用燃气锅炉的这一特性，在供热负荷变化的过程中，我们应尽量保证各台锅炉的燃烧负荷平衡，以避免锅炉机组负荷不平衡造成的频繁启停和热量浪费。右图为两台锅炉在供热负荷变化时的启停与运行模式。从图中可以看出，当供热总负荷低于 100% 时， 1# 锅炉根据负荷要求运行；当供热总负荷大于 100% 时，启动 2# 锅炉，同时，两台锅炉实现同步燃烧以保持负荷的平衡；供热总负荷下降至 100% 时，并不是简单的停止一台锅炉，而是两台锅炉同步降低负荷，直至供热总负荷低于 60% 时，停止 2# 锅炉，同时拉升 1# 锅炉负荷，以满足供热总负荷 。 此外，考虑锅炉机组的平均寿命问题，在 HESCS 软件中对每台锅炉的启停次数和运行累积时间进行统计，并对锅炉运行时间进行平均分配 。
炉前泵 / 炉后阀技术
目前国内供暖锅炉房水循环系统普遍采用系统泵方式集中供水，这种方式存在一定的缺陷。首先，司炉工必须根据锅炉的运行状态来开启或关闭阀门，否则，不运行的锅炉会成为“散热器”而造成热能的浪费；而阀门本身就是阻力元件，对于运行的锅炉而言也会造成流动力的损失，从而增加电机功率，造成电能的浪费。炉前泵技术是采用一炉一泵形式，同时采用变频器控制循环泵电机功率来调节循环流量，这样既减少了水阻，又不会浪费热能，同时还大大简化了操作，降低了劳动强度 。针对改造项目，可以在每台锅炉的出口管道上安装炉后控制阀，并与锅炉的启停进行连锁，保证锅炉在不运行状态的保温；同时，根据出回水压力差，采用变频控制循环水的流量。系统控制原理见右上图，右下图为炉后阀安装实例 。
气候补偿节能控制技术
气候补偿控制技术是根据气候的变化动态调整供暖出水温度，从而降低在温暖气候下燃气耗量的一种技术。系统的控制原理见右上图。三通调节阀起到了调节出水温度的作用，通过部分回水与锅炉出水的混合来调节最终的供暖出水温度。右中图为现场三通阀安装的实例。而右下图反映了气候的变化与供暖出水温度之间的动态关系，考虑到两者的关系并非是纯粹的线形关系， HESCS 软件设计了三种不同的控制模式：分时控制模式 / 智能控制模式和人工设定模式。用户可以根据时间段、气候变化的具体情况，灵活选择合适的控制模式 。
锅炉回水温度控制技术
锅炉回水温度过低（达到冷凝点 58 ℃ 左右），会造成锅炉炉壁的腐蚀加速，影响锅炉的使用寿命。锅炉回水温度采用混水控制技术，根据锅炉回水温度的要求，在锅炉出水管道和回水管道之间安装混水泵，将锅炉的出水与回水进行一定比例的混合，保证回水温度不低于锅炉的冷凝点，从而保证了锅炉的高效运行，延长了锅炉的使用寿命。混水泵一般采用变频控制技术。右上图是混水控制的原理图，右中图是现场安装的混水泵实例 。 此外，对于直供系统也可以采用混水器方式，通过混水器将供热锅炉和二次管网的水系统进行缓冲和分离，通过在混水器不同位置的侧线出水，调节锅炉和二次管网两个子系统的工作区域，使其在各自的高效区域内运行。右下图是现场安装的混水器实例 。
烟气冷凝回收技术
燃气锅炉的主要热损失是排烟热损失，而根据天然气的成分（主要是甲烷），其燃烧后生成大量的水蒸汽，汽化潜热特别多，因此，通过烟气中水蒸气冷凝成水的相变，提高锅炉回水温度，可以降低天然气的耗量，提高锅炉运行效率。考虑到冷凝水的腐蚀性，烟气冷凝回收装置要采用不锈钢材料，防止冷凝腐蚀。右上图是烟气冷凝回收系统的示意图。右下图是现场安装的烟气冷凝回收系统 。
如果热源是燃煤锅炉？
如果热源是燃煤锅炉，还有没有节能的空间呢？答案是肯定的，但燃煤锅炉与燃气锅炉存在很大的差异。对于燃煤锅炉而言，锅炉容量越高，效率越高，因此燃煤锅炉作为热源，在锅炉容量和数量的配置上应该充分考虑这一因素；同时，燃煤锅炉效率随负荷变化的差异非常大，当燃煤锅炉负荷在 40% 时，锅炉效率仅为 38% ，因此，如果热源是燃煤锅炉，则应该让锅炉始终保持在额定负荷工作点附近运行，而通过对后续的换热环节和管网系统进行供暖温度与流量的优化控制来达到节能的目的，例如 HESCS 中的气候补偿技术、炉前泵 / 炉后阀技术、管网的水力平衡技术以及热用户的监控技术等都适用于燃煤锅炉供暖系统，这对燃煤锅炉作为热源的供暖系统的节能改造是至关重要的 。
此外，对于燃煤锅炉本身而言，我们也可以采取一些合理的技术手段提高其工作效率，主要包括 ：
（ 1 ）增加分层燃烧装置，利用拨煤辊和机械筛分器相结合，使进入锅炉的燃煤达到分层的目的。由于燃煤经分层后改变了原来炉排上的煤层由于煤仓的压力变得很实的状态，使炉排上的煤层平整，疏松，粒度分层，间距加大，透气性好，通风阻力小，较大颗粒的煤被空气包容的面积增大，有利燃烧，改善燃烧条件，提高了燃烧效率，降低炉渣含碳量 。
（ 2 ）对炉拱进行改造，设计混合性能良好的对流辐射炉拱 -- 宽煤种节能炉拱，保证炉膛后部的富氧烟气和前部富燃气的充分混合，使炉膛内的燃气燃烬 。
（ 3 ）采用推迟配风法，其主要的特点是 " 烧中间，促两头 " 。它能达到最大限度的空气二次利用，降低锅炉的过量空气系数，能有效地降低炉渣含碳量，减少飞灰的带出量，增加炉排有效长度，提高炉堂温度，增加锅炉出力 。
（ 4 ）鼓风、引风机组加装变频调速装置，通过变频调速，控制鼓、引风量，科学配风，使锅炉空气系数最佳，保证锅炉在良好工况下运行，提高锅炉运行效率，增加出力，同时使鼓、引风机在高效工况下运行，节省电量 。 总而言之，尽管燃煤锅炉存在效率低下、污染严重等多方面的问题，但就国内现状来看，燃煤锅炉仍然是城市区域供暖系统的主要热源，而且不可能在短期内完全被燃气锅炉取代，因此，对燃煤锅炉供暖系统的节能改造问题也应引起我们足够的重视和关注 。
