工業(yè)集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行探討

華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司 郭建華

近年來(lái)國(guó)家相繼發(fā)布了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》等一系列方針政策，旨在加快重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)的普及和推廣、引導(dǎo)用能單位采用先進(jìn)的節(jié)能新技術(shù)，提高能源利用率。同時(shí)隨著我國(guó)“兩型社會(huì)”建設(shè)速度以及人民生活水平日益提高，在國(guó)家熱電聯(lián)產(chǎn)政策的引導(dǎo)下，全國(guó)范圍內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱正以飛快的速度在發(fā)展。各地區(qū)產(chǎn)業(yè)園、供熱小區(qū)對(duì)蒸汽的需求量逐漸加大，對(duì)蒸汽的品質(zhì)要求也越來(lái)越高，對(duì)蒸汽輸送距離要求也越來(lái)越大。

1 蒸汽供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)。應(yīng)在城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，考慮熱負(fù)荷分布、熱源位置與各種地下地上管道及其構(gòu)筑物、園林綠地的關(guān)系和水文地質(zhì)條件等多種因素，然后經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。供熱管道平面位置的確定遵守以下原則[1]：經(jīng)濟(jì)上合理。主干線力求短直，盡量走熱負(fù)荷的集中區(qū)。要注意管線上的閥門(mén)、補(bǔ)償器和某些管道附件（如放氣、放水、疏水器等裝置）的合理布置；技術(shù)上可靠。供熱管線應(yīng)盡量避免土質(zhì)松軟區(qū)、地震斷裂帶、滑坡危險(xiǎn)地帶及地下水位高等不利地段，對(duì)于穿越工程采用成熟可靠的工藝；對(duì)周?chē)h(huán)境的影響少且協(xié)調(diào)。應(yīng)盡量少穿越主要交通線。一般平行于道路中線并應(yīng)盡可能不在車(chē)行道以下敷設(shè)，通常情況下管線只沿著街道的一側(cè)敷設(shè)。

熱力管網(wǎng)布置形式。主要包括枝狀布置、環(huán)狀布置及放射狀布置。枝狀布置是一種常用的管網(wǎng)形式，按照熱用戶(hù)的分布確定幾條主要的支線，各熱用戶(hù)分別接在相應(yīng)的支線上，具有簡(jiǎn)單、投資省、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)；環(huán)狀布置是以熱源點(diǎn)為中心將所有熱用戶(hù)串聯(lián)起來(lái)、形成一個(gè)環(huán)狀，具有運(yùn)行方式靈活、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)；放射狀是以熱源點(diǎn)為中心與各熱用戶(hù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)接的方式，具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但投資較大[2]。

2 熱源設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

滿(mǎn)足所有熱用戶(hù)對(duì)于蒸汽參數(shù)、容量、品質(zhì)的需求，尤其是機(jī)組負(fù)荷低時(shí)仍具備保證足夠供熱能力的需求[3]；在保證機(jī)組安全的情況下滿(mǎn)足熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組具備深度調(diào)峰的要求；具有足夠高的經(jīng)濟(jì)性；合理選擇技術(shù)路線。通過(guò)方案比選選擇節(jié)省投資、經(jīng)濟(jì)性高、運(yùn)行維護(hù)方便的技術(shù)路線。

2.2 技術(shù)路線介紹

冷再/熱再等抽汽供熱方式：適用于機(jī)組在進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)其再熱抽汽壓力、抽汽能力仍能滿(mǎn)足熱用戶(hù)需求的情況。其中冷再抽汽方式的經(jīng)濟(jì)性更好，但其抽汽能力受到一定的限制，需考慮到通過(guò)的再熱器流量減少會(huì)導(dǎo)致再熱汽溫超溫的問(wèn)題；熱再抽汽的抽汽能力更大但經(jīng)濟(jì)性稍低。同時(shí)，為保證機(jī)組在各種工況下蒸汽參數(shù)滿(mǎn)足熱用戶(hù)的需求，需設(shè)置相應(yīng)的減溫減壓裝置；由于抽汽導(dǎo)致蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)各通流截面的流量發(fā)生變化，需考慮由此引起的軸向推力的變化和葉片的安全性。

冷再/熱再等抽汽供熱、中聯(lián)門(mén)參與調(diào)節(jié)方式：適用于機(jī)組帶額定負(fù)荷時(shí)其再熱抽汽壓力、抽汽能力能滿(mǎn)足熱用戶(hù)需求，但負(fù)荷降低時(shí)其抽汽壓力、抽汽能力不滿(mǎn)足熱用戶(hù)需求，需中聯(lián)門(mén)參與調(diào)節(jié)、提高壓力的情況。在機(jī)組帶到一定的負(fù)荷以上，其經(jīng)濟(jì)性和抽汽能力同冷再/熱再等抽汽供熱方式相當(dāng)。但在低負(fù)荷的情況下，由于中聯(lián)門(mén)參與調(diào)節(jié)，增加了節(jié)流損失、降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。此種方式一般無(wú)需設(shè)置減壓裝置，但可能需設(shè)置減溫裝置，亦需考慮由此引起的軸向推力的變化和葉片的安全性。由于中聯(lián)門(mén)參與調(diào)節(jié)其控制邏輯相對(duì)復(fù)雜。

