吳中正， 余建國， 武振宇

(河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，河南鄭州450044)

1 概述

近年來，北方地區(qū)環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，供暖期霧霾天氣增多，大氣環(huán)境治理難度加大。伴隨著中國城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人民對(duì)城市集中供暖的需求越來越強(qiáng)烈。因此，建設(shè)和采取節(jié)能環(huán)保、安全可靠的熱源和供熱方式迫在眉睫。

發(fā)改委、住建部印發(fā)的[2015]2491號(hào)《余熱暖民工程實(shí)施方案》明確提出實(shí)施余熱供暖，可降低供熱成本、提高能源利用率，減少煤炭消耗和污染物排放，是重要的民生工程。利用電廠余熱供暖，不但可以提高電廠能源利用率，還可降低環(huán)境污染。當(dāng)熱電廠作為熱源時(shí)，不可避免存在熱水長距離輸送問題，由于供熱距離較長，受管網(wǎng)阻力、熱源位置及管網(wǎng)沿途地勢高差的影響，易導(dǎo)致管網(wǎng)、用戶出現(xiàn)壓力不足或者超壓。通常可以通過設(shè)置隔壓熱力站、中繼泵站解決上述問題。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)長輸熱網(wǎng)末端中繼泵站、隔壓熱力站的比選進(jìn)行探討。

2 工程概況

某市熱電廠位于城市東郊，配置2臺(tái)額定發(fā)電功率為600 MW的超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)中低壓連通管改造后，供熱能力達(dá)到280 MW，為該市中東部供熱區(qū)域提供熱源。隨著供熱面積增加，熱電廠對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行深度改造，供熱能力增加840 MW，為該市西部供熱區(qū)域提供熱源。熱電廠至西部供熱區(qū)域距離24.5 km，管道規(guī)格DN 1 400 mm，建成后供熱面積約2 400×104m2。

長輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度為130、70 ℃，設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為12 000 t/h。管網(wǎng)沿途地形高差不大，定壓壓力為0.3 MPa。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 方案1

長輸管網(wǎng)末端設(shè)置隔壓熱力站，方案1系統(tǒng)流程見圖1。長輸管網(wǎng)回水(70 ℃)進(jìn)入熱力首站，經(jīng)首站循環(huán)泵加壓送至汽-水換熱器，升溫至130 ℃后送至隔壓熱力站。一部分汽輪機(jī)抽汽經(jīng)汽-水換熱器加熱長輸熱網(wǎng)回水，另一部分用于推動(dòng)小型汽輪機(jī)帶動(dòng)首站循環(huán)泵。小型汽輪機(jī)排汽為熱力除氧器提供蒸汽，汽-水換熱器出口凝結(jié)水經(jīng)除氧器處理后回到鍋爐。一級(jí)熱網(wǎng)回水(60 ℃)進(jìn)入隔壓熱力站后通過熱網(wǎng)循環(huán)泵加壓送至水-水換熱器溫升至120 ℃，然后輸送至用戶(小區(qū)熱力站)。長輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為2.5 MPa，設(shè)計(jì)供、回水溫度為130、70 ℃。一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，設(shè)計(jì)供、回水溫度為120、60 ℃。

圖1 方案1系統(tǒng)流程

熱力首站熱功率為840 MW，配置4臺(tái)汽-水換熱器(單臺(tái)額定換熱功率為210 MW)，采用聯(lián)絡(luò)母管制連接方式，母管上設(shè)置電動(dòng)蝶閥，可實(shí)現(xiàn)單元制運(yùn)行。配置2臺(tái)凝結(jié)水泵，1用1備。配置4臺(tái)首站循環(huán)泵，單臺(tái)質(zhì)量流量為3 300 t/h，并聯(lián)連接，互為備用。對(duì)于4臺(tái)首站循環(huán)泵，其中3臺(tái)由小型汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，剩余1臺(tái)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采取變頻調(diào)速，在啟動(dòng)階段優(yōu)先運(yùn)行。

由于換熱量比較大，隔壓熱力站設(shè)置了13臺(tái)水-水換熱器(單臺(tái)額定換熱功率為70 MW)，互為備用。配置4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，單臺(tái)質(zhì)量流量為3 000 t/h，均由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)連接，互為備用。配置3臺(tái)熱網(wǎng)補(bǔ)水泵，2用1備。配置3臺(tái)軟水裝置，2用1備。方案1熱力首站、隔壓熱力站主要工藝設(shè)備分別見表1、2。

表1 方案1熱力首站主要工藝設(shè)備

3.2 方案2

長輸管網(wǎng)末端設(shè)置中繼泵站，方案2系統(tǒng)流程見圖2。方案2熱力首站的工藝流程與方案1一致，僅出水壓力由方案1的2.5 MPa降至1.6 MPa，

表2 方案1隔壓熱力站主要工藝設(shè)備

因此圖2中未表示熱力首站的工藝流程。方案2長輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，設(shè)計(jì)供、回水溫度為120、60 ℃。一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，設(shè)計(jì)供、回水溫度為120、60 ℃。熱力首站供水(120 ℃)經(jīng)首站循環(huán)泵加壓后，經(jīng)長輸熱網(wǎng)送至中繼泵站。由中繼泵站供水加壓泵輸送至小區(qū)熱力站，回水經(jīng)回水加壓泵送至熱力首站。

