城市集中供熱管網(wǎng)改造分析

楊鐘

摘 要：隨著城市的發(fā)展和人們生活水平的提高，以分散小鍋爐房和家庭土法采暖為主要的供熱已不能滿足人們生活的需求，采用集中供熱，提高能源利用效率，降低能源消耗，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大降低了燃煤帶來(lái)的環(huán)境污染，配合集中供熱熱源的供熱管網(wǎng)改造，才能最大限度的發(fā)揮集中熱源的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：集中供熱；熱電聯(lián)產(chǎn)；能源利用效率；一級(jí)管網(wǎng)；二級(jí)管網(wǎng)；換熱站；調(diào)度中心

文章以一實(shí)際案列分析供熱管網(wǎng)改造。根據(jù)《當(dāng)?shù)責(zé)犭娐?lián)產(chǎn)規(guī)劃（2011～2020年）》，以熱電廠為城區(qū)集中供熱主熱源，熱電廠近期裝機(jī)容量為2×12MW背壓機(jī)組，配3×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，并在主熱源廠區(qū)內(nèi)建設(shè)調(diào)峰鍋爐房一座，裝機(jī)容量為58MW。該城市管網(wǎng)的現(xiàn)狀：（1）該城區(qū)現(xiàn)有的管網(wǎng)大部分為八十年代敷設(shè)運(yùn)行時(shí)間久且保溫及其簡(jiǎn)易均不能滿足保溫和防腐要求。（2）現(xiàn)狀供熱管網(wǎng)漏水嚴(yán)重，部分由于管線上已蓋建房屋，漏水點(diǎn)難以查找，管網(wǎng)補(bǔ)水量大，嚴(yán)重影響供熱效果。（3）隨城市建設(shè)發(fā)展，現(xiàn)部分管線已不能滿足熱負(fù)荷增長(zhǎng)需求，需根據(jù)現(xiàn)有熱負(fù)荷及規(guī)劃熱負(fù)荷狀況對(duì)供熱管網(wǎng)重新進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃布局。（4）部分地區(qū)供熱外網(wǎng)管線服務(wù)范圍小，外網(wǎng)延伸不足，至使城市集中供熱覆蓋面小、集中供熱率低。該地區(qū)原供熱主要為分散小鍋爐，分散小鍋爐房容量普遍較小，效率低，浪費(fèi)能源；有些小鍋爐運(yùn)營(yíng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，實(shí)際運(yùn)行效率僅在60%左右，不能達(dá)到設(shè)計(jì)出力要求，平均供熱煤耗率高達(dá)66.5kg/GJ，極大的浪費(fèi)煤炭資源。分散小鍋爐房設(shè)備大部分已超過(guò)使用年限，供熱效果參差不齊，供熱鍋爐房大多存在“大馬拉小車”的情況，且無(wú)擴(kuò)建條件。分散小鍋爐房多數(shù)沒(méi)有除塵和脫硫設(shè)備設(shè)施，極少數(shù)有也是極其簡(jiǎn)陋，煙氣低空排放造成典型的冬季煙塵型大氣污染，冬季采暖期間，空氣中總懸浮物、氮氧化物、二氧化硫等有害物質(zhì)濃度超標(biāo)對(duì)環(huán)境造成極大污染。分散的小鍋爐房采暖系統(tǒng)，由于大部分鍋爐設(shè)備陳舊，缺少專業(yè)的檢修、維護(hù)人員，影響供熱效果，其次小鍋爐房一般均為小區(qū)域供暖甚至是單臺(tái)爐供暖。一旦鍋爐發(fā)生故障，就只能停止供暖，供暖保證率差，不能滿足居民生活品質(zhì)日益提高的要求。該地區(qū)還存在一部分的家庭簡(jiǎn)易采暖，由于市區(qū)現(xiàn)存城市危房、平房等，無(wú)集中供暖條件，冬季均采用個(gè)體取暖方式，以此給市區(qū)環(huán)境造成了很大的煙塵污染。家庭簡(jiǎn)易采暖多數(shù)采用火墻、火炕、土鍋爐等方式，供熱質(zhì)量得不到保證，且存在燒傷、燙傷、火災(zāi)等隱患。該工程的實(shí)施可以使該城區(qū)形成統(tǒng)一的大型智能化的高效供熱管網(wǎng)，可顯著提高市區(qū)供熱的質(zhì)量和生活舒適度。與熱源的相互配合可極大地改變城區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量，改善居民的工作和生活環(huán)境。該工程的建設(shè)為城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)平臺(tái)。城市熱力網(wǎng)的布置應(yīng)在城市規(guī)劃的指導(dǎo)下，考慮熱負(fù)荷分布，熱源位置，與各種地上、地下管道及構(gòu)筑物、園林綠地的關(guān)系和水文、地質(zhì)條件等多種因素。在布置管線的走向時(shí)，主要參照《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。熱力管網(wǎng)采用設(shè)計(jì)水溫120℃/60℃的高溫水熱媒，計(jì)算溫差60℃。主干管比摩阻R按設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的30～70Pa/m選取。支線、支干線管網(wǎng)比摩阻R以小于300pa/m為宜。管壁的絕對(duì)粗糙度K=0.5mm。允許最大流速小于3.0m/s。局部阻力采用當(dāng)量長(zhǎng)度法，局部阻力與沿程阻力比值取為0.3。

