熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目熱網(wǎng)工程供熱方案范文

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《發(fā)電與空調(diào)雜志》2014年第四期

1供熱方案設(shè)計(jì)

1.1熱源概況

該項(xiàng)目為滿足城市冬季供熱質(zhì)量及供熱安全性，熱源由主熱源及調(diào)峰熱源構(gòu)成[1]。主熱源為于2002年已投產(chǎn)發(fā)電的熱電廠，此次三期需擴(kuò)建設(shè)備為2×350MW抽汽凝汽式間接空冷汽輪發(fā)電機(jī)組配2×1200t/h超臨界、一次中間再熱燃煤鍋爐。調(diào)峰熱源為2004年已建成的城西供熱站，設(shè)備為高溫?zé)崴?30℃/80℃）供熱鍋爐，現(xiàn)裝機(jī)容量為4×58MW+1×84MW，供熱能力為316MW，可供熱面積約為550萬(wàn)m2。熱源的裝機(jī)容量及外供熱量詳見(jiàn)表1。事故狀態(tài)下的緊急預(yù)案計(jì)劃將（2×350MW）熱電聯(lián)產(chǎn)配套管網(wǎng)與調(diào)峰配套管網(wǎng)實(shí)施聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在冬季采暖期內(nèi)若出現(xiàn)某一熱源設(shè)備故障，兩管網(wǎng)間可相互貫通，將事故影響降低到最小范圍。區(qū)域內(nèi)最大熱負(fù)荷為725MW，若熱電廠出現(xiàn)單臺(tái)350MW機(jī)組故障，另一臺(tái)機(jī)組與調(diào)峰聯(lián)網(wǎng)，供熱能力達(dá)631MW，事故最低熱保障率為87%；若調(diào)峰1×84MW故障，電廠與調(diào)峰其他鍋爐聯(lián)網(wǎng)，可將熱保障率控制為100%。該方案的實(shí)施可充分保證城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

1.2供熱方案

1.2.1首站方案據(jù)對(duì)其他城市已建成熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的了解，首站位置一般為二種方案。第一種方案為熱電廠將蒸汽送至用戶附近設(shè)立首站，以縮小熱水管網(wǎng)的高差；第二種方案為在電廠內(nèi)設(shè)立首站，以符合熱力站要求的130～80℃的高溫水送至用戶熱力站。第一種方案適用于供熱區(qū)域內(nèi)有超壓熱力站，需要熱電廠提高機(jī)組的抽氣壓力，降低發(fā)電量，且蒸汽輸送熱損失較大，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)而言非常不經(jīng)濟(jì)，故該項(xiàng)目選用第二方案。

1.2.2（2×350MW）熱電聯(lián)產(chǎn)方案考慮到城市中心區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀管網(wǎng)的實(shí)際情況，盡量利用現(xiàn)有管網(wǎng)，避免對(duì)城市道路的破壞，因此該方案確定熱電廠與調(diào)峰鍋爐房之間進(jìn)行切網(wǎng)運(yùn)行。在保證供暖質(zhì)量與供暖安全的前提下，確保熱電廠最大供熱負(fù)荷，以減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。室外溫度為5℃，供熱系統(tǒng)開(kāi)始供熱，在溫度降至-1℃過(guò)程中，電廠2×350MW作為系統(tǒng)熱源；室外溫度降至-2℃系統(tǒng)開(kāi)啟調(diào)峰熱源，與2×350MW熱電實(shí)施切網(wǎng)運(yùn)行。

1.3供熱管網(wǎng)

1.3.1供熱參數(shù)的確定該工程供熱區(qū)域內(nèi)有大量原有供熱站的配套一次、二次管網(wǎng)，為了充分利用原有供熱系統(tǒng)設(shè)施，便于與原系統(tǒng)相銜接，供熱管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)為：一級(jí)熱網(wǎng)水溫130℃/80℃，耐壓等級(jí)1.6MPa；二級(jí)熱網(wǎng)普散系統(tǒng)水溫85℃/60℃，地暖系統(tǒng)水溫50℃/40℃，耐壓等級(jí)1.0MPa。系統(tǒng)原理如圖1所示。

