長(zhǎng)輸管道大溫差供熱回水溫度的控制方案分析

賈文濤

中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司（730000）

當(dāng)前電廠余熱利用技術(shù)類型較多，其中較常應(yīng)用的技術(shù)包括吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱、汽輪機(jī)低真空運(yùn)行供熱等等。無(wú)論采取哪一種余熱回收技術(shù)，都必須要把合理控制長(zhǎng)輸管道回水溫度作為必要前提，從而確保電廠余熱能夠得到充分的利用和吸收，真正意義上提升大溫差長(zhǎng)距離供熱的有效性。因此，文章深入分析了長(zhǎng)輸管道供熱回水溫度控制系統(tǒng)，比較不同供熱系統(tǒng)方案在性能、技術(shù)、運(yùn)行、造價(jià)等方面的優(yōu)勢(shì)和局限性，希望能夠?yàn)樘嵘鬁夭罟豳|(zhì)量提供一定參考。

1 某工程概況和前期方案

1.1 工程概況

甘肅省某單位基本實(shí)現(xiàn)了能源梯級(jí)利用，并且實(shí)現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的改造升級(jí)，計(jì)劃改造熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，對(duì)余熱進(jìn)行利用，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸管道供熱。通過(guò)計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)輸管道供水溫度為120℃時(shí)，長(zhǎng)輸管道回水溫度只有控制在45℃以下，才能夠充分地發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的余熱利用效果。

現(xiàn)階段該市冬季供熱主要依靠燃煤鍋爐房，該城市冬季供熱一級(jí)網(wǎng)運(yùn)行的供水溫度為110℃，回水溫度控制在55℃。該城市冬季供熱二級(jí)網(wǎng)運(yùn)行的供水溫度為64℃，回水溫度控制為45℃。通過(guò)建設(shè)長(zhǎng)輸管道，代替原有燃煤鍋爐房，將鍋爐房改造為分隔長(zhǎng)輸管道，把原有的供熱一級(jí)網(wǎng)改建為隔壓換熱站。通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)隔壓換熱站采用傳統(tǒng)板式換熱器時(shí)，原有的一級(jí)網(wǎng)供回水溫度參數(shù)則不再適用；仍然采用原有供回水溫度參數(shù)，則無(wú)法合理有效地控制長(zhǎng)輸管道回水溫度。針對(duì)此問(wèn)題，需要相關(guān)人員在工程前期探討針對(duì)性的技術(shù)方案。

1.2 前期方案

1.2.1 吸收式換熱機(jī)組供熱系統(tǒng)的建設(shè)

該供熱系統(tǒng)運(yùn)行的前提是要配備完善的熱力站和余熱利用設(shè)備。吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)的充分應(yīng)用，需要該工程首先改造、升級(jí)城市電力站，建設(shè)高質(zhì)量的吸收式換熱機(jī)組，從而有效地構(gòu)建起大溫差熱力站。以原有的二級(jí)網(wǎng)參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，順利將一級(jí)網(wǎng)回水溫度控制到了25℃。在隔壓換熱站實(shí)現(xiàn)一級(jí)網(wǎng)和長(zhǎng)輸管道換熱，把長(zhǎng)輸管道回水溫度控制到35℃，以順利實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大溫差供熱。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，采用吸收式換熱機(jī)組直供系統(tǒng)能夠有效地控制長(zhǎng)輸管道供水溫度和長(zhǎng)輸管道回水溫度，供水、回水溫度分別為120℃和45℃，順利實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離大溫差供熱。隨之調(diào)整相應(yīng)的供熱溫度參數(shù)，冬季供熱時(shí)，一級(jí)網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置為供水110℃、回水35℃，二級(jí)網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置為供水65℃、回水45℃。需要注意的是，實(shí)現(xiàn)上述方案的必要前提是市區(qū)內(nèi)熱力站的改造升級(jí)，也就是要把現(xiàn)有熱力站升級(jí)為大溫差型熱力站。市區(qū)內(nèi)熱力站的改造升級(jí)費(fèi)用很高，在原有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全部改造升級(jí)難度很大。原有的熱力站大多建在老舊的居民區(qū)內(nèi)，要想推動(dòng)熱力站優(yōu)化升級(jí)，就必須要增設(shè)吸收式換熱機(jī)組，這也就產(chǎn)生了一個(gè)突出的問(wèn)題，即改造空間狹小與新增大型吸收式換熱機(jī)組之間的矛盾，一定程度上增加了改造協(xié)調(diào)的難度[1]。