旋轉(zhuǎn)隔板抽汽供熱方式：適用于機(jī)組帶額定負(fù)荷時(shí)其某一段抽汽壓力、抽汽能力能滿(mǎn)足熱用戶(hù)需求，但負(fù)荷降低時(shí)其抽汽壓力、抽汽能力不滿(mǎn)足熱用戶(hù)需求，需設(shè)置旋轉(zhuǎn)隔板參與調(diào)節(jié)、提高壓力的情況。此方案雖然總體上加大了供熱能力，提高了經(jīng)濟(jì)性，但由于旋轉(zhuǎn)隔板參與調(diào)節(jié)，特別是低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)幅度大，也在一定程度上降低了其經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)需考慮由此引起的軸向推力的變化和葉片的安全性。由于旋轉(zhuǎn)隔板參與調(diào)節(jié)，其控制邏輯相對(duì)復(fù)雜。

壓力匹配器方式：適用于熱用戶(hù)所需蒸汽參數(shù)介于高壓、低壓汽源蒸汽參數(shù)之間的情況。此種情況下無(wú)論是采用高壓汽源減溫減壓還是采用低壓汽源通過(guò)旋轉(zhuǎn)隔板憋壓的方式，都會(huì)產(chǎn)生很大的節(jié)流損失，降低了經(jīng)濟(jì)性。采用匹配器對(duì)汽輪機(jī)通流部分的安全性影響較小、但會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，系統(tǒng)相對(duì)稍顯復(fù)雜；座缸閥調(diào)節(jié)抽汽方式：其適用情況和技術(shù)特點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)隔板抽汽供熱方式類(lèi)似；背壓供熱方式：適用于熱用戶(hù)所需蒸汽參數(shù)較低的情況。高背壓供熱技術(shù)根據(jù)供熱所需的蒸汽參數(shù)、出力及機(jī)組的型式有多種路線，如連通管抽汽供熱方案、雙轉(zhuǎn)子方案、低真空供熱方案等。

3 華能應(yīng)城熱電蒸汽供熱系統(tǒng)介紹

3.1 蒸汽供熱管網(wǎng)

華能應(yīng)城熱電配置1臺(tái)350MW 超臨界抽汽供熱機(jī)組和1臺(tái)50MW 高壓抽汽背壓式供熱機(jī)組，設(shè)計(jì)額定供熱量為690t/h，最大連續(xù)供熱能力為778t/h，采用二級(jí)供熱，其中高壓供熱（4.05MPa 壓力等級(jí)）額定供熱量317t/h，中壓供熱（1.3MPa 壓力等級(jí)）額定供熱量373t/h。額定回水量大于414t/h，回水溫度約85℃，熱網(wǎng)回水還可作為城市商用或民用供暖熱源進(jìn)行二次利用。集中供熱范圍包括應(yīng)城市東馬坊、四里棚、長(zhǎng)江埠、云夢(mèng)縣及應(yīng)城開(kāi)發(fā)區(qū)幾個(gè)片區(qū)。目前能應(yīng)城熱電自建供熱管道采用枝狀布置方式，建有三條線路：

#1線（雙環(huán)線）由電廠涼水塔旁圍墻接出后，至電廠運(yùn)灰路架空敷設(shè)約320米至107省道，沿107省道向東地埋敷設(shè)約1180米，頂管過(guò)107省道，向北沿老虎山鄉(xiāng)道地埋敷設(shè)約550米，向東沿味谷大道地埋敷設(shè)約800米，向北沿東城大道地埋敷設(shè)約570米到達(dá)#12疏水井，蒸汽管段出地面架空至雙環(huán)廠區(qū)。架空管段設(shè)置3套旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，地埋管段設(shè)置20套旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，分別布置在#1～#12疏水井內(nèi)。

#2線（新都、久大線）從華能應(yīng)城熱電接至四里棚鹽化工業(yè)園，長(zhǎng)度約10km，敷設(shè)了DN300中壓（輸送4.0MPa 蒸汽）蒸汽管道長(zhǎng)度約10km，DN900低壓（輸送1.3MPa 蒸汽）蒸汽管道6.5km后變徑為DN800，繼續(xù)往四里棚鹽化工業(yè)園敷設(shè)約2.5km，之后再變徑為DN500直至鹽水河河邊換熱站，在河邊換熱站預(yù)留了DN500接口。DN250凝結(jié)水管道長(zhǎng)度約10km。

