某集中供熱熱源可靠性提升改造工程方案

李若函

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

城市集中供熱工程作為現(xiàn)代化城市主要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是能源建設(shè)的重要組成部分。通過本工程建設(shè)可極大提高熱源廠的供熱可靠性，提高供熱質(zhì)量，同時可擴展供熱能力來滿足未來城區(qū)發(fā)展對供熱的需求，而且項目建設(shè)對未來發(fā)展提供了良好的擴展條件，進一步完善城區(qū)的集中供熱系統(tǒng)，滿足城市發(fā)展對集中供熱的需要。

1 熱負荷

本項目只考慮建筑采暖熱負荷。

1.1 采暖熱指標

本工程供熱區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有建筑中主要為民用住宅和商服公企，其建筑所占比例本別為81%和19%。

根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》(GJJ34-2010)對采暖熱指標標準推薦值，民用住宅設(shè)計采暖熱指標選取47W/m2，商服公企設(shè)計采暖熱指標選取63W/m2，則本工程的采暖綜合熱指標為47×0.81+63×0.19=50W/m2。

因此確定本工程設(shè)計采暖綜合熱指標為50W/m2。

1.2 設(shè)計熱負荷

某城區(qū)現(xiàn)有供熱建筑總面積為400×104m2，已全部實現(xiàn)集中供熱。2019年總?cè)丝跒?0.86萬人，近三年城區(qū)建筑面積年增長按每年20×104m2考慮，供熱區(qū)域內(nèi)規(guī)劃總負荷2022年將達到460×104m2。規(guī)劃遠期2030年預(yù)計設(shè)計熱負荷將達到約500×104m2建筑面積設(shè)計。因而本工程近期設(shè)計熱負荷按規(guī)劃460×104m2建筑面積設(shè)計。

采用下列公式計算小時采暖期最大、最小、平均熱負荷數(shù)值。

熱負荷計算公式：Q=qF(ti-ta)/(ti-to.h)

q—采暖熱指標：W/m2

F—采暖面積：m2

Ta—采暖期平均計算溫度：-12.5℃

To.h—采暖室外計算溫度：-29.5℃

ti—采暖室內(nèi)設(shè)計溫度：18℃

采暖期天數(shù)：197天

經(jīng)計算確定采暖設(shè)計熱負荷見表1

表1 采暖最大、平均、最小設(shè)計熱負荷

2 鍋爐選型

按目前常用的鍋爐燃燒方式考慮，主要有以下幾種方式可供選擇：即循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐。煤粉爐雖然生產(chǎn)和運行技術(shù)經(jīng)驗成熟，但制粉系統(tǒng)復(fù)雜，煤種適應(yīng)性差，鍋爐負荷率調(diào)節(jié)范圍一般在70%～100%之間，只有在穩(wěn)定工況下運行，方能獲得較高的燃燒效率。循環(huán)流化床鍋爐為近年來興起的新型鍋爐，與其它爐型鍋爐相比具有燃料適應(yīng)性好，燃燒系統(tǒng)簡單，負荷調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)性能好，污染物排放低等優(yōu)點。本項目從節(jié)約能源的角度考慮，應(yīng)盡可能選擇容量大、燃燒效率高的大型鍋爐。熱源廠現(xiàn)有鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)規(guī)范要求，鍋爐的選擇宜選用容量和燃燒設(shè)備相同的鍋爐，因此本次擴建工程鍋爐選擇循環(huán)流化床鍋爐[1-3]。

3 方案說明

從供熱現(xiàn)狀來看，目前熱源廠建設(shè)有2×150t/h蒸汽鍋爐+2×25MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組，但是根據(jù)相關(guān)資料表明目前鍋爐運行狀態(tài)較差，其中一臺150t/h鍋爐出力僅能達到110t/h，目前設(shè)計供熱能力164.6MW，折算供熱建筑面積約329.1×104m2，熱源廠已嚴重超出設(shè)計供熱能力，僅能在運行時將機組停運，將鍋爐主蒸汽減溫減壓后進行供熱[4-6]。

從城市未來發(fā)展來看，本工程擴建鍋爐將承擔新增建筑供熱面積，供熱區(qū)域內(nèi)規(guī)劃總負荷2022年將達到460×104m2。現(xiàn)有熱源廠已難以應(yīng)對供熱面積和供熱負荷的逐年增長。本期擴建一臺蒸汽鍋爐，使現(xiàn)有機組能夠滿負荷運行，同時未來遠期可在擴建機爐滿足發(fā)展需要。根據(jù)發(fā)展現(xiàn)階段可擴建1×150t/h蒸汽鍋爐，富余蒸汽可在采暖尖峰期短時減溫減壓供熱。未來根據(jù)發(fā)展可再擴建相應(yīng)背壓機組滿足供熱需要。

從供熱安全可靠性來看，目前熱源廠建設(shè)有2×150t/h蒸汽鍋爐+2×25MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組。雖目前熱源廠供熱能力滿足供熱需要，但當出現(xiàn)事故狀態(tài)，其中一臺鍋爐停止供熱，則會造成熱源廠供熱能力減少50%，即熱源系統(tǒng)的事故保證率僅為50%，不符合相關(guān)規(guī)范要求的65%最低要求。擴建一臺150t/h蒸汽鍋爐事故保證率可達到71%，滿足規(guī)范最低要求[7-9]。

按照目前上述情況，熱源廠應(yīng)同時擴建鍋爐和機組來滿足供熱需求，但是現(xiàn)階段由于項目審批程序繁瑣，時間較長，而城區(qū)熱負荷有明顯的增長趨勢，增加供熱能力迫在眉睫。因此，本項目現(xiàn)階段擴建一臺150t/h蒸汽鍋爐，提高熱源廠鍋爐的運行效率，解決供熱系統(tǒng)安全性和高效性的需要，滿足未來城區(qū)發(fā)展對供熱的需求。

4 裝機方案

4.1 汽平衡

本工程正常工況的汽平衡情況見表2。

表2 汽(熱)平衡表

4.2 機組運行方式

由汽平衡可知，冬季采暖期最大負荷工況時，3×150t/h鍋爐運行，汽機進氣量為321.6t/h，汽機供熱為170.35MW；利用電廠4.9/0.196MPa的減溫減壓器供采暖調(diào)峰用熱，減溫減壓器進氣量為56.8t/h，需要減溫減壓器供熱47.9MW。

冬季采暖期平均負荷工況時，2×150t/h鍋爐運行，汽機進氣量為261/h，汽機可供采暖用汽量為223.1t/h，不需要減溫減壓器供汽。

冬季采暖期最小負荷工況時，1×150t/h鍋爐運行，汽機進氣量為108.9t/h，汽機可供采暖用汽量為95.1t/h，不需要減溫減壓器供汽。

由此可知，鍋爐冬季可穩(wěn)定運行。冬季采暖期最大負荷工況時，一旦1×150t/h鍋爐事故時，全廠運行剩余2×150t/h鍋爐，汽機可外供首站蒸汽248.6t/h，供熱能力為164.6MW。熱源在最不利條件的事故狀態(tài)下事故保證率為71.6%，滿足相關(guān)規(guī)范要求，供熱可靠性較好。

4.3 熱經(jīng)濟指標

裝機方案熱經(jīng)濟指標計算結(jié)果列于熱經(jīng)濟指標表3。

表3 熱經(jīng)濟指標表

5 結(jié)論

通過以上分析，本工程建設(shè)方案可以滿足當?shù)毓嵝枰?，同時具有良好的可靠性和負荷變化適應(yīng)性。故本工程建設(shè)方案是合理的。