大型熱電廠供熱首站選型及常見問題分析

單龍輝

（徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州221000）

0 引言

大型熱電站供熱蒸汽管網普遍存在管網熱損失大、檢修維護量大、運行安全性差等弊端。蒸汽供熱用戶的二級汽-水換熱站，由于大多采取分時、間斷供暖方式，蒸汽流量峰谷差現象十分明顯。在用戶集中用汽時段，蒸汽流量大、流速高，壓降、溫降也大，部分末端用戶的供熱質量不能保證；而到了夜間，大多數用戶暫停用汽，流量降至最低，致使部分蒸汽冷凝成水，因此管網損失極大，平均熱損在15%～30%，最高可達50%。另外，因蒸汽供熱管網是單管敷設，大量的凝結水無法回收，能源浪費極大。對于蒸汽供熱企業而言，實施供熱管網技術改造、降低網損是供熱企業節能減排的重要措施。

1 設備概況

徐州華潤電力有限公司一二期4×320 MW機組為上海汽輪機廠引進美國西屋公司的技術制造的亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機，汽輪機型號為N320-16.7/537/537。

為不斷優化供熱模式，滿足用戶需求，同時減少供熱成本，機組在實施蒸汽供熱改造后同步建設供熱首站，接帶部分新增供熱用戶，也為規劃逐步采用高溫熱水供熱代替蒸汽供熱打下基礎。供熱首站利用汽輪機供熱抽汽進入首站換熱器加熱循環水，被蒸汽加熱后的高溫循環水送至廠外熱水網，再通過二級換熱站向各用戶供熱，低溫循環水回水通過廠外熱水管網循環水主干線回至供熱首站，形成循環。

2 供熱首站建設方案

2.1 方案選型

根據熱電廠供熱區域內的近、遠期熱負荷特點、分布及發展情況，本項目制定了兩個供熱方案可供選擇。方案一：在電廠內建設汽-水換熱首站，沿規劃路線建設高溫熱水管網至各用戶換熱站。方案二：自電廠敷設蒸汽管網至北三環附近，在北三環附近擇地建汽-水換熱首站，同期沿規劃路線敷設高溫熱水管網至各用戶換熱站。蒸汽管網長度約6.5 km，考慮敷設凝結水回收管道，凝結水回收至電廠。下面對這兩個方案的優缺點進行分析比較。

2.1.1 方案一

優點：（1）高溫熱水管網長距離輸送（最長供熱距離可達30 km），管網損失小，（3%～5%），較蒸汽管網供熱管網損失小、熱效率高，節能效益顯著。（2）便于電廠內能源的綜合利用。遠期隨著熱負荷的不斷發展，可考慮利用電廠循環水余熱供熱，可大大降低運行成本，提高供熱能力。（3）汽-水換熱首站設于電廠內，不存在水、電增容問題，可利用廠內水、電價格相對便宜的有利條件，同時可利用廠內蒸汽驅動循環水泵，排汽還可以加熱外網循環水，大大降低運行電耗，同時實現蒸汽能量的梯級利用，能源綜合利用率高，整體運行成本低。（4）汽-水換熱首站設于廠內，便于凝結水的回收利用，節能效益顯著。（5）汽-水換熱首站設于廠內，不存在另行征地問題，實施可行性高。

缺點：三環路以北高溫熱水管網不能被綜合利用，需另行敷設蒸汽管網，以滿足用汽負荷需求。

2.1.2 方案二

優點：可兼顧前端工業和采暖用戶，共用三環路以北的蒸汽管網進行供熱。

缺點：（1）不節能，蒸汽管網的熱量損失較大，長距離輸送管損達15%～30%，供熱成本高，給后期運營帶來較大負擔。（2）無法利用廠內余熱，不便于電廠內能源的綜合利用。（3）不利于凝結水回收，需敷設約6.5 km凝結水管網回電廠。設高壓水泵，投資大、費用高，同時由于長距離管網輸送，回收的凝結水水質難以保證，回收后再利用成本提高。（4）要在場外擇地建站存在征地、水電增容問題，增大項目實施難度，首站投資及運行費用也相應提高。