#3線（中鹽長(zhǎng)江線）由電廠接出，平行電廠鐵路專(zhuān)用線，伴行電廠圍墻外一220kV 高壓線塔（知夢(mèng)線）與之并行敷設(shè)至邱家里，沿邱家里向東南方向敷設(shè)至藍(lán)廟，后再沿110kV 高壓線塔（蘭長(zhǎng)線）敷設(shè)至漢丹鐵路，頂管穿越漢丹鐵路后繼續(xù)沿110kV 高壓線塔（蘭長(zhǎng)線）敷設(shè)至漢長(zhǎng)公路，穿越漢長(zhǎng)公路至中加二路，后沿塞孚工業(yè)園園區(qū)道路設(shè)至中鹽長(zhǎng)江，管線全長(zhǎng)約10.8km。其中DN700蒸汽管道長(zhǎng)約5000m，DN600蒸汽管線長(zhǎng)約5800m。DN150凝結(jié)水管道長(zhǎng)約10.8km。

3.2 蒸汽供熱熱源

3.2.1 熱源點(diǎn)

1號(hào)機(jī)組為50MW 背壓供熱發(fā)電機(jī)組，正常情況下高壓供熱由50MW 背壓機(jī)高壓抽汽提供，中壓供熱由50MW 背壓機(jī)排汽及給水泵小汽輪機(jī)排汽提供。高壓供熱（抽汽口參數(shù)4.05MPa/424℃）可向外提供最小0t/h、額定317t/h、最大358t/h 的供熱量，中壓供熱（排汽口參數(shù)1.3MPa/343℃）可向外提供最小140t/h、額定203t/h、最大496t/h（4.0MPa 對(duì)外供汽為0時(shí)）的供熱量。當(dāng)50MW 背壓發(fā)電機(jī)組故障解列時(shí)，鍋爐單獨(dú)運(yùn)行通過(guò)一、二級(jí)減溫減壓器提供受鍋爐最大出力限制的對(duì)外二級(jí)供熱；2號(hào)機(jī)組為350MW 超臨界抽凝式供熱發(fā)電機(jī)組，高壓供熱由再熱蒸汽（熱再）來(lái)提供，中壓供熱由四段供熱抽汽提供。高壓供熱（抽汽口參數(shù)4.05MPa/566℃）可向外提供額定0t/h、最大285t/h 的供熱量，中壓供熱（抽汽口參數(shù)1.3MPa/447℃）可向外提供最小0t/h、額定180t/h、最大265t/h 的供熱量。

3.2.2 供熱壓力控制

高壓供熱（壓力4.05MPa）由50MW 背壓機(jī)高壓抽汽提供時(shí)，高壓抽汽壓力由50MW 背壓機(jī)供熱調(diào)門(mén)（俗稱(chēng)座缸閥）和高壓調(diào)門(mén)控制，當(dāng)熱用戶(hù)用汽量增加、高壓抽汽壓力偏低時(shí)，先關(guān)小座缸閥瞥壓、后開(kāi)大高壓調(diào)門(mén)增加主蒸汽進(jìn)汽達(dá)到新的平衡，維持高壓抽汽壓力正常。高壓供熱由350MW 機(jī)組再熱蒸汽（熱再）提供時(shí)，由350MW 機(jī)組中壓調(diào)門(mén)控制再熱蒸汽壓力。

中壓供熱（壓力1.3MPa）由50MW 背壓機(jī)排汽提供時(shí)，背壓機(jī)排汽壓力由高壓調(diào)門(mén)控制，當(dāng)熱用戶(hù)用汽量增加、排汽壓力偏低時(shí)，先開(kāi)大調(diào)門(mén)增加主蒸汽進(jìn)汽、后開(kāi)大座缸閥增加排汽量，維持排汽壓力正常；中壓供熱由350MW 機(jī)組四段供熱抽汽提供時(shí)，四段供熱抽汽壓力由350MW 機(jī)組旋轉(zhuǎn)隔板（中壓缸第八級(jí)）控制，當(dāng)機(jī)組減負(fù)荷、四段抽汽壓力偏低時(shí)關(guān)小旋轉(zhuǎn)隔板，用減小旋轉(zhuǎn)隔板通流面積提高四段抽汽壓力，維持四段抽汽壓力穩(wěn)定；當(dāng)由#1機(jī)組鍋爐單獨(dú)運(yùn)行通過(guò)一、二級(jí)減溫減壓器提供對(duì)外供熱時(shí)，一級(jí)減溫減壓器控制高壓供熱（4.05MPa）壓力溫度正常，二級(jí)減溫減壓器控制中壓供熱（1.3MPa）壓力溫度正常。

