關(guān)于利用電站鍋爐長(zhǎng)距離集中供熱的探討

羅申國(guó)

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

晉城市位于山西省東南部，是重要的能源、煤化工基地，煤炭外運(yùn)通暢。為提高城區(qū)環(huán)境質(zhì)量和居民的生活水平，改善城區(qū)以分散鍋爐房與家用小爐具為主的采暖供熱現(xiàn)狀，晉城市政府決定在全市范圍內(nèi)實(shí)施城市集中供熱工程并制定了《晉城市城市供熱專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》。根據(jù)供熱規(guī)劃，北石店區(qū)城市化改造區(qū)集中供熱的建筑面積近期500萬(wàn)m2，遠(yuǎn)期700萬(wàn)m2，除180萬(wàn)m2供熱面積由王臺(tái)熱電分公司現(xiàn)有熱源提供外，剩余建筑面積供熱需新建熱源廠(chǎng)或利用其他現(xiàn)有熱源。

晉煤集團(tuán)成莊資源綜合利用電廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“成莊50 MW電廠(chǎng)”)與成莊熱電廠(chǎng)、洗煤廠(chǎng)相鄰，建設(shè)規(guī)模為1×55 MW冷凝式汽輪發(fā)電機(jī)組+1×240 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐燃料來(lái)自成莊礦井洗煤廠(chǎng)生產(chǎn)工程中產(chǎn)生的煤泥和煤矸石。成莊熱電廠(chǎng)建設(shè)規(guī)模為3×6 MW，裝機(jī)為3×6 MW抽汽凝汽式汽輪機(jī)組+4×35 t/h鏈條爐，2006年進(jìn)行了技術(shù)改造，安裝10×1.8 MW燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組，置換下3臺(tái)6 MW汽輪機(jī)組，4臺(tái)35 t/h鍋爐中的2臺(tái)用于成莊礦供熱，另2臺(tái)備用。

考慮到成莊50 MW電廠(chǎng)目前環(huán)評(píng)未通過(guò)驗(yàn)收，時(shí)刻面臨關(guān)停的風(fēng)險(xiǎn)，擬利用成莊50 MW電廠(chǎng)和成莊熱電廠(chǎng)現(xiàn)有鍋爐及配套設(shè)施，輸送蒸汽或高溫?zé)崴習(xí)x城市北石店區(qū)王臺(tái)熱電分公司南側(cè)新建換熱站，換熱后供北石店區(qū)居民集中用熱，替代近期擬建熱源廠(chǎng)供熱鍋爐，這樣不僅可以充分利用現(xiàn)有成莊兩個(gè)電廠(chǎng)固定資產(chǎn)，解決成莊礦污水、煤矸石以及煤泥的排放和電廠(chǎng)現(xiàn)有職工就業(yè)問(wèn)題，而且還可以減少擬建熱源廠(chǎng)對(duì)晉城市的環(huán)境污染。

1 北石店區(qū)集中供熱熱源、熱負(fù)荷和供熱介質(zhì)

《晉城市城市供熱專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》中將晉城市集中供熱系統(tǒng)分為11個(gè)熱區(qū)，而北石店區(qū)是其中之一。北石店區(qū)是晉城市“六區(qū)聯(lián)動(dòng)、組團(tuán)發(fā)展”的重要組成部分，建設(shè)用地8.65 km2，城市人口8萬(wàn)，主要用于居住、公建、工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)用地，為城市生產(chǎn)生活的綜合片區(qū)。根據(jù)供熱專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，北石店城市化改造區(qū)域近期(2009—2015年)形成500萬(wàn) m2的供熱能力，遠(yuǎn)期(2009—2020年)滿(mǎn)足700萬(wàn)m2的供熱需求。

目前，北石店區(qū)集中供熱熱源主要來(lái)自王臺(tái)熱電分公司現(xiàn)有的4臺(tái)40 t/h和1臺(tái)80 t/h循環(huán)流化床鍋爐，供熱能力為180萬(wàn)m2。隨著北石店區(qū)城市化改造工程的實(shí)施和各項(xiàng)公用建筑、居民建筑相繼竣工，北石店區(qū)近期集中供熱缺口為320萬(wàn)m2，按規(guī)劃建筑綜合熱指標(biāo)58 W/m2計(jì)算，缺口供熱負(fù)荷為185.6 MW;遠(yuǎn)期總規(guī)劃供熱面積為520萬(wàn)m2，供熱負(fù)荷為262.08 MW。

