長(zhǎng)輸熱網(wǎng)中繼泵站分支設(shè)置方案分析

崔本明, 崔 鑫, 張宇翔, 胡皓青

(1.華電吉木薩爾熱電有限公司,新疆 烏魯木齊 830022;2.太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司萬柏林供熱分公司,山西 太原 030001;3.烏魯木齊甘泉堡經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(工業(yè)區(qū))規(guī)劃建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 830063;4.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第六設(shè)計(jì)研究院,天津 300384)

1 概述

2021年末,全國(guó)城市蒸汽集中供熱能力11.88×104t/h,同比增長(zhǎng)14.80%。熱水集中供熱能力59.32×104MW,同比增長(zhǎng)4.78%。伴隨著長(zhǎng)輸供熱管網(wǎng)的發(fā)展,長(zhǎng)輸熱網(wǎng)主干線上分出分支的情況屢見不鮮。由于長(zhǎng)輸熱網(wǎng)一般為2.5 MPa壓力等級(jí),而城市現(xiàn)狀熱網(wǎng)多為1.0、1.6 MPa壓力等級(jí),因此須在分支后設(shè)置隔壓熱力站。隔壓熱力站應(yīng)在滿足工藝要求的場(chǎng)所建設(shè),由于建設(shè)用地往往比較緊張,很難征到合適的土地。因此,隔壓熱力站與長(zhǎng)輸熱網(wǎng)中繼泵站合建,往往是比較切實(shí)可行的辦法。

當(dāng)隔壓熱力站與中繼泵站合建時(shí),分支引出位置(引出位置分為在中繼泵站前、在中繼泵站后)對(duì)設(shè)置方案與運(yùn)行電費(fèi)的影響較大。本文針對(duì)長(zhǎng)輸熱網(wǎng)隔壓熱力站與中繼泵站合建情況,分析中繼泵站分支設(shè)置方案,結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

2 分支設(shè)置方案

當(dāng)隔壓熱力站與中繼泵站合建時(shí),分支引出位置有兩種方案:方案1:分支點(diǎn)在中繼泵站前。方案2:分支點(diǎn)在中繼泵站后。方案1、2分支設(shè)置形式分別見圖1、2。方案1的分支點(diǎn)在中繼泵站前,通常需要在分支管上設(shè)置回水加壓泵,使隔壓熱力站回水壓力與回水中繼泵出口壓力一致。方案2的分支點(diǎn)在中繼泵站后,分支管無需設(shè)置加壓泵即可滿足隔壓熱力站資用壓力。方案1、2的分支循環(huán)阻力均為分支管阻力與隔壓換熱機(jī)組阻力之和。由于隔壓熱力站與中繼泵站合建,分支管很短,分支管阻力忽略不計(jì)。因此,方案1、2的分支循環(huán)阻力僅為隔壓換熱機(jī)組阻力。

圖1 方案1分支設(shè)置形式

圖2 方案2分支設(shè)置形式

分析圖1、2可知,與方案1相比,方案2中繼泵的流量更大。方案2的分支在中繼泵站后引出,隔壓熱力站供水壓力與中繼泵站后的主干線供水壓力一致,易導(dǎo)致隔壓熱力站進(jìn)口壓力過高以及資用壓力遠(yuǎn)超隔壓換熱機(jī)組阻力情況出現(xiàn),因此隔壓熱力站進(jìn)口需要設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥,造成了能量浪費(fèi)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某長(zhǎng)輸熱網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力2.5 MPa,設(shè)計(jì)供回水溫度110、50 ℃。在主干線2號(hào)中繼泵站引出分支滿足附近用戶(設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa)的用熱要求。由于用戶設(shè)計(jì)壓力小于長(zhǎng)輸熱網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力,因此需要建設(shè)隔壓熱力站?？紤]征地等因素,采取隔壓熱力站與中繼泵站合建方案?？紤]到分支引出位置變化很小,分支引出位置對(duì)長(zhǎng)輸熱網(wǎng)水力工況沒有影響。為簡(jiǎn)化計(jì)算,水的密度取1 000 kg/m3。

3.2 方案設(shè)備選型

① 方案1

方案1設(shè)計(jì)參數(shù)見圖3。隔壓換熱機(jī)組阻力取0.25 MPa,根據(jù)隔壓熱力站供水壓力(0.82 MPa)可計(jì)算得到隔壓換熱機(jī)組出口壓力為0.57 MPa。由于隔壓熱力站回水壓力需與回水中繼泵出口壓力一致,因此回水加壓泵出口壓力為1.68 MPa,由此可計(jì)算得回水加壓泵揚(yáng)程為113.3 m。

