瑞光集中供熱工程熱網方案的比選

石光輝

1 概述

太原市瑞光集中供熱工程熱源為目前正在建設中的瑞光一期2×300 MW供熱機組，設計供熱能力為622 MW。電廠位于山西省晉中市榆次區境內烏金山鎮的東沙溝附近。該項目熱網有如下特點:1)地形落差大，與主要供熱區域的地形高差約100 m;2)輸送距離長，電廠距最遠端熱力站約為23 km;3)考慮與其他熱源聯網運行，需將壓力等級控制在1.6 MPa以內。

太原市目前現有的集中供熱網供熱參數為130℃，70℃，設計壓力為1.6 MPa。考慮瑞光集中供熱工程與現有熱網并網運行，壓力等級需要匹配。由于該項目約100 m的高差及23 km的輸送距離，經過水力計算，如果由電廠首站直接外供130℃/70℃的高溫熱水，采用兩級供熱系統運行壓力過高，該網的壓力等級將達到3.0 MPa以上，工程投資也很大，且不能滿足聯網運行的要求。因此，本文不考慮提高壓力等級的辦法，將著重對采用隔壓換熱站、中繼泵站、分布式變頻、電廠首站循環泵外移的方案進行分析。

2 熱網設計方案

2.1 采用隔壓換熱站

熱網采用三級熱水管網供熱系統，電廠首站至隔壓站之間熱網為一級網，供、回水溫度為140℃，80℃，設計壓力為2.5 MPa;隔壓站至熱力站之間熱網為二級網，供、回水溫度為130℃，70℃，設計壓力為1.6 MPa;熱力站至用戶管網為三級網，供、回水溫度為85℃，60℃，設計壓力按供熱建筑高度確定。經過核算，采用隔壓換熱站后，可有效地將二級網壓力等級控制在1.6 MPa，滿足聯網運行的要求。目前，此種方案已經在許多同類型供熱情況的地區得以實現，并取得良好的供熱效果。如由北京煤氣熱力工程設計院設計的新疆烏魯木齊南區熱網工程，北京石景山熱電廠熱網工程等均采用隔壓換熱站來降低壓力等級。其水壓采用隔壓換熱站水壓圖(見圖1)。

采用隔壓換熱站方案，其投資較同類規模常規二級網集中供熱工程相比，額外增加隔壓換熱站投資約1億元，電耗會大幅增加，管理成本亦會增加。

2.2 采用中繼泵站

采用中繼泵站方案是供熱系統采用二級管網，在一級網設中繼泵站，為了控制管網壓力等級在1.6 MPa以內，由于電廠在高處，僅地形高差產生的靜壓就達1.0 MPa，通過圖2可以看出，為了保證壓力最高處不超過1.6 MPa，需控制電廠首站出口壓力不過高及回水壓力不過低。此時，當系統滿負荷運行時采用圖2虛線最右側交點，大多數換熱站距離電廠首站距離遠于資用壓頭為零處，均不滿足0.15 MPa的要求。此時可采用在回水干線上采用加壓泵來增加用戶換熱站的資用壓頭。供水管設加壓泵，一方面需要使用高溫熱水泵，另一方面會進一步提高系統壓力，所以應該在保證整個系統不倒空、不汽化的情況下優先在回水上設加壓泵。加壓泵的流量應該滿足資用壓頭不足點以外的所有用戶換熱站流量之和，回水加壓泵的揚程應該滿足電廠首站回水壓力不低于0.15 MPa，并且保證用戶換熱站有足夠的資用壓頭。在設置中繼泵站時，應避免管網負壓區的出現。目前，此類項目在許多地區也已經實現，如由華北市政設計院設計的陽泉市陽光電廠集中供熱工程等。但中繼泵的設置在合理供熱距離內或較小地形落差范圍內較為適用，對于本項目存在系統容易超壓且聯網運行定壓時需分開設置靜壓區等問題。

采用中繼泵站方案，其投資較同類規模普通二級網集中供熱工程相比，額外增加中繼加壓泵站投資約0.4億元，電耗會大幅增加，管理成本亦會增加。

2.3 采用分布式變頻

分布式變頻是供熱系統采用二級管網，在各熱力站內設置變頻泵將水送回熱源處的布置方案。水壓圖見圖3。常規二級管網供熱系統是在熱源處設主循環泵，計算流量和最不利環路的阻力選擇循環泵的流量、揚程及臺數;熱力站設手動調節閥或流量控制閥等調節設備，以消耗掉剩余壓頭，達到系統內各熱力站之間的水力平衡;采用分布式變頻泵方案，對于主循環泵的選擇，只要能夠滿足流量和熱源到壓差控制點的阻力即可，這樣可大大降低循環泵的揚程，從而達到降低壓力等級的效果，控制點之后的每個熱力站設置相應分布變頻泵，成為分布式變頻泵供熱系統，使得原來距熱源近端資用壓頭較大處節流的能量不再白白地損失，由于水泵可用變頻器調速，無論近端、遠端只要有合適的資用壓頭即可，而不必無謂的增加額外的資用壓頭。但采用此方案在合理供熱距離內或較小地形落差范圍內較為適用，對于本項目仍然存在系統超壓且聯網運行時定壓時需分開設置靜壓區等問題。

分布式變頻不用增加額外的管理維護人員，管理成本，用人成本也比采用中繼泵站要低。若本工程采用此方案，其投資較同類規模普通二級網集中供熱工程相比，額外增加分布式變頻泵投資約0.4億元，電耗會適量增加，管理成本略有增加。

2.4 熱電廠首站循環泵外移

由于電廠內供水、供電方便，因此供熱首站(包括主循環泵)一般建在電廠內。針對本工程的特點，可以實施首站換熱器在電廠內，將首站主循環泵外移方案。即主循環水泵設在地勢變化較大處的低點，水壓圖見圖4，這樣可以降低熱力站的壓力，控制在1.6 MPa以內，同時可以降低電廠內換熱設備的壓力等級，但仍需提高循環水泵至電廠之間供熱設備的壓力等級。對于本項目仍然存在系統容易超壓且聯網運行時定壓時需分開設置靜壓區等問題。此方案由于涉及到征地、供電、供水等問題，實施困難。

3 結語

下面將以普通二級網集中供熱工程為基準，將幾種集中供熱方案列在一起比較，結果見表1。

表1 各種供熱方式的比較

經上述比較分析，對于本項目，由于同時存在地形高差大和輸熱距離遠的情況及并網運行的要求，從技術和經濟的可行性分析，采用隔壓換熱站方案較好，隔壓換熱站后二級網應經過經濟比較確定合理壓差控制點，而后輔以分布式變頻供熱系統，以達到節電降低供熱成本。隔壓換熱站除需供熱企業承擔較大的基建費用外，仍需承擔投運后高額的電費。所以此類項目應該由電廠適當分擔部分成本或政府補充一部分投資，如采用協議電價、投資建設隔壓站、投資部分管網等，以維持供熱企業的正常運營，最終達到集中供熱健康發展的目的。

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