1.2.2 吸收式換熱機(jī)組混水系統(tǒng)

吸收式換熱機(jī)組能夠通過(guò)串聯(lián)混水應(yīng)用，提升長(zhǎng)輸管道供水和回水溫度控制的整體效果。吸收式換熱機(jī)組混水系統(tǒng)以120℃常熱管道高溫水為驅(qū)動(dòng)能源，通過(guò)吸收低溫?zé)崃?，提升一?jí)網(wǎng)回水溫度。一級(jí)網(wǎng)55℃回水部分進(jìn)入吸收式熱泵，這時(shí)一級(jí)網(wǎng)回水溫度得到提升，達(dá)到75℃。剩余一部分一級(jí)網(wǎng)回水通過(guò)板式換熱器有效實(shí)現(xiàn)出水換熱，這時(shí)，這部分一級(jí)網(wǎng)回水的溫度升高，達(dá)到95℃。一級(jí)網(wǎng)兩部分水混合之后，溫度控制在85℃，再進(jìn)入市政管網(wǎng)。

經(jīng)過(guò)分析之后，人們能夠充分地認(rèn)識(shí)到吸收式換熱機(jī)組混水系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道供回水溫度控制中的作用。但是需要注意的是，其一級(jí)網(wǎng)供水溫度變?yōu)?5℃、回水溫度變?yōu)?5℃，與原本的供水110℃和回水55℃有明顯差距。

2 吸收式換熱機(jī)組直供系統(tǒng)探討

2.1 系統(tǒng)基本原理

在隔壓換熱站中安裝吸收式換熱機(jī)組，規(guī)劃一部分專門供熱，從而使吸收式換熱機(jī)組吸收的熱量能夠?yàn)樵搶ｉT供熱區(qū)域所應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)熱用戶直供。直供部分的管網(wǎng)系統(tǒng)不具備原本的隔壓換熱功能，直供部分將一級(jí)網(wǎng)、二級(jí)網(wǎng)直接連接，進(jìn)而使隔壓換熱站能夠直接為熱用戶供熱。通常吸收式換熱機(jī)組一般包括吸收式熱泵和板式換熱器兩部分[2]。

1）在隔壓換熱站長(zhǎng)輸管道側(cè)，120℃的電廠長(zhǎng)輸管道供水在吸收式熱泵發(fā)生器中實(shí)現(xiàn)散熱，溫度有效降低，達(dá)到115℃；之后，長(zhǎng)輸管道供水又進(jìn)入到板式換熱器，與一級(jí)網(wǎng)換熱，這時(shí)長(zhǎng)輸管道供水溫度已經(jīng)達(dá)到了60℃；最后，長(zhǎng)輸管道供水會(huì)再次進(jìn)入到吸收式換熱機(jī)組的內(nèi)部，直供網(wǎng)與板式換熱器實(shí)現(xiàn)了有效的熱量交換，供水水溫再次降低，達(dá)到49℃的標(biāo)準(zhǔn)；之后49℃水再次進(jìn)入吸收式熱泵，換熱后溫度降到45℃。