供熱規(guī)劃中供熱介質(zhì)選用高溫?zé)崴捎枚尉W(wǎng)供熱系統(tǒng)，一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃，經(jīng)過(guò)換熱站交換為85/60℃低溫?zé)崴蛴脩?hù)供熱。

2 電廠(chǎng)供熱能力分析

成莊50 MW電廠(chǎng)安裝有1臺(tái)240 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，額定蒸發(fā)量240 t/h，最大連續(xù)蒸發(fā)量260 t/h，蒸汽參數(shù)為 9.8 MPa、540℃，現(xiàn)主要用于發(fā)電;成莊熱電廠(chǎng)原有的3臺(tái)6 MW汽輪機(jī)組已經(jīng)拆除，剩下4臺(tái)35 t/h鏈條爐冬季供成莊礦用熱，單臺(tái)鍋爐額定蒸發(fā)量 35 t/h，蒸汽參數(shù)為 3.82 MPa、450℃。

成莊50 MW電廠(chǎng)汽機(jī)停運(yùn)后，鍋爐蒸發(fā)量按240 t/h計(jì)算，除去自用蒸汽18 t/h，可對(duì)外供蒸汽量222 t/h，換熱后凝結(jié)水按90℃計(jì)算，則每噸蒸汽供熱量為0.86 MW，可對(duì)外供熱量190.92 MW。成莊熱電廠(chǎng)4臺(tái)鍋爐總蒸汽量為140 t/h，而成莊礦現(xiàn)有供熱面積約50萬(wàn)m2，考慮將來(lái)供暖面積的增加，自用蒸汽量按66 t/h考慮，則可對(duì)外供蒸汽量74 t/h，換熱后凝結(jié)水按90℃計(jì)算，則每噸蒸汽供熱量為0.82 MW，可對(duì)外供熱量60.68 MW，2個(gè)電廠(chǎng)對(duì)外供熱量合計(jì)約251.6 MW。

3 長(zhǎng)距離輸送管網(wǎng)調(diào)研情況

集中供熱管網(wǎng)供熱介質(zhì)有熱水和蒸汽兩種。通過(guò)對(duì)華電大同第一熱電廠(chǎng)及長(zhǎng)治襄垣誠(chéng)豐電力有限公司的長(zhǎng)距離輸送熱水、江蘇南通天生港發(fā)電有限公司及太倉(cāng)港協(xié)鑫發(fā)電有限公司的長(zhǎng)距離輸送蒸汽項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研。熱水供熱管網(wǎng)中，襄垣誠(chéng)豐電力有限公司最長(zhǎng)輸送距離11 km，管徑700 mm，供熱一次管網(wǎng)溫降為0.5℃/km，壓降為0.05 MPa/km。根據(jù)相關(guān)資料，國(guó)內(nèi)大落差、復(fù)雜地形熱水供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)超過(guò)100 m落差的熱水供熱系統(tǒng)有新疆烏魯木齊南區(qū)熱網(wǎng)工程(落差144 m)、國(guó)電新疆紅雁池發(fā)電有限公司熱網(wǎng)工程(落差143 m)等大型熱網(wǎng)工程。蒸汽供熱管網(wǎng)中，太倉(cāng)港協(xié)鑫發(fā)電有限公司輸送管線(xiàn)設(shè)計(jì)31 km，一期工程已投運(yùn)，管線(xiàn)長(zhǎng)20 km，管徑700 mm，供汽管網(wǎng)溫降為5℃ /km ～7℃ /km，壓降為0.02～0.04 MPa/km。通過(guò)調(diào)研并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)已投入運(yùn)行的熱網(wǎng)工程實(shí)例來(lái)看，長(zhǎng)距離、大落差供熱工程輸送方案技術(shù)可行，輸水方案主要用于城市集中供熱，輸汽方案主要用于工業(yè)生產(chǎn)。

4 線(xiàn)路選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，以及業(yè)主提供的地形圖資料，本著供熱管線(xiàn)布置便于安裝和維護(hù)的原則，盡量沿公路兩側(cè)敷設(shè)，選定總長(zhǎng)度約23 km，起點(diǎn)成莊礦地形標(biāo)高830 m，終點(diǎn)王臺(tái)熱電分公司地形標(biāo)高798 m，沿途最高點(diǎn)地形標(biāo)高1 041 m，最低點(diǎn)地形標(biāo)高約790 m，全程地勢(shì)落差約為251 m。

