關于利用電站鍋爐長距離集中供熱的探討

羅申國

(煤炭工業(yè)太原設計研究院，山西 太原 030001)

晉城市位于山西省東南部，是重要的能源、煤化工基地，煤炭外運通暢。為提高城區(qū)環(huán)境質(zhì)量和居民的生活水平，改善城區(qū)以分散鍋爐房與家用小爐具為主的采暖供熱現(xiàn)狀，晉城市政府決定在全市范圍內(nèi)實施城市集中供熱工程并制定了《晉城市城市供熱專項規(guī)劃》。根據(jù)供熱規(guī)劃，北石店區(qū)城市化改造區(qū)集中供熱的建筑面積近期500萬m2，遠期700萬m2，除180萬m2供熱面積由王臺熱電分公司現(xiàn)有熱源提供外，剩余建筑面積供熱需新建熱源廠或利用其他現(xiàn)有熱源。

晉煤集團成莊資源綜合利用電廠(以下簡稱“成莊50 MW電廠”)與成莊熱電廠、洗煤廠相鄰，建設規(guī)模為1×55 MW冷凝式汽輪發(fā)電機組+1×240 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐燃料來自成莊礦井洗煤廠生產(chǎn)工程中產(chǎn)生的煤泥和煤矸石。成莊熱電廠建設規(guī)模為3×6 MW，裝機為3×6 MW抽汽凝汽式汽輪機組+4×35 t/h鏈條爐，2006年進行了技術改造，安裝10×1.8 MW燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組，置換下3臺6 MW汽輪機組，4臺35 t/h鍋爐中的2臺用于成莊礦供熱，另2臺備用。

考慮到成莊50 MW電廠目前環(huán)評未通過驗收，時刻面臨關停的風險，擬利用成莊50 MW電廠和成莊熱電廠現(xiàn)有鍋爐及配套設施，輸送蒸汽或高溫熱水至晉城市北石店區(qū)王臺熱電分公司南側(cè)新建換熱站，換熱后供北石店區(qū)居民集中用熱，替代近期擬建熱源廠供熱鍋爐，這樣不僅可以充分利用現(xiàn)有成莊兩個電廠固定資產(chǎn)，解決成莊礦污水、煤矸石以及煤泥的排放和電廠現(xiàn)有職工就業(yè)問題，而且還可以減少擬建熱源廠對晉城市的環(huán)境污染。

1 北石店區(qū)集中供熱熱源、熱負荷和供熱介質(zhì)

《晉城市城市供熱專項規(guī)劃》中將晉城市集中供熱系統(tǒng)分為11個熱區(qū)，而北石店區(qū)是其中之一。北石店區(qū)是晉城市“六區(qū)聯(lián)動、組團發(fā)展”的重要組成部分，建設用地8.65 km2，城市人口8萬，主要用于居住、公建、工業(yè)、倉儲用地，為城市生產(chǎn)生活的綜合片區(qū)。根據(jù)供熱專項規(guī)劃，北石店城市化改造區(qū)域近期(2009—2015年)形成500萬 m2的供熱能力，遠期(2009—2020年)滿足700萬m2的供熱需求。

目前，北石店區(qū)集中供熱熱源主要來自王臺熱電分公司現(xiàn)有的4臺40 t/h和1臺80 t/h循環(huán)流化床鍋爐，供熱能力為180萬m2。隨著北石店區(qū)城市化改造工程的實施和各項公用建筑、居民建筑相繼竣工，北石店區(qū)近期集中供熱缺口為320萬m2，按規(guī)劃建筑綜合熱指標58 W/m2計算，缺口供熱負荷為185.6 MW;遠期總規(guī)劃供熱面積為520萬m2，供熱負荷為262.08 MW。

供熱規(guī)劃中供熱介質(zhì)選用高溫熱水，采用二次網(wǎng)供熱系統(tǒng)，一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃，經(jīng)過換熱站交換為85/60℃低溫熱水向用戶供熱。

2 電廠供熱能力分析

成莊50 MW電廠安裝有1臺240 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，額定蒸發(fā)量240 t/h，最大連續(xù)蒸發(fā)量260 t/h，蒸汽參數(shù)為 9.8 MPa、540℃，現(xiàn)主要用于發(fā)電;成莊熱電廠原有的3臺6 MW汽輪機組已經(jīng)拆除，剩下4臺35 t/h鏈條爐冬季供成莊礦用熱，單臺鍋爐額定蒸發(fā)量 35 t/h，蒸汽參數(shù)為 3.82 MPa、450℃。

