某區(qū)域供熱系統(tǒng)整體改造方案及節(jié)能分析

馮灌龍

山西四建集團(tuán)有限公司 山西太原 030000

隨著我國城市化的發(fā)展和人民生活水平的普遍提高，華北地區(qū)的集中供熱區(qū)域發(fā)展迅速，這個(gè)城市顯得熱源十分緊張。大多數(shù)中央供暖系統(tǒng)使用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置作為主要熱源，熱電聯(lián)產(chǎn)裝置通過提取提供熱量，并且大量的蒸汽熱量可用于再循環(huán)。特別是對于直接用空氣冷卻的裝置，其中廢氣溫度和蒸汽壓力較高，熱循環(huán)中最大的損失是冷端損失，一般占燃料總發(fā)熱量的40%以上。廢蒸汽對發(fā)電廠來說是浪費(fèi)的廢熱，但是建造供暖的巨大能量浪費(fèi)只需要低質(zhì)量的熱源。傳統(tǒng)的集中供熱管道系統(tǒng)采用板式換熱器，加熱網(wǎng)的水溫在50℃-70℃之間，高回水溫度不回收低等級余熱，回水限制了供水之間的溫差。

1 供熱現(xiàn)狀及熱負(fù)荷情況

X市是一個(gè)典型的集中的供暖城市，位于中國非常寒冷的地區(qū)。目前的供熱面積為1300萬平方米。供熱源包括兩個(gè)火力發(fā)電廠R1，R2和四個(gè)G1～G4鍋爐房。R1火力發(fā)電廠有三臺小型熱發(fā)電機(jī)，其中1臺容量為12兆瓦和2臺25兆瓦，R2火力發(fā)電廠最初是兩套300兆瓦直接冷卻發(fā)電機(jī)，鉆井和蒸汽提取裝置轉(zhuǎn)換為加熱裝置，蒸汽200mt/h，蒸汽壓力0．4MPa，蒸汽排放460t/h；目前對于1#機(jī)組安裝熱泵吸風(fēng)機(jī)組，改造后的蒸汽回收98噸/小時(shí)，但是還有大量蒸汽余熱資源等著回收利用[1]。

2 余熱回收改造方案現(xiàn)狀

由于R1火電廠的舊機(jī)組和35噸以下的小型鍋爐關(guān)閉，燃煤鍋爐供熱比例大，供熱能耗高，污染極大，從節(jié)能減排的角度來看，熱源在2025年的缺口是369兆瓦，同時(shí)，在R2火力發(fā)電廠的300兆瓦機(jī)組中，有大量的蒸汽熱量用于回收，為了解決上述問題，加熱系統(tǒng)的整體改造方案如圖2所示，通過建造和改造吸收式溫差較大的加熱站，可在900萬平方米的大溫差站實(shí)現(xiàn)加熱，加熱后可使回水溫度降至25°C；傳統(tǒng)加熱站的其余部分采用板式換熱器，通過合理控制端部熱交換較弱，水溫可達(dá)50°C；熱網(wǎng)的水溫回流完全降至41℃。在發(fā)電廠中，通過調(diào)節(jié)冷凝器和熱泵單元來回收剩余的熱量，為了引入冷凝器和熱泵單元中使用的蒸汽，必須在兩個(gè)機(jī)組中的空氣冷卻排氣管的部分中打開孔。為了提高廢熱回收率，該方案旨在適當(dāng)提高機(jī)組的后排氣壓力：1臺至15kPa，2#機(jī)組至23kPa，提高背壓將減少低壓缸的發(fā)電量單位，但它可以通過蒸汽冷凝，將剩余熱量的回收部分，提高回收熱回收裝置的輸出溫度，增加廢熱回收量，從經(jīng)濟(jì)性上來說使用熱量的梯級是合理可行的。兩個(gè)機(jī)組的電容器取決于熱水側(cè)的串聯(lián)傳導(dǎo)，熱泵以平行形狀吸收熱量。熱水首先由排氣單元蒸汽通過電容器加熱到60℃，然后并聯(lián)施加兩個(gè)熱泵。熱泵用于提取蒸汽作為驅(qū)動熱源，它將廢氣再循環(huán)以將熱水加熱至91°C，然后用尖峰加熱器加熱至95°C，對熱水加熱至120°C后進(jìn)入房間后將其送至每個(gè)加熱站進(jìn)行加熱[2]。