5 輸送方案

5.1 熱水輸送方案

5.1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)原則

1)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ34－2002)第1.0.2條規(guī)定，供熱熱水介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5 MPa，設(shè)計(jì)溫度小于或等于200℃，故成莊至王臺(tái)供熱管道以設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)2.5 MPa為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)晉城市供熱規(guī)劃中一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃，管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa。為了保證與規(guī)劃中供熱管網(wǎng)的壓力等級(jí)匹配及日后與王臺(tái)新建熱源廠(chǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在王臺(tái)熱電分公司儲(chǔ)氣柜南側(cè)設(shè)一座隔壓換熱站。

3)供熱管道散熱損失參照調(diào)研數(shù)據(jù)，供水管道溫降按0.5℃/km，回水管道溫降按0.3℃/km。

5.1.2 供熱能力

50 MW機(jī)組停運(yùn)，加上熱電廠(chǎng)富余80 t/h汽量，蒸汽換成高溫?zé)崴客夤┧艿罍亟蛋?.5℃/km，回水管道溫降按0.3℃/km，輸送距離23 km，王臺(tái)隔壓換熱站一次網(wǎng)供回水溫度130/70℃，則成莊電廠(chǎng)供回水溫度為150/90℃。成莊電廠(chǎng)起點(diǎn)供熱量251.6 MW，管路熱損失67.3 MW，送至王臺(tái)換熱站供熱量184.3 MW，可帶供熱面積354萬(wàn)m2。

5.1.3 加壓泵站配置

根據(jù)地形圖，通過(guò)上述水力計(jì)算，繪制出線(xiàn)路1供熱管網(wǎng)的水壓圖。通過(guò)水力計(jì)算分析，設(shè)計(jì)管徑為供水 DN800，回水 DN800，設(shè)計(jì)壓力 2.5 MPa，最大工作壓力2.45 MPa，設(shè)計(jì)供回水溫度為150/90℃，管道壓力降48.2 Pa/m，整個(gè)供水、回水管路阻力損失合計(jì)約2 217 kPa(221.7 mH2O)，需在供熱管網(wǎng)回水管路上設(shè)3處加壓泵，分別是成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺(tái)隔壓換熱站，中繼泵站設(shè)在距成莊約9 km處的靳溝村東側(cè)。為保證整個(gè)供熱管道系統(tǒng)不倒空、不汽化，須在李山村和宋家掌村之間開(kāi)鑿隧道，長(zhǎng)度約2.8 km，凈截面尺寸寬4 m，高2.5 m。供熱管網(wǎng)定壓方式采用補(bǔ)水泵定壓，定壓點(diǎn)設(shè)在成莊汽水換熱首站循環(huán)泵出口。

5.1.4 投資估算

經(jīng)初步估算，包括成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺(tái)隔壓換熱站的全部土建工程費(fèi)、設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)及工程建設(shè)其他費(fèi)用，23 km輸送管道和征地費(fèi)用，總投資約30 301萬(wàn)元。

5.2 蒸汽輸送方案

5.2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)原則

1)常規(guī)蒸汽管道輸送距離一般為6～8 km，最長(zhǎng)不超過(guò)10 km，每公里溫度降15℃ ～20℃，壓降0.06～0.1 MPa，管網(wǎng)漏損、疏水 15% ～30%。根據(jù)調(diào)研情況，新型長(zhǎng)輸熱網(wǎng)技術(shù)長(zhǎng)輸距離可達(dá)30 km，每公里溫降 5℃ ～7℃，壓降0.01 ～0.02 MPa，管網(wǎng)漏損、疏水損失初期7% ～8%，正常為2%。

2)因本項(xiàng)目供熱區(qū)域內(nèi)的熱用戶(hù)為采暖熱用戶(hù)，采暖換熱站一般采用0.4 MPa飽和蒸汽進(jìn)行熱交換集中供熱水，故確定王臺(tái)換熱站末端蒸汽參數(shù)為0.5 MPa，160℃。