為配合熱網(wǎng)改造，需建設(shè)一批換熱站，換熱站設(shè)備主要為換熱機(jī)組（包括循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等），分（集）水器、旋流除污器、智能彎管流量計(jì)等。每個(gè)換熱站的換熱機(jī)組不宜少于2臺(tái)，同時(shí)應(yīng)保證一臺(tái)換熱機(jī)組的供熱能力不低于供熱負(fù)荷的70%。并應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷的大小分布情況，設(shè)置必要的檢測(cè)、計(jì)量及流量分配控制裝置。

換熱站內(nèi)換熱設(shè)備選用FBJ水-水換熱機(jī)組。該設(shè)備采用國(guó)外技術(shù)由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)組裝而成，它由板式換熱器、二級(jí)網(wǎng)的循環(huán)水泵、閥門、壓力表、溫度計(jì)、傳感器和控制器件組成。為降低工程造價(jià)，換熱機(jī)組除板換及控制器選用國(guó)外產(chǎn)品外其它均為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。FBJ換熱機(jī)組特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)電一體化，占地面積較??；運(yùn)行管理方便，節(jié)能高效，安裝簡(jiǎn)便，高智能化，易實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)一級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度120/60℃，二級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度80/55℃，供熱小區(qū)規(guī)劃供熱面積，并考慮留有一定余量合理配置換熱機(jī)組（機(jī)組配置板換兩臺(tái)，每臺(tái)換熱面積按設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的70%配置）。

換熱站內(nèi)設(shè)有玻璃鋼補(bǔ)水箱一個(gè)。二次水的補(bǔ)給水處理采用全自動(dòng)鈉離子交換器。該交換器應(yīng)用單板機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。可根據(jù)軟化水液位控制交換器的啟動(dòng)和停機(jī)，還具有自動(dòng)設(shè)定再生、反洗等功能。一級(jí)網(wǎng)供水管，二級(jí)網(wǎng)回水管上均設(shè)置旋流除污器，水流經(jīng)過(guò)除污器和換熱機(jī)組的過(guò)濾器進(jìn)入板式換熱器，以保證換熱機(jī)組無(wú)污物堵塞現(xiàn)象。一級(jí)網(wǎng)供水管，二級(jí)網(wǎng)供、回水管上均設(shè)置智能彎管流量計(jì)，它由90°標(biāo)準(zhǔn)彎管傳感器、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、溫度變送器和主機(jī)配套組成的測(cè)量系統(tǒng)。

按目前熱網(wǎng)控制設(shè)備的技術(shù)發(fā)展水平，本工程一次熱網(wǎng)擬采用變頻方式控循環(huán)水泵的運(yùn)行，以改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)方式調(diào)整熱網(wǎng)運(yùn)行工況，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)電耗和熱耗的基礎(chǔ)上由計(jì)算機(jī)依據(jù)節(jié)能氣象溫度曲線調(diào)整熱網(wǎng)工況。二次網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，熱水供暖系統(tǒng)在進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，只改變網(wǎng)路的供水溫度，循環(huán)水量一般保持設(shè)計(jì)值不變。

調(diào)度中心是熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)中各遠(yuǎn)程、本地站LCM得運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。接受來(lái)自LCM的信號(hào)，通過(guò)對(duì)LCM監(jiān)測(cè)和控制，在調(diào)度中心了解熱網(wǎng)整體的運(yùn)行狀況，根據(jù)熱網(wǎng)參數(shù)對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行合理調(diào)度、指揮，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

熱網(wǎng)末端壓差及熱源廠出口的溫度、壓力、流量等參數(shù)均由熱源廠的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制調(diào)節(jié)。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)將管網(wǎng)末端壓差及熱源廠出口參數(shù)送至熱源廠，作為熱源廠調(diào)整運(yùn)行工況的依據(jù)。

SCC接收聯(lián)網(wǎng)的LCM的控制狀態(tài)信號(hào)，并有權(quán)修改和設(shè)置控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCM的運(yùn)行知道。SCC能進(jìn)行全網(wǎng)水力工況分析，繪制不同方式下的水壓圖。并具備平均負(fù)荷預(yù)測(cè)分析、計(jì)算及管網(wǎng)仿真能力，提供系統(tǒng)分析決策支持。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳送可能采用無(wú)線和有線通訊，有線包括：光纜通訊、專用電纜通訊和電話線通訊。隨著電話通訊系統(tǒng)的改善，利用電話線路通訊已經(jīng)是一種可行經(jīng)濟(jì)可靠的方法，本監(jiān)控系統(tǒng)通訊采用電話撥號(hào)方式（ISDN）。

本工程供熱管道為預(yù)制保溫管，敷設(shè)方式為直埋敷設(shè)，輸送過(guò)程中的能量消耗是沿途散熱的熱損失和泄漏水的熱損失。熱網(wǎng)熱效率表示管道的保溫效果和保熱程度。熱網(wǎng)失水率表示熱網(wǎng)水泄漏的程度。經(jīng)調(diào)查該公司負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)階段低溫水熱網(wǎng)熱效率平均在88%～94.24%之間，失水率達(dá)2.6%左右。本工程實(shí)施后通過(guò)有效的技術(shù)手段，加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)管理，失水率控制在0.5%以內(nèi)，達(dá)到節(jié)約用水降低耗熱的目的。

該項(xiàng)目實(shí)施后，城區(qū)集中供熱熱網(wǎng)將采用高質(zhì)量的直埋敷設(shè)，保溫性能好，降低散熱及泄漏事故的發(fā)生。減少不合理用熱現(xiàn)象的發(fā)生，降低系統(tǒng)失水率。另外通過(guò)對(duì)熱力管道進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)保溫，降低散損失，達(dá)到節(jié)約能源合理利用資源的目的。

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