成莊50 MW電廠汽機停運后，鍋爐蒸發(fā)量按240 t/h計算，除去自用蒸汽18 t/h，可對外供蒸汽量222 t/h，換熱后凝結(jié)水按90℃計算，則每噸蒸汽供熱量為0.86 MW，可對外供熱量190.92 MW。成莊熱電廠4臺鍋爐總蒸汽量為140 t/h，而成莊礦現(xiàn)有供熱面積約50萬m2，考慮將來供暖面積的增加，自用蒸汽量按66 t/h考慮，則可對外供蒸汽量74 t/h，換熱后凝結(jié)水按90℃計算，則每噸蒸汽供熱量為0.82 MW，可對外供熱量60.68 MW，2個電廠對外供熱量合計約251.6 MW。

3 長距離輸送管網(wǎng)調(diào)研情況

集中供熱管網(wǎng)供熱介質(zhì)有熱水和蒸汽兩種。通過對華電大同第一熱電廠及長治襄垣誠豐電力有限公司的長距離輸送熱水、江蘇南通天生港發(fā)電有限公司及太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司的長距離輸送蒸汽項目進行調(diào)研。熱水供熱管網(wǎng)中，襄垣誠豐電力有限公司最長輸送距離11 km，管徑700 mm，供熱一次管網(wǎng)溫降為0.5℃/km，壓降為0.05 MPa/km。根據(jù)相關資料，國內(nèi)大落差、復雜地形熱水供熱系統(tǒng)設計超過100 m落差的熱水供熱系統(tǒng)有新疆烏魯木齊南區(qū)熱網(wǎng)工程(落差144 m)、國電新疆紅雁池發(fā)電有限公司熱網(wǎng)工程(落差143 m)等大型熱網(wǎng)工程。蒸汽供熱管網(wǎng)中，太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司輸送管線設計31 km，一期工程已投運，管線長20 km，管徑700 mm，供汽管網(wǎng)溫降為5℃ /km ～7℃ /km，壓降為0.02～0.04 MPa/km。通過調(diào)研并結(jié)合目前國內(nèi)已投入運行的熱網(wǎng)工程實例來看，長距離、大落差供熱工程輸送方案技術可行，輸水方案主要用于城市集中供熱，輸汽方案主要用于工業(yè)生產(chǎn)。

4 線路選擇

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，以及業(yè)主提供的地形圖資料，本著供熱管線布置便于安裝和維護的原則，盡量沿公路兩側(cè)敷設，選定總長度約23 km，起點成莊礦地形標高830 m，終點王臺熱電分公司地形標高798 m，沿途最高點地形標高1 041 m，最低點地形標高約790 m，全程地勢落差約為251 m。

5 輸送方案

5.1 熱水輸送方案

5.1.1 設計技術原則

1)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范》(CJJ34－2002)第1.0.2條規(guī)定，供熱熱水介質(zhì)設計壓力小于或等于2.5 MPa，設計溫度小于或等于200℃，故成莊至王臺供熱管道以設計壓力不超過2.5 MPa為基準進行設計。

2)晉城市供熱規(guī)劃中一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃，管網(wǎng)設計壓力為1.6 MPa。為了保證與規(guī)劃中供熱管網(wǎng)的壓力等級匹配及日后與王臺新建熱源廠聯(lián)網(wǎng)運行，在王臺熱電分公司儲氣柜南側(cè)設一座隔壓換熱站。

3)供熱管道散熱損失參照調(diào)研數(shù)據(jù)，供水管道溫降按0.5℃/km，回水管道溫降按0.3℃/km。

5.1.2 供熱能力

50 MW機組停運，加上熱電廠富余80 t/h汽量，蒸汽換成高溫熱水全部外供，供水管道溫降按0.5℃/km，回水管道溫降按0.3℃/km，輸送距離23 km，王臺隔壓換熱站一次網(wǎng)供回水溫度130/70℃，則成莊電廠供回水溫度為150/90℃。成莊電廠起點供熱量251.6 MW，管路熱損失67.3 MW，送至王臺換熱站供熱量184.3 MW，可帶供熱面積354萬m2。

5.1.3 加壓泵站配置

根據(jù)地形圖，通過上述水力計算，繪制出線路1供熱管網(wǎng)的水壓圖。通過水力計算分析，設計管徑為供水 DN800，回水 DN800，設計壓力 2.5 MPa，最大工作壓力2.45 MPa，設計供回水溫度為150/90℃，管道壓力降48.2 Pa/m，整個供水、回水管路阻力損失合計約2 217 kPa(221.7 mH2O)，需在供熱管網(wǎng)回水管路上設3處加壓泵，分別是成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺隔壓換熱站，中繼泵站設在距成莊約9 km處的靳溝村東側(cè)。為保證整個供熱管道系統(tǒng)不倒空、不汽化，須在李山村和宋家掌村之間開鑿隧道，長度約2.8 km，凈截面尺寸寬4 m，高2.5 m。供熱管網(wǎng)定壓方式采用補水泵定壓，定壓點設在成莊汽水換熱首站循環(huán)泵出口。