3)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ34－2002)第1.0.2條規(guī)定，供熱蒸汽介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力小于或等于1.6 MPa，設(shè)計(jì)溫度小于或等于350℃，故2個(gè)電廠(chǎng)蒸汽分別減溫減壓至 1.5 MPa、340℃ 后，進(jìn)入輸汽管道。

5.2.2 供汽方案

供汽方案根據(jù)敷設(shè)管道數(shù)量不同，有敷設(shè)1根DN1000管路和敷設(shè)2根DN700管路兩種方案，通過(guò)水力計(jì)算，兩種方案輸送管道末端蒸汽參數(shù)均能滿(mǎn)足要求，方案一管線(xiàn)投資略低，但管徑大，不便于安裝和維護(hù);方案二供汽可靠性高，當(dāng)1條管路故障時(shí)，還能保證50%供熱負(fù)荷。

故從保證供熱管道安全、穩(wěn)定運(yùn)行方面考慮，建議采用方案二，即從成莊電廠(chǎng)敷設(shè)兩路蒸汽管線(xiàn)至王臺(tái)換熱站。換熱后的冷凝水進(jìn)行回收，將296 t/h蒸汽冷凝后，按98%回收率，凝結(jié)水量約290 t/h，管徑DN300，凝結(jié)水泵選用高壓給水泵，布置在王臺(tái)換熱站內(nèi)。

5.2.3 供熱能力

成莊電廠(chǎng)外供蒸汽量296 t/h，2根蒸汽輸送管道管徑DN700，凝結(jié)水管道1根，管徑DN300，管路熱損失40 MW，送至王臺(tái)換熱站供熱量206.3 MW，可帶供熱面積366萬(wàn)m2。

5.2.4 投資估算

經(jīng)初步估算，包括成莊電廠(chǎng)蒸汽減溫減壓和調(diào)壓裝置改造、王臺(tái)換熱站的全部土建工程費(fèi)、設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)及工程建設(shè)其他費(fèi)用，23 km輸送管道和征地費(fèi)用，總投資約32 391萬(wàn)元。

5.3 熱水和蒸汽輸送方案運(yùn)行成本分析

熱水和蒸汽輸送方案運(yùn)行成本見(jiàn)表1。

表1 熱水和蒸汽輸送方案運(yùn)行成本表

5.4 供熱方案

熱水和蒸汽兩種輸送方案相比較，熱水輸送方案便于調(diào)節(jié)、熱水蓄熱能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好，但需要設(shè)置中繼泵站和開(kāi)鑿隧道，施工和運(yùn)行維護(hù)難度大、運(yùn)行費(fèi)用高;蒸汽輸送方案靠自身壓力，不用泵送和耗電，不必考慮靜壓，但熱穩(wěn)定性差、安全性差、出現(xiàn)故障時(shí)容易造成燙傷事故，常規(guī)的蒸汽輸送距離不能滿(mǎn)足本項(xiàng)目要求，需要采用長(zhǎng)輸管網(wǎng)專(zhuān)利技術(shù)，投資偏高。綜合考慮，建議采用熱水輸送方案。

6 結(jié)語(yǔ)及建議

利用成莊兩個(gè)電廠(chǎng)現(xiàn)有鍋爐集中供熱，根據(jù)調(diào)研情況和理論計(jì)算，成莊至王臺(tái)長(zhǎng)距離管道輸送熱水供熱方案技術(shù)可行，可以保證北石店區(qū)集中供熱近期320萬(wàn)m2供熱面積用熱需求，能充分利用現(xiàn)有成莊兩個(gè)電廠(chǎng)固定資產(chǎn)，解決成莊礦污水、煤矸石以及煤泥的排放和電廠(chǎng)現(xiàn)有職工就業(yè)問(wèn)題，減輕擬建熱源廠(chǎng)對(duì)晉城市的環(huán)境污染，具有較好的社會(huì)環(huán)境效益，也為類(lèi)似電站閑置鍋爐的利用開(kāi)辟了一條新途徑。

［1］王國(guó)興.長(zhǎng)輸熱網(wǎng)專(zhuān)利技術(shù)在集中供熱工程中的應(yīng)用［EB/OL］.［2011－01－12/2013－07－02］.http://wenku.baidu.com/view/b26e08da6f1aff00bed51e78.html.

［2］北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院.CJJ34－2002城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002:12－13.