1.3.2補(bǔ)償方式該工程管網(wǎng)敷設(shè)主要采用無(wú)補(bǔ)償熱安裝直埋敷設(shè)方式，僅在部分與原有管道相連接或與其他熱源并網(wǎng)處采用有補(bǔ)償方式。管徑＜DN500mm以下管道采用直埋無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式，管徑≥DN500mm管道采用直埋無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝方式。

2水力計(jì)算

2.1水力計(jì)算的條件及原則根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2010），熱網(wǎng)供/回水溫度取130℃/80℃；管道絕對(duì)粗糙度K為0.5mm；管內(nèi)介質(zhì)流速不大于3.5m/s。根據(jù)同等類(lèi)型規(guī)模換熱站經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，局部阻力損失附加α值取20%；干線末端換熱站內(nèi)供回水壓差按13mH2O考慮。

2.2計(jì)算結(jié)果管網(wǎng)阻力計(jì)算。計(jì)算得出該項(xiàng)目一級(jí)熱網(wǎng)水力計(jì)算的管道比摩阻基本控制在30～80Pa/m，支管的比摩阻小于300Pa/m。該項(xiàng)目一次熱網(wǎng)最不利環(huán)路為電廠首站B～31#換熱站管段，總長(zhǎng)為8357m×2，供回水總阻力損失為637.99kPa。

2.3熱網(wǎng)循環(huán)水泵及系統(tǒng)定壓

2.3.1熱網(wǎng)循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程校核該工程的熱網(wǎng)循環(huán)水泵在電廠內(nèi)的供熱首站內(nèi)，（2×350MW）機(jī)組一級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的流量按電廠首站設(shè)計(jì)供熱能力630MW進(jìn)行計(jì)算，得出該工程一級(jí)熱網(wǎng)最大流量為10833.5t/h。外網(wǎng)環(huán)路損失包括：熱網(wǎng)環(huán)路的阻力損失為73.4mH2O；小區(qū)換熱站內(nèi)部阻力取10mH2O；首站除污器取0.5mH2O；首站內(nèi)部阻力取9.5mH2O。以上數(shù)據(jù)相加得到近期首站循環(huán)水泵的總揚(yáng)程H為93.4mH2O。本期新建主管網(wǎng)B～F10管段最大流量為404.48（t/h），遠(yuǎn)期機(jī)組最大規(guī)模747MW的設(shè)計(jì)流量可達(dá)10704.56（t/h）?，F(xiàn)電廠首站采購(gòu)熱網(wǎng)循環(huán)水泵四臺(tái)，單臺(tái)水泵流量為3035t/h，揚(yáng)程130mH2O，可滿足熱網(wǎng)運(yùn)行及規(guī)范要求。循環(huán)水泵擬采用變頻控制方式，以達(dá)到節(jié)能要求。

2.3.2系統(tǒng)定壓及水壓圖該工程的供熱半徑約11.6km，主熱源位于整個(gè)系統(tǒng)地勢(shì)標(biāo)高的中部與最高點(diǎn)熱用戶相差不太大，計(jì)算出靜水壓線高度為39.9mH2O，實(shí)際取40mH2O。一級(jí)熱水管網(wǎng)的定壓采用變頻調(diào)速定壓方式，定壓點(diǎn)設(shè)于熱電廠首站循環(huán)水泵入口，定壓點(diǎn)壓力取400kPa，因此補(bǔ)水泵揚(yáng)程定為40mH2O。通過(guò)對(duì)最不利工況（tw=-12℃）進(jìn)行水力計(jì)算分析得出，當(dāng)室外溫度在-4～-12℃時(shí)，熱電廠與調(diào)峰熱源同時(shí)運(yùn)行，一級(jí)熱網(wǎng)主干管實(shí)施切網(wǎng)運(yùn)行。根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果及熱網(wǎng)的地形標(biāo)高，繪制熱網(wǎng)主干線的水壓圖，可知一級(jí)熱網(wǎng)主干管最不利環(huán)路為首站至31#換熱站，管道總長(zhǎng)8357m×2，干管壓力損失31.9mH2O，供回水最不利損失為63.8mH2O，系統(tǒng)最高點(diǎn)壓力為133.8mH2O，無(wú)超壓現(xiàn)象，如圖2所示。

3熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)

熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式主要有質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)和質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)三種[4]。熱電廠2×350MW熱電機(jī)組，既發(fā)電又供熱，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到一定的水平，另外尚有供熱站作為調(diào)峰熱源，為減少建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，供熱管網(wǎng)采用質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)方式較佳。首先供熱系統(tǒng)在投入運(yùn)行之前，為使供熱介質(zhì)流量的分配符合設(shè)計(jì)工況，采用專(zhuān)用閥門(mén)，對(duì)各配熱干支線的流量進(jìn)行一次調(diào)節(jié)。其次在供熱系統(tǒng)運(yùn)行期間，建筑物的采暖和通風(fēng)等熱負(fù)荷隨室外氣溫而變化，為保證供熱質(zhì)量，該工程將采用遙測(cè)、遙控等自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備（熱網(wǎng)控制器），以控制供熱介質(zhì)的流量、壓力和溫度。質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)方式要求對(duì)熱網(wǎng)和熱源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且首站的熱網(wǎng)循環(huán)水泵需采用變頻調(diào)速泵設(shè)計(jì)。主熱源擔(dān)負(fù)基本負(fù)荷，根據(jù)室外溫度的變化啟動(dòng)調(diào)峰熱源。采暖初期系統(tǒng)流量維持主熱源的設(shè)計(jì)流量不變，隨著室外溫度的降低，供水溫度逐漸升高，當(dāng)室外溫度下降至-9℃以下時(shí)，（2×350MW）熱電聯(lián)產(chǎn)熱電達(dá)到滿負(fù)荷，隨著室外溫度進(jìn)一步下降，（2×350MW）熱電聯(lián)產(chǎn)熱將7座熱力站切給調(diào)峰熱源供熱。

4管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該工程熱網(wǎng)主要包含電廠出口計(jì)量、首站、調(diào)峰熱源、熱力站和關(guān)鍵點(diǎn)。為了節(jié)能，提高供熱效率，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有必要建立計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)、全面的了解熱網(wǎng)的運(yùn)行情況，同時(shí)還是熱網(wǎng)安全、可靠、高效運(yùn)行的保證[5]。

4.1供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)該工程監(jiān)控系統(tǒng)采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)SCADA系統(tǒng)，以工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，進(jìn)行分散控制、集中管理。工程將在首站設(shè)一監(jiān)控中心作為上級(jí)主控中心MCC，成為整個(gè)供熱系統(tǒng)的調(diào)度中心，該調(diào)度中心設(shè)于（2×350MW）熱電聯(lián)產(chǎn)集控室內(nèi)。熱網(wǎng)中選擇重要分支關(guān)鍵點(diǎn)、熱力站和最不利端用戶作為分控中心的下級(jí)本地監(jiān)控站LCM。通過(guò)光纖雙冗余通訊方式將泵站、熱力站、關(guān)鍵點(diǎn)等與監(jiān)控系統(tǒng)相連，上報(bào)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)至上級(jí)監(jiān)控分中心MCC，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由主控中心、監(jiān)控分統(tǒng)中心、本地站、遠(yuǎn)程終端站、通訊網(wǎng)絡(luò)和與監(jiān)控控制有關(guān)的儀表等部分組成。為了檢修方便，建議熱網(wǎng)控制系統(tǒng)與主機(jī)控制系統(tǒng)保持一致。供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3。