圖2 方案2系統(tǒng)流程

熱力首站供熱規(guī)模、設(shè)備類型均與方案1相同，由于設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，首站循環(huán)泵揚(yáng)程比方案1低。中繼泵站供、回水加壓泵均為4臺(tái)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)連接，互為備用，均為變頻。配置3臺(tái)熱網(wǎng)補(bǔ)水泵，2用1備。配置3臺(tái)軟水裝置，2用1備。方案2熱力首站、中繼泵站主要工藝設(shè)備分別見表3、4。

表3 方案2熱力首站主要工藝設(shè)備

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 經(jīng)濟(jì)性分析

① 長輸管道造價(jià)、設(shè)備購置費(fèi)

方案1、2長輸管網(wǎng)保溫管道造價(jià)見表5。單位長度造價(jià)包括供回水管單位長度管材購置費(fèi)、安裝費(fèi)等。方案1、2熱力首站主要工藝設(shè)備購置費(fèi)見表6。方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站主要工藝設(shè)備購置費(fèi)見表7。

表4 方案2中繼泵站主要工藝設(shè)備

表5 方案1、2長輸管網(wǎng)保溫管道造價(jià)

表6 方案1、2熱力首站主要工藝設(shè)備購置費(fèi) 元

表7 方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站主要工藝設(shè)備購置費(fèi) 元

② 運(yùn)行費(fèi)用

供暖期(120 d)長輸管網(wǎng)、一級(jí)管網(wǎng)采取質(zhì)調(diào)節(jié)。方案1、2熱力首站的運(yùn)行方式一致，供暖期電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的首站循環(huán)泵在電動(dòng)機(jī)額定輸入電功率條件下運(yùn)行，3臺(tái)由小型汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的首站循環(huán)泵在小型汽輪機(jī)額定輸出功率條件下運(yùn)行。1臺(tái)凝結(jié)水泵在電動(dòng)機(jī)額定輸入電功率條件下運(yùn)行。經(jīng)計(jì)算，方案1、2熱力首站供暖期耗電量分別為705.6×104、532.8×104kW·h，熱電廠自用電價(jià)取0.4 元/(kW·h)，可計(jì)算得到方案1、2熱力首站供暖期電費(fèi)分別為282.24×104、213.12×104元。

方案1、2熱力首站小型汽輪機(jī)總額定輸出功率分別為6 000、4 200 kW，設(shè)定小型汽輪機(jī)進(jìn)排汽參數(shù)與文獻(xiàn)[1]給出的一致，采用文獻(xiàn)[1]給出的方法計(jì)算得到方案1、2的小型汽輪機(jī)的額定耗汽量分別為118、83 t/h。熱電廠自用蒸汽價(jià)格取80 元/t，可計(jì)算得到方案1、2供暖期小型汽輪機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用為2 718.72×104、1 912.32×104元。

方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站的熱網(wǎng)循環(huán)泵、供水加壓泵、回水加壓泵均在電動(dòng)機(jī)額定輸入電功率條件下運(yùn)行，補(bǔ)水泵、軟水裝置的部分負(fù)荷率取0.7[2]，可計(jì)算得到方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站供暖期耗電量分別為2 086.10×104、1 632.56×104kW·h。工業(yè)電價(jià)取0.76 元/(kW·h)，可計(jì)算得到方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站供暖期電費(fèi)分別為1 585.44×104、1 240.75×104元。

③ 經(jīng)濟(jì)性分析

由以上計(jì)算結(jié)果可知，方案1、2的長輸管道造價(jià)和設(shè)備購置費(fèi)分別為38 125×104、33 130×104元。供暖期運(yùn)行費(fèi)用分別為4 586.4×104、3 366.19×104元。因此，方案1的長輸管道造價(jià)和設(shè)備購置費(fèi)、供暖期運(yùn)行費(fèi)用均高于方案2。

4.2 技術(shù)性分析

對(duì)于采取設(shè)置中繼泵站的方案2，由于供水溫度比較高，供水加壓泵的運(yùn)行環(huán)境惡劣，易縮短水泵使用壽命。

雖然方案1的長輸管道造價(jià)、設(shè)備購置費(fèi)與供暖期運(yùn)行費(fèi)用均比較高，但是隔壓熱力站將長輸管網(wǎng)與一級(jí)管網(wǎng)隔離為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，有利于城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。因此，推薦采用設(shè)置隔壓熱力站的方案。

5 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)長輸熱網(wǎng)末端隔壓熱力站、中繼泵站的比選進(jìn)行探討。方案1為在長輸管網(wǎng)(設(shè)計(jì)壓力為2.5 MPa)末端設(shè)置隔壓熱力站，方案2為在長輸管網(wǎng)(設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa)末端設(shè)置中繼泵站。雖然方案1的長輸管道造價(jià)、設(shè)備購置費(fèi)與供暖期運(yùn)行費(fèi)用均高于方案2，但是隔壓熱力站將長輸管網(wǎng)與一級(jí)管網(wǎng)隔離為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，有利于城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。推薦采用方案1即設(shè)置隔壓熱力站的方案。