大地形高差循環(huán)水供熱解決方案一例

【摘要】山東棲霞市地處膠東半島中心位置，屬丘陵地區(qū)，城區(qū)地形高差近110米，中節(jié)能（煙臺）生物質(zhì)電廠采用循環(huán)水供熱方式承擔市區(qū)約80%的區(qū)域供熱。供熱區(qū)域內(nèi)整個管網(wǎng)的高差約為98米。如此高差懸殊的熱力網(wǎng)，散熱器及電廠內(nèi)凝汽器靜水超壓、動水超壓問題非常突出。本技術方案為解決該類大高差地形循環(huán)水供熱提供一種解決思路。

【關鍵詞】循環(huán)水供熱；直埋；地形高差

1.工程概況

棲霞市屬丘陵地區(qū)，地形高差較大，中節(jié)能（煙臺）生物質(zhì)電廠采用循環(huán)水供熱方式承擔市區(qū)約80%的區(qū)域供熱。其中電廠海拔125米，供熱區(qū)域內(nèi)最低點為棲霞二中區(qū)域（海拔120米），最高點為向陽小區(qū)（海拔198米），市區(qū)內(nèi)多為7層樓以下住宅樓（高度按照20計算）。整個管網(wǎng)的高差約為198+20-120=98米。

棲霞市循環(huán)水供熱熱力網(wǎng)覆蓋市區(qū)主要街道，近期供熱面積近150萬平方米。電廠內(nèi)凝汽器要求水壓不得超過0.5Mpa。而棲霞市目前沒有集中供熱，多以小區(qū)鍋爐房和土暖氣為主，因此熱用戶按照鑄鐵散熱器考慮， 要求水壓不超過0.4Mpa。設計供水溫度65℃ ， 設計回水溫度50℃。供熱半徑約7公里。

如此高差懸殊的熱力網(wǎng)，散熱器及電廠內(nèi)凝汽器靜水超壓、動水超壓問題非常突出。

2.解決思路

2.1散熱器承壓問題

我國建筑工業(yè)行業(yè)標準中，各類型散熱器的工作壓力多為0.4～1.0Mpa，散熱器是一個薄壁承壓容器，關系到使用安全，由采暖系統(tǒng)的水壓分布規(guī)律可知，系統(tǒng)底層散熱器承受的水壓通常最高，其數(shù)值接近系統(tǒng)的定壓值，而系統(tǒng)的定壓值由系統(tǒng)最大壓差加2～3m水柱安全量確定（對于供水溫度≤95℃的系統(tǒng)。）棲霞市城區(qū)內(nèi)高低落差很大，供熱區(qū)域內(nèi)最高海拔高度198m，最低海拔高度120m，，棲霞市多為7層以下住宅樓，一般住宅建筑的層高為2.8～3.0m，考慮20米的樓層高度，高低落差近100米，如果散熱器均按照承壓40m考慮，同時考慮樓高20m，那么海拔高度近20米左右就需要分區(qū)。顯然對于棲霞市地形特點，整個城區(qū)供熱高差分區(qū)達5級，將造成嚴重的垂直水力失調(diào)，無論對今后的運行還是采暖效果都是極其困難的。

因此結合本工程實際特點，采用以間接供熱方式為主，直接供熱為輔的方式將會有效解決在高差懸殊區(qū)域散熱器承壓問題。

2.2防止靜水超壓方案

本工程在采購汽輪機時，已經(jīng)要求汽輪機廠家對凝汽器做了相關加強處理，凝汽器可以承壓0.6Mpa。但考慮到整個供熱的長期性和穩(wěn)定性，通過調(diào)研和反復溝通，并結合棲霞市地形分布特點，本次將主管網(wǎng)靜水壓力定為40米，采暖住宅樓考慮20 m，富裕壓力考慮3m，電廠海拔高度125m，依據(jù)上述數(shù)據(jù)，可由電廠直接供熱的海拔高度：

Hmax=125+40-20-3=142m

因此，采暖住宅樓按照20 m考慮，區(qū)域內(nèi)海拔高度125m～142m（或熱用戶海拔高度125+40-3=162米）之間的熱用戶均可以滿足熱水直接入戶。

對于海拔高度低于125米的部分區(qū)域（僅迎賓路棲霞二中附近），為了防止散熱器靜水超過0.4Mpa，可以采取供水減壓，回水加壓的直供方式或間接換熱的方式供熱。

在主管網(wǎng)靜水壓力定為40m的情況下，主管網(wǎng)可以到達的高度為125+40-3=162m，因此在142m-162m區(qū)域全部采用間接換熱。