為了降低發(fā)電廠的水溫的目的，從而減少峰值加熱器的蒸汽消耗，必須在電站和峰值設(shè)定水壺之間形成階梯加熱過程，并更多地使用蒸汽泵來驅(qū)動熱泵，他意識到蒸汽廢物的回收利用。根據(jù)目前的熱網(wǎng)規(guī)劃，為了實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)行，必須對供熱管網(wǎng)進(jìn)行改造，增加一些管道：在火電廠R2和之間的DN1200管道供水和回水高峰沸騰鍋G1，供水管道和DN800回水兩個(gè)加熱區(qū)的鍋爐G2，峰值加熱系統(tǒng)分別以G1和G2為最大熱源，包括市區(qū)的北部和西部地區(qū)，G1加熱區(qū)面積為1355萬平方米；包括城市東南的區(qū)域，其G2加熱區(qū)面積為695萬平方米，通過上述改造，后加熱網(wǎng)首先返回兩個(gè)加熱區(qū)，先到電站加熱，然后送到鍋爐高峰供暖供電，組成加熱模塊步進(jìn)鍋爐電廠，搬運(yùn)基地負(fù)荷電站，電廠減少，液體廢物的溫度增加了所消耗的蒸汽廢物的回收，為了熱網(wǎng)管道的流量穩(wěn)定，必須在加熱的季節(jié)根據(jù)質(zhì)量的控制模式運(yùn)行。

3 系統(tǒng)節(jié)能改造措施

3.1 熱源部分

針對熱源的部分分為三個(gè)措施：（1）改變主水泵循環(huán)的驅(qū)動方式來降低功耗，必須將傳統(tǒng)電源6KV改為蒸汽機(jī)；（2）把鍋爐房的傳熱系數(shù)改善并優(yōu)化過程，提高鍋爐的熱效率并達(dá)到了經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)條件；（3）源熱源溫度，通過歷史數(shù)據(jù)的體現(xiàn)，熱源的熱源溫度參數(shù)和供水量從不同的室外溫度和室內(nèi)溫度中提取的，為獲取熱源和控制數(shù)據(jù)提供匹配依據(jù)。

3.2 熱網(wǎng)部分

根據(jù)傳熱熱源的關(guān)系，熱交換站的熱輸出和內(nèi)部溫度幾乎是單功能函數(shù)關(guān)系，熱交換器的熱量輸出直接連接到二級電網(wǎng)的歷史平均溫度，只要滿足一定的內(nèi)部溫度，就可以獲得熱源的供熱與二次電網(wǎng)的平均溫度和內(nèi)部溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，這可在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，根據(jù)初始網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)，在條件允許的情況下，為了提高了系統(tǒng)的可靠性，將子管網(wǎng)改為圓形管網(wǎng)，提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性能和控制性能，同時(shí)降低了系統(tǒng)的循環(huán)阻力，在二級網(wǎng)絡(luò)的熱輸入處增加控制裝置以實(shí)現(xiàn)液壓平衡，并且當(dāng)滿足條件時(shí)，調(diào)整二級網(wǎng)絡(luò)的可變流量操作。

3.3 換熱站

確保用戶的熱量夠用必須從三個(gè)方面著手：（1）熱控策略是采用均值的二次網(wǎng)溫度法，控制參數(shù)的影響必須把二次網(wǎng)絡(luò)流量降低；（2）二次網(wǎng)絡(luò)溫度必須批量的制定相應(yīng)的措施和考慮到換熱站的個(gè)性化和分類；（3）供熱預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用，在保證初級網(wǎng)絡(luò)初始熱平衡的基礎(chǔ)上，水平的熱平衡換熱站/二級網(wǎng)絡(luò)水平，確保當(dāng)?shù)責(zé)嵊脩舻臒豳|(zhì)量[3]。

4 結(jié)語

節(jié)能和減少城市供熱系統(tǒng)排放需要整個(gè)系統(tǒng)和整個(gè)過程的三維解決方案，測量的能耗數(shù)據(jù)表明，供熱系統(tǒng)在不斷的完善和改進(jìn)，從中獲得整體的73%節(jié)水，42%節(jié)電和24%節(jié)熱的平均值是通過近年來的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和改進(jìn)獲得，在具體實(shí)施節(jié)能減排方面，還有更多潛在的節(jié)能方向和長遠(yuǎn)的運(yùn)營空間，標(biāo)志著節(jié)能更多的發(fā)展方向。