圖3 方案1設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)圖3中方案1設(shè)計(jì)參數(shù),供水中繼泵進(jìn)、出口壓力分別為0.82、1.54 MPa,可計(jì)算得到供水中繼泵揚(yáng)程為73.5 m。選擇4臺(tái)(互為備用)供水中繼泵并聯(lián),單臺(tái)水泵的并聯(lián)流量折減系數(shù)取0.85,可計(jì)算得到單臺(tái)供水中繼泵流量為3 983.8 m3/h。供水中繼泵選型參數(shù)為:流量3 990 m3/h,揚(yáng)程80 m,電機(jī)輸入電功率1 120 kW?；厮欣^泵也采用4臺(tái)(互為備用)并聯(lián),設(shè)計(jì)揚(yáng)程為77.6 m,設(shè)計(jì)流量為3 983.8 m3/h,選型參數(shù)為:流量3 990 m3/h,揚(yáng)程80 m,電機(jī)輸入電功率1 120 kW。

根據(jù)圖3中方案1設(shè)計(jì)參數(shù),回水加壓泵進(jìn)、出口壓力分別為0.57、1.68 MPa,可計(jì)算得到回水加壓泵揚(yáng)程為113.3 m。選擇4臺(tái)(互為備用)回水加壓泵并聯(lián),單臺(tái)水泵的并聯(lián)流量折減系數(shù)仍取0.85,可計(jì)算得到單臺(tái)回水加壓泵流量為1 724.1 m3/h?；厮訅罕眠x型參數(shù)為:流量1 818 m3/h,揚(yáng)程115 m,電機(jī)輸入電功率800 kW。

② 方案2

方案2設(shè)計(jì)參數(shù)見圖4。方案2隔壓熱力站供水壓力與供水中繼泵出口壓力一致,隔壓熱力站回水壓力與回水中繼泵進(jìn)口壓力一致。為滿足長(zhǎng)輸熱網(wǎng)水力平衡,在隔壓換熱機(jī)組進(jìn)口設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥,將隔壓換熱機(jī)組進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)至1.17 MPa。

圖4 方案2設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)圖4中方案2設(shè)計(jì)參數(shù),供水中繼泵進(jìn)、出口壓力分別為0.82、1.54 MPa,可計(jì)算得到供水中繼泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為73.5 m。選擇4臺(tái)(互為備用)供水中繼泵并聯(lián),單臺(tái)水泵的并聯(lián)流量折減系數(shù)取0.85,可計(jì)算得到單臺(tái)供水中繼泵設(shè)計(jì)流量為5 707.9 m3/h。供水中繼泵選型參數(shù)為:流量5 710 m3/h,揚(yáng)程80 m,電機(jī)輸入電功率1 800 kW?；厮欣^泵也采用4臺(tái)(互為備用)并聯(lián)方式,設(shè)計(jì)揚(yáng)程為77.6 m,設(shè)計(jì)流量為5 707.9 m3/h,選型參數(shù)為:流量5 710 m3/h,揚(yáng)程80 m,電機(jī)輸入電功率1 800 kW。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

① 設(shè)備購置費(fèi)

方案1:供、回水中繼泵價(jià)格(水泵價(jià)格含配套變頻器)均為199×104元/臺(tái),回水加壓泵價(jià)格為124×104元/臺(tái),可計(jì)算得到方案1的設(shè)備購置費(fèi)為2 088×104元。

方案2:供、回水中繼泵價(jià)格均為296×104元/臺(tái),可計(jì)算得到方案1的設(shè)備購置費(fèi)為2 368×104元。

由計(jì)算結(jié)果可知,方案1的設(shè)備購置費(fèi)比方案2低280×104元。

② 運(yùn)行電費(fèi)

采用文獻(xiàn)[1]提供的計(jì)算方法,將供暖期運(yùn)行時(shí)間折算成最大熱負(fù)荷利用時(shí)間。供暖室外設(shè)計(jì)溫度為-7 ℃,供暖期室外平均溫度1.10 ℃,供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18 ℃,供暖開始、結(jié)束室外溫度均為8 ℃,供暖時(shí)間121 d,額定熱負(fù)荷1 354 MW。根據(jù)已知數(shù)據(jù),可計(jì)算得到最大熱負(fù)荷利用時(shí)間1 941.5 h。電價(jià)按0.503 元/(kW·h)計(jì)算,水泵綜合效率取0.85?？捎?jì)算得到方案1:供水中繼泵供暖期耗電量為619.61×104kW·h,回水中繼泵供暖期耗電量為654.17×104kW·h,回水加壓泵供暖期耗電量為413.36×104kW·h,供暖期總耗電量為1 687.14×104kW·h,供暖期運(yùn)行電費(fèi)為848.63×104元。采用同樣方法,可計(jì)算得到方案2:供水中繼泵供暖期耗電量為887.77×104kW·h,回水中繼泵供暖期耗電量為937.28×104kW·h,供暖期耗電量為1 825.05×104kW·h,供暖期運(yùn)行電費(fèi)為918.00×104元。

由計(jì)算結(jié)果可知,方案1的供暖期運(yùn)行電費(fèi)比方案2低69.37×104元。

③ 綜合比較

與方案2相比,方案1的設(shè)備購置費(fèi)低280×104元,供暖期運(yùn)行電費(fèi)低69.37×104元。

4 結(jié)論

針對(duì)長(zhǎng)輸熱網(wǎng)隔壓熱力站與中繼泵站合建情況,宜采用分支點(diǎn)在中繼泵站前引出,技術(shù)經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于分支點(diǎn)在中繼泵站后引出。