綜上，方案一將汽-水換熱首站設于電廠內，沿規劃路線敷設高溫熱水管網至用戶，在區域內實施高溫熱水管網供熱，管網損失小，節能效果顯著，方便凝結水回收，便于廠內能源的綜合利用，降低運營成本。另外不存在征地和水電增容問題，項目實施可行性高，故最終采用方案一建造汽-水換熱首站。

2.2 熱力系統簡介

2.2.1 熱力系統簡介

整體改造的熱力系統包括：汽-水換熱首站、高溫熱水管網、二級水-水換熱站。熱力系統流程如圖1所示。

圖1 熱力系統流程

（1）高溫熱水循環系統：高溫熱水管網回水由外網送回電廠，經設于首站內的除污器過濾后，由循環水泵加壓進入汽-水換熱器加熱，加熱后的供水進入供熱管網送至外網各用戶供熱。

（2）蒸汽-凝結水系統：電廠主外供蒸汽和首站內的汽動泵排汽分別進入對應的汽-水熱交換器，加熱外網循環水，凝結水通過凝結水泵加壓后送回電廠除氧器。

（3）補水定壓系統：外部高溫熱水管網中的失水，由汽-水換熱首站內補水裝置統一補給，同時確保管網不倒空、不汽化。系統補水定壓系統，采用恒壓變頻補水裝置，補水點設在回水母管上。

2.2.2 熱媒參數

熱媒參數的確定是供熱系統設計的一個重要問題。結合城區供熱具體條件，考慮熱源、管網、用戶等方面的因素，本項目采用目前國內最為常用的高溫熱水運行參數：供水溫度130 ℃、回水溫度70 ℃，供回水溫差60 ℃。

2.2.3 供熱運行模式

主要考慮到本供熱系統供熱半徑長、負荷集中在中后端，本供熱系統采用目前國內外較為先進的分布式變頻系統供熱。分布式變頻供熱模式：熱源循環水泵的揚程選擇時，只需考慮熱源內部及前端用戶的壓力損失，在用戶內設循環水泵，其揚程根據用戶需要確定。用戶循環水泵根據用戶實際耗熱量，從熱網中“抽水”供熱，換熱后將回水送回電廠汽-水首站。形象地講，分布式變頻供熱系統改變了傳統供熱系統中電廠“送水”至用戶的模式，轉變為用戶根據自身情況和需求熱量向電廠“要水”的模式。

傳統供熱方式耗電3 kWh/m2；實施分布式變頻系統改造后耗電下降約1.8 kWh/m2，系統節電率約40%。據大量工程統計，分布式變頻系統比傳統供熱系統的循環水泵總耗電功率可下降30%～50%，節電效果顯著。

3 供熱首站常見問題分析

3.1 凝結水回收問題

供熱首站凝結水回收系統如圖2所示，主要存在以下問題：供熱首站投運初期，由于熱用戶較少，最低時每小時凝結水量僅有10 t，凝結水溫度低，加熱器內壓力偏低，原設計的高位凝結水回收裝置水量較少，凝結水回收泵選型偏大，造成凝結水無法回收，供熱季外排浪費水3 000 t，浪費熱量9 850 GJ。

圖2 供熱首站凝結水回收系統

解決方案：（1）在原有的高位凝結水回收裝置基礎上，增加一路低位閉式凝結水回收裝置，其布置在0 m處，凝結水能夠在較低壓力下回收至水箱；增加兩臺小的凝結水回收泵，滿足小流量的回收要求。（2）積極拓展熱水用戶，降低運行成本。