5.1.4 投資估算

經(jīng)初步估算，包括成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺隔壓換熱站的全部土建工程費、設備及工器具購置費、安裝工程費及工程建設其他費用，23 km輸送管道和征地費用，總投資約30 301萬元。

5.2 蒸汽輸送方案

5.2.1 設計技術原則

1)常規(guī)蒸汽管道輸送距離一般為6～8 km，最長不超過10 km，每公里溫度降15℃ ～20℃，壓降0.06～0.1 MPa，管網(wǎng)漏損、疏水 15% ～30%。根據(jù)調(diào)研情況，新型長輸熱網(wǎng)技術長輸距離可達30 km，每公里溫降 5℃ ～7℃，壓降0.01 ～0.02 MPa，管網(wǎng)漏損、疏水損失初期7% ～8%，正常為2%。

2)因本項目供熱區(qū)域內(nèi)的熱用戶為采暖熱用戶，采暖換熱站一般采用0.4 MPa飽和蒸汽進行熱交換集中供熱水，故確定王臺換熱站末端蒸汽參數(shù)為0.5 MPa，160℃。

3)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范》(CJJ34－2002)第1.0.2條規(guī)定，供熱蒸汽介質(zhì)設計壓力小于或等于1.6 MPa，設計溫度小于或等于350℃，故2個電廠蒸汽分別減溫減壓至 1.5 MPa、340℃ 后，進入輸汽管道。

5.2.2 供汽方案

供汽方案根據(jù)敷設管道數(shù)量不同，有敷設1根DN1000管路和敷設2根DN700管路兩種方案，通過水力計算，兩種方案輸送管道末端蒸汽參數(shù)均能滿足要求，方案一管線投資略低，但管徑大，不便于安裝和維護;方案二供汽可靠性高，當1條管路故障時，還能保證50%供熱負荷。

故從保證供熱管道安全、穩(wěn)定運行方面考慮，建議采用方案二，即從成莊電廠敷設兩路蒸汽管線至王臺換熱站。換熱后的冷凝水進行回收，將296 t/h蒸汽冷凝后，按98%回收率，凝結(jié)水量約290 t/h，管徑DN300，凝結(jié)水泵選用高壓給水泵，布置在王臺換熱站內(nèi)。

5.2.3 供熱能力

成莊電廠外供蒸汽量296 t/h，2根蒸汽輸送管道管徑DN700，凝結(jié)水管道1根，管徑DN300，管路熱損失40 MW，送至王臺換熱站供熱量206.3 MW，可帶供熱面積366萬m2。

5.2.4 投資估算

經(jīng)初步估算，包括成莊電廠蒸汽減溫減壓和調(diào)壓裝置改造、王臺換熱站的全部土建工程費、設備及工器具購置費、安裝工程費及工程建設其他費用，23 km輸送管道和征地費用，總投資約32 391萬元。

5.3 熱水和蒸汽輸送方案運行成本分析

熱水和蒸汽輸送方案運行成本見表1。

表1 熱水和蒸汽輸送方案運行成本表

5.4 供熱方案

熱水和蒸汽兩種輸送方案相比較，熱水輸送方案便于調(diào)節(jié)、熱水蓄熱能力強、熱穩(wěn)定性好，但需要設置中繼泵站和開鑿隧道，施工和運行維護難度大、運行費用高;蒸汽輸送方案靠自身壓力，不用泵送和耗電，不必考慮靜壓，但熱穩(wěn)定性差、安全性差、出現(xiàn)故障時容易造成燙傷事故，常規(guī)的蒸汽輸送距離不能滿足本項目要求，需要采用長輸管網(wǎng)專利技術，投資偏高。綜合考慮，建議采用熱水輸送方案。

6 結(jié)語及建議

利用成莊兩個電廠現(xiàn)有鍋爐集中供熱，根據(jù)調(diào)研情況和理論計算，成莊至王臺長距離管道輸送熱水供熱方案技術可行，可以保證北石店區(qū)集中供熱近期320萬m2供熱面積用熱需求，能充分利用現(xiàn)有成莊兩個電廠固定資產(chǎn)，解決成莊礦污水、煤矸石以及煤泥的排放和電廠現(xiàn)有職工就業(yè)問題，減輕擬建熱源廠對晉城市的環(huán)境污染，具有較好的社會環(huán)境效益，也為類似電站閑置鍋爐的利用開辟了一條新途徑。

［1］王國興.長輸熱網(wǎng)專利技術在集中供熱工程中的應用［EB/OL］.［2011－01－12/2013－07－02］.http://wenku.baidu.com/view/b26e08da6f1aff00bed51e78.html.

［2］北京市煤氣熱力工程設計院.CJJ34－2002城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002:12－13.