2）按照原有的一級(jí)網(wǎng)供回水溫度標(biāo)準(zhǔn)，供水110℃、回水55℃，通過(guò)熱力站進(jìn)行熱量交換。熱用戶直供吸收式換熱機(jī)組原有的一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)直接建立起了聯(lián)系，構(gòu)成了完整的直供網(wǎng)，因此其供熱溫度與原二級(jí)網(wǎng)保持一致，供水65℃、回水45℃，無(wú)需再通過(guò)熱力站進(jìn)行換熱。要以現(xiàn)階段實(shí)際情況為依據(jù)，取消原有二級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵，將熱力站升級(jí)為中繼泵站。直供網(wǎng)回水首先要由板式換熱器進(jìn)行升溫，將45℃的直供網(wǎng)回水溫度提升到56℃，再次進(jìn)入吸收式熱泵，進(jìn)一步提升回水溫度，達(dá)到65℃的標(biāo)準(zhǔn)之后才能夠給熱用戶供水。

3）通過(guò)對(duì)方案的總結(jié)和理論計(jì)算，發(fā)現(xiàn)該方案中板式換熱器一側(cè)的換熱量占比較大，占總換熱的70%，吸收式換熱機(jī)組換熱量占比較小，約占30%左右。由此把原一級(jí)網(wǎng)和相關(guān)熱力站的30%改造成為直供網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與二級(jí)網(wǎng)的有效銜接，即可對(duì)熱用戶實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量供熱，有效控制長(zhǎng)輸管道回水溫度。

2.2 比較兩種系統(tǒng)方案

兩種方案在控制長(zhǎng)輸管道供水、回水溫度方面成效大致相同，都能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)輸。但兩種方案在造價(jià)和改造的難度等方面存在明顯的差異。

1）在改造難度方面，吸收式換熱機(jī)組供熱系統(tǒng)方案需要把原有的熱力站改為大溫差熱力站，一些老舊的熱力站改造難度較大，且不具備充足的改造空間。這就需要有關(guān)單位首先改建、擴(kuò)建熱力站，但吸收式換熱機(jī)組熱用戶直供系統(tǒng)的管網(wǎng)基本上都建設(shè)在市政道路上，給改造升級(jí)工作帶來(lái)了很大的困難。在劃分直供區(qū)域時(shí)，也受到許多限制。因此，需要相關(guān)人員合理設(shè)計(jì)和劃分熱用戶直供區(qū)域，遵循壓力統(tǒng)一和就近原則，選擇與原二級(jí)網(wǎng)定壓等級(jí)一致，且與隔壓換熱站相近的直供區(qū)域，從而減少改造量和成本投入[3]。

2）通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)吸收式換熱機(jī)組熱用戶直供系統(tǒng)在工程造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯，與吸收式換熱機(jī)組供熱系統(tǒng)相比，直供系統(tǒng)的方案造價(jià)更低。

3）在運(yùn)行費(fèi)用方面，直供管網(wǎng)的供回水溫差較小，因此需要加大管道流量，這也就造成吸收式換熱機(jī)組用戶直供系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用增加。

4）在調(diào)節(jié)控制難度方面，直供系統(tǒng)方案的部分區(qū)域建設(shè)成熱用戶直供，也就把原先的熱力站取消了，進(jìn)而失去了熱力站的調(diào)節(jié)控制功能，直供系統(tǒng)方案的調(diào)節(jié)控制難度較高。

通過(guò)比較，能夠看出直供管網(wǎng)系統(tǒng)在工程造價(jià)和工程改造量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，吸收式換熱機(jī)組供熱系統(tǒng)方案在后續(xù)的運(yùn)行和調(diào)節(jié)控制方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較吸收式換熱機(jī)組、吸收式換熱機(jī)組串聯(lián)混水、吸收式換熱機(jī)組熱用戶直供等供熱方案，人們能夠充分地認(rèn)識(shí)到直供系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)。直供系統(tǒng)能夠很好地、更充分地滿足城市的供熱需求，從而有效地提升了供熱的穩(wěn)定性和有序性，提升了長(zhǎng)輸管道大溫差供熱回水溫度控制的總體水平。直供系統(tǒng)在工程造價(jià)和工程改造總量方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，符合該地區(qū)發(fā)展的實(shí)際情況。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化自身的專業(yè)技術(shù)能力，加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)輸管道大溫差供熱回水溫度控制的研究，為提升該地區(qū)供熱的穩(wěn)定性和整體質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。