在海拔高度162m以上，主要集中在文化路以北山城路和躍進路兩側，根據(jù)各區(qū)域?qū)嶋H海拔情況同時結合換熱站供熱范圍，該區(qū)域全部采取間接供熱。支線管網(wǎng)獨立定壓，在與主管網(wǎng)相連的回水干管上設截止閥和閥前壓力調(diào)節(jié)器。供水主干管上設截止閥和止回閥。當電廠熱力網(wǎng)循環(huán)水泵停止時，止回閥、閥前壓力調(diào)節(jié)器自行關閉， 為安全起見，操作人員需及時關閉供回水截止閥， 把熱網(wǎng)靜水壓截斷為幾個區(qū)域，每個網(wǎng)各自維持本網(wǎng)的水靜壓線， 防止了靜水超壓。

2.3防止動水超壓方案

本工程主管網(wǎng)的沿程阻力假如由電廠設置的循環(huán)水泵全部負責， 按照近期熱負荷進行水力計算后，電廠熱網(wǎng)首站循環(huán)水泵出口壓力接近1.5Mpa，對于整個主管網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運行有一定的不穩(wěn)定因素，同時考慮到有效降低廠用電，因此在回水管網(wǎng)上設置增壓泵，有效降低整個管網(wǎng)的運行壓力，防止動水超壓問題。

2.4補水定壓系統(tǒng)

目前常用的補水定壓系統(tǒng)有高架開口水箱（膨脹水箱）和補水泵定壓方式，對于能夠合適位置架設水箱的優(yōu)先考慮采用膨脹水箱定壓。其余采用補水定壓方式。

3.具體解決方案

3.1采暖區(qū)域類別劃分

依據(jù)上述解決思路同時結合棲霞市供熱區(qū)域海拔高度分別情況，將市區(qū)分為A、B、C、D四種類別，各自情況如下：

3.2間接供熱和直接供熱方式的選擇

通過前文論述，棲霞市相當一部分區(qū)域即可采用直接供熱也可以采用間接供熱，針對棲霞市供熱現(xiàn)狀，對這兩種供熱方式方式提出如下建議：

介于當前棲霞市處于集中供熱的初期，熱用戶相對較為分散，且規(guī)模較小的現(xiàn)狀，建議當前在能夠?qū)崿F(xiàn)直供的區(qū)域以直接為主，待熱網(wǎng)達到一定規(guī)模后，應逐步向間供式轉換。最終將整個管網(wǎng)實現(xiàn)間接供熱，有效提供冬季供熱的穩(wěn)定性和供熱質(zhì)量。

3.3 中繼泵站

本工程為棲霞市整個城區(qū)的供熱管網(wǎng)，供熱半徑較大，最遠輸送距離達到了近7公里，且地形高差較大，如果整個管網(wǎng)均有供熱首站內(nèi)循環(huán)水泵來帶，整個管網(wǎng)的運行壓力近1.5MPa，對整個供熱管網(wǎng)的長期安全運行帶來一定的隱患，為有效解決該問題，同時降低廠用電，降低管網(wǎng)運行電耗，節(jié)省運行費用，本工程在主管網(wǎng)上考慮設置中繼泵站。

中繼泵站可以設置在管網(wǎng)的供水管道、回水管道或在供回水管道上都串聯(lián)中繼泵，通過對整個管網(wǎng)的水力計算，本工程僅在回水管道上設置中繼泵即可。

中繼泵站的最佳設置點，要選在使系統(tǒng)運行電耗最低處（即節(jié)點函數(shù)值極值點），具體位置需要視熱網(wǎng)水力工況及水壓圖確定。站址應盡量靠近熱網(wǎng)管線

介于棲霞市處于集中供熱的初期，最近兩年熱負荷尚不能達到管網(wǎng)的設計供熱能力，整個管網(wǎng)的熱水流量相對較小，電廠內(nèi)循環(huán)水泵既可以克服整個主管網(wǎng)的沿程阻力。中繼泵站可以視熱負荷發(fā)展情況和廠區(qū)內(nèi)擇機建設。預計當采暖面積達到100萬m2的時候，中繼泵站需投入使用。

在中繼泵站地點的選擇上，由于城區(qū)主管網(wǎng)主要沿文化路敷設，文化路為棲霞市城區(qū)核心道路，沿街均為各類商業(yè)建筑，通過對文化路沿線的實地調(diào)查，目前僅文化路山城路交叉口西北角和文水橋北側具備建設中繼泵站條件，當前僅將中繼泵站規(guī)劃在這兩個地方，具體選址隨著棲霞市集中供熱的發(fā)展，再詳細確定。

4結論

本工程已于2012年投入運行，管網(wǎng)至今已經(jīng)運行3個采暖季，整體運行情況良好，提高當?shù)匕傩斩旧钯|(zhì)量的同時，集中供熱的實施有效改善了當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量。

參考文獻

[1]施振球《動力管道設計手冊》.北京：機械工業(yè)出版社

[2]李岱森《簡明供熱設計手冊》 北京：中國建筑工業(yè)出版社

[3]CJJ34-2010《城市供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》 北京：光明日報出版社