3.2 回水母管空氣積聚問題

存在的問題：由于用戶側大多采取分時、間斷供暖方式，峰谷差十分明顯。在夜間，大多數用戶暫停用汽，流量降至最低，而到了用戶集中用汽時段，流量大、流速高，壓降、溫降也大，會在循環水管道積聚空氣，尤其在除污器及循泵出口母管兩處放空氣門處能夠放出大量空氣，直接影響循環水泵葉片以及循環水管道的運行安全。

解決方案：經多次試驗后，循環水回水壓力在0.37 MPa以上時，能保證管道內水量充足，減少空氣的殘留。在供熱量逐年增加的情況下，可視用戶總量逐步提升回水壓力。

4 節能分析

4.1 降低管損節能分析

根據徐州地區的實際運行數據，蒸汽管網平均管損約20%。若采用高溫熱水供熱，按照現有的熱水管網技術評價，平均熱損失可控制在3%～5%。僅減少熱網損失一項，每年就可節省15%的能耗。按近期采暖面積約246萬m2，綜合采暖熱指標46.7 W/m2計算：

總損耗：2 460 000 m2×46.7 W/m2≈114.9 MW。

蒸汽管網損耗：114.9 MW×20%=22.98 MW。

熱水管網損耗：114.9 MW×5%≈5.75 MW。

熱水管網比蒸汽管網減少損耗：22.98 MW-5.75 MW=17.23 MW，折合62.03 GJ/h。采暖季按100天計，則單季節約熱量：62.03 GJ/h×24 h×100天=148 872 GJ。

標煤的發熱量以29 307.6 kJ/kg計，折合標煤約0.5萬t。

4.2 凝結水回收節能分析

（1）凝結水水量回收效益。

按供熱每萬平方米耗蒸汽指標為0.45 t/h。在電廠內設首站，基本可以實現凝結水100%回收；蒸汽送至小區設汽水站，凝結水做補水，回收60%凝結水；則每萬平方米減少排放凝結水約0.27 t/h。以近期負荷246萬m2計，則：

一個采暖季可節約凝結水量：246萬m2×0.27 t/（h·萬m2）×24 h×100 天≈15.9萬t。

熱電廠軟化水成本按10元/t計算，則一個采暖季節省凝結水費用高達159萬元。

（2）凝結水熱量回收效益計算。

以城區供熱可節約的凝結水量（66.42 t/h）為基礎，凝結水每提高1 ℃可回收量：Q′=C×M×△t=4.18 kJ/（kg·℃）×66.42 t/h×1 ℃≈277 635.6 kJ/h。

每個采暖季可回收的熱量：Q=24 h×100天×Q′≈666 GJ。

方案設計凝結水回收至電廠除氧器。凝結水水溫一般在80～100 ℃，可節省將補水（冬季水源溫度按10 ℃計算）加熱至進入除氧器的溫度（80℃）時所需的熱量。標煤的發熱量以29 271 kJ/kg計，每個采暖季凝結水溫度每提高1 ℃可回收熱量折合成標煤為22.76 t，則：

一個采暖季可回收的熱量：666GJ×70=46620GJ。

可節省標煤：22.76 t×70=1 593.2 t。

5 結語

隨著經濟的高速發展，居民生活水平與生活質量不斷提高，用熱、用電需求有了較大的增長。對于大型熱電站而言，“汽改水”供熱是順應形勢發展需要，進一步深化城鎮供熱體制改革的具體措施，也是優化集中供熱系統，實現節能降耗、降低成本、持續發展的有效途徑。

在供熱首站的設計選型、施工、調試、運營階段，可能存在各種問題，通過不斷的運行優化與經驗積累，徐州華潤電力有限公司逐漸摸索出一套成熟的供熱系統運行與改造方案，不論在系統運行的經濟性，還是可靠性上，都有較大的借鑒及推廣意義。提升供熱首站的運營水平，不僅使企業得到長足發展，也使環境質量得到改善，為經濟社會的可持續發展奠定了堅固的基石。