3.2.3 供熱溫度控制

對(duì)外熱源分界點(diǎn)蒸汽參數(shù)為1.25MPa/258℃和4.0MPa/319℃，對(duì)外供熱蒸汽溫度由各供熱回路的噴水減溫裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

3.3 供熱系統(tǒng)運(yùn)行

3.3.1 熱源運(yùn)行方式

50MW 背壓機(jī)組獨(dú)立供熱。中壓供熱由50MW背壓機(jī)組排汽（含給水泵汽輪機(jī)排汽）供熱，主蒸汽二級(jí)減溫減壓器及350MW 機(jī)組四段供熱抽汽備用。高壓供熱由50MW 背壓機(jī)組一級(jí)供熱抽汽供熱，主蒸汽一級(jí)減溫減壓器及350MW 機(jī)組熱再供熱抽汽備用；350MW 機(jī)組獨(dú)立供熱。中壓供熱由350MW機(jī)組四段供熱抽汽供熱，無(wú)備用供熱。高壓供熱由350MW 機(jī)組熱再供熱抽汽供熱，無(wú)備用供熱；50MW 背壓機(jī)組與350MW 機(jī)組聯(lián)合供熱。中壓供熱由50MW 背壓機(jī)組排汽（含給水泵汽輪機(jī)排汽供汽）和350MW 機(jī)組四段供熱抽汽聯(lián)合供熱，50MW背壓機(jī)組主蒸汽二級(jí)減溫減壓器供熱備用。高壓供熱由50MW 背壓機(jī)組一級(jí)供熱抽汽供熱，主蒸汽一級(jí)減溫減壓器及350MW 機(jī)組熱再供熱抽汽備用。

50MW 背壓機(jī)組解列，670T/h 鍋爐運(yùn)行獨(dú)立供熱。中壓供熱由#1爐（670T/h）主蒸汽經(jīng)兩級(jí)減溫減壓器供熱，#2機(jī)四段供熱抽汽備用或無(wú)備用。高壓供熱由#1爐（670T/h）主蒸汽經(jīng)一級(jí)減溫減壓器供熱，#2爐熱再供熱抽汽備用或無(wú)備用；50MW背壓機(jī)組解列，670T/h 鍋爐運(yùn)行與350MW 機(jī)組聯(lián)合供熱。中壓供熱由#1爐（670T/h）主蒸汽經(jīng)兩級(jí)減溫減壓器與#2機(jī)（350MW 機(jī)組）四段供熱抽汽聯(lián)合供熱。高壓供熱由#1爐（670T/h）主蒸汽經(jīng)一級(jí)減溫減壓器供熱，#2爐熱再備用。

3.3.2 熱網(wǎng)運(yùn)行方式

由于應(yīng)城熱電管網(wǎng)采用枝狀布置方式，運(yùn)行時(shí)根據(jù)用戶(hù)需求及管網(wǎng)狀態(tài)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)投、切的方式，運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在主干網(wǎng)需故障檢修時(shí)需切除線路上所有用戶(hù)，運(yùn)行方式不夠靈活，供熱可靠性不高。

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性探討

蒸汽供熱管網(wǎng)。應(yīng)城熱電供熱管網(wǎng)自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，熱網(wǎng)1#線40%設(shè)計(jì)流量下管道熱損失率1.5%，熱網(wǎng)2#線80%設(shè)計(jì)流量下中壓管道熱損失率1.9%，2#線76%設(shè)計(jì)流量下低壓管道熱損失率0.55%，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。與國(guó)內(nèi)類(lèi)似熱網(wǎng)項(xiàng)目相比，管網(wǎng)溫降和壓降均達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)；相近運(yùn)行工況下運(yùn)行平均溫降基本都優(yōu)于相似熱網(wǎng)項(xiàng)目。

結(jié)論：對(duì)全廠供電煤耗影響最大的是#2機(jī)組供電煤耗；熱電比對(duì)#2機(jī)組供電煤耗影響很大，日常運(yùn)行中應(yīng)盡可能提高#2機(jī)組熱電比以達(dá)到降低機(jī)組供電煤耗目的；熱電比對(duì)#1機(jī)組的供電煤耗影響較小，日常運(yùn)行中應(yīng)著力于提高機(jī)組的各單項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以達(dá)到降低機(jī)組供電煤耗目的；供熱量對(duì)全廠煤耗影響很大，應(yīng)加緊開(kāi)發(fā)熱用戶(hù)；機(jī)組運(yùn)行方式盡可能采取#2機(jī)組帶供熱單機(jī)運(yùn)行的方式；不能忽視各單項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)供電煤耗的影響，日常運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)精細(xì)化管理，全面提升機(jī)組各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。