4.2主控中心MCC調(diào)度中心（MCC）的任務(wù)為集中監(jiān)測(cè)管理所轄范圍內(nèi)所有供熱熱網(wǎng)，負(fù)責(zé)分析計(jì)算、運(yùn)行指導(dǎo)及故障監(jiān)測(cè)。整個(gè)供熱系統(tǒng)的調(diào)度指揮中心（MCC）必須獲取每一個(gè)LCM的重要數(shù)據(jù)信息，以制定供熱系統(tǒng)的整體運(yùn)行方案。還需對(duì)管網(wǎng)水力工況的檢測(cè)、監(jiān)督，提出經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行方式；顯示各熱源廠及整個(gè)管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)時(shí)在線參數(shù)值；顯示管網(wǎng)的水力工況分析結(jié)果；具備平均負(fù)荷預(yù)測(cè)分析、計(jì)算及管網(wǎng)仿真能力；在事故狀態(tài)下可連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示某一參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。最終構(gòu)成一個(gè)綜合管理信息系統(tǒng)。

4.3本地監(jiān)控站LCM本地監(jiān)控站LCM一般設(shè)置在熱源的出口、關(guān)鍵點(diǎn)及熱力站，以保證熱力管網(wǎng)正常的運(yùn)行工況。監(jiān)控站將所有管網(wǎng)的參數(shù)傳至調(diào)度中心，由調(diào)度中心對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行管理。該熱網(wǎng)設(shè)熱源出口2個(gè)、關(guān)鍵點(diǎn)14個(gè)、熱力站121個(gè)。該熱網(wǎng)的LCM分為熱力站、熱源廠出口、關(guān)鍵點(diǎn)的LCM三種類(lèi)型。熱力站的監(jiān)控參數(shù)包括一級(jí)熱網(wǎng)和二級(jí)熱網(wǎng)監(jiān)控參數(shù)，參數(shù)包括供回水溫度、壓力、循環(huán)水泵狀態(tài)、補(bǔ)水泵狀態(tài)等。熱源廠出口LCM完成本地監(jiān)測(cè)、顯示的同時(shí)，向MCC上傳熱水的溫度、壓力、流量等參數(shù)。關(guān)鍵點(diǎn)LCM監(jiān)控官網(wǎng)運(yùn)行情況，采集用戶的一次進(jìn)出口差壓參數(shù)作為供熱管網(wǎng)干線參數(shù)上傳MCC。

5結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目的主熱源是（2×350MW）熱電廠，其各項(xiàng)建設(shè)條件良好，裝機(jī)容量為2×350MW機(jī)組，具備向該市供熱的條件；采用熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的供熱方式經(jīng)濟(jì)安全、減少環(huán)境污染、改善民生；從運(yùn)行管理的安全便捷及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性上看，一級(jí)網(wǎng)的循環(huán)泵、補(bǔ)水定壓均設(shè)在首站內(nèi)，由電廠統(tǒng)一調(diào)節(jié)；項(xiàng)目總投資100682.28萬(wàn)元，按照目前的供用熱價(jià)格，全部投資的投資回收期（含建設(shè)期）為稅后10.88a，有一定財(cái)務(wù)盈利能力；通過(guò)研究分析，該項(xiàng)目在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面是可行的，項(xiàng)目本身具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，且具有環(huán)保和節(jié)能的綜合效益。由于該項(xiàng)目供熱面積大、管徑大、輸送距離較長(zhǎng)，建議在初步設(shè)計(jì)中采取必要的水擊防范措施，保證管網(wǎng)運(yùn)行安全；應(yīng)加緊建設(shè)該工程的配套熱網(wǎng)工程，盡快發(fā)揮熱電廠應(yīng)有的效益，減少城市污染；供熱管網(wǎng)的路由在初步設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)一步落實(shí)，管網(wǎng)的工程地質(zhì)情況（地勘）應(yīng)在初步設(shè)計(jì)中完成；按照目前的供熱價(jià)格，項(xiàng)目有一定盈利能力，為保證項(xiàng)目順利實(shí)施，還應(yīng)爭(zhēng)取上級(jí)部門(mén)的支持，并注意防范風(fēng)險(xiǎn)。

作者：楊婧文單位：南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院