摘要：本文基于供熱系統(tǒng)是由供熱管網(wǎng)、熱源以及熱用戶等組成的枝狀管網(wǎng)系統(tǒng)，在熱源結(jié)構(gòu)，熱負(fù)荷分布和大小及熱力站位置已知的情況下，供熱系統(tǒng)的改進(jìn)方式即是熱網(wǎng)的優(yōu)化，進(jìn)而，對(duì)大高差長(zhǎng)輸管線設(shè)置進(jìn)行了深入研究，提出了優(yōu)化設(shè)想。

關(guān)鍵詞：大高差;熱力站;長(zhǎng)輸管線;熱泵

在常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)模式中，供熱半徑一般不超過(guò)20公里，超過(guò)20公里之后，供熱成本將趨向不合理。利用大溫差輸送、余熱利用技術(shù)，可以使得供熱成本明顯降低。大高差供熱中由于地形高差大常常需要設(shè)置隔壓站，防止系統(tǒng)的超壓出現(xiàn)。本文通過(guò)對(duì)隔壓站的優(yōu)化分析研究，實(shí)現(xiàn)大高差長(zhǎng)距離輸送供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)能和成本降低。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)大高差長(zhǎng)距離供熱系統(tǒng)中的隔壓站優(yōu)化進(jìn)行探討。

1、隔壓熱力站特點(diǎn)

隔壓熱力站通常設(shè)置在主干線上，目的是隔絕系統(tǒng)壓力，經(jīng)隔壓熱力站換熱后的二級(jí)側(cè)溫度應(yīng)與一級(jí)側(cè)溫度盡量接近，否則易影響設(shè)置在支干線上的常規(guī)熱力站的換熱效率。根據(jù)板式換熱器的換熱原理，當(dāng)單臺(tái)換熱器串聯(lián)的換熱板片超過(guò)一定數(shù)量后，易出現(xiàn)末端板片失效的問(wèn)題，因此單臺(tái)換熱器的板片數(shù)量不宜過(guò)多。隔壓熱力站的供熱能力通常大于常規(guī)熱力站，為滿足隔壓熱力站的換熱要求，換熱機(jī)組通常設(shè)置多臺(tái)換熱器，因此隔壓熱力站的占地面積通常大于常規(guī)熱力站。

2、隔壓站的設(shè)置存在的問(wèn)題

隔壓站的設(shè)置解決的系統(tǒng)超壓的問(wèn)題，但是卻帶來(lái)的端差損失，提高了熱源回水的溫度，這尤其在熱電廠回收余熱時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)電廠大量余熱無(wú)法回收的問(wèn)題，這不僅給電廠帶來(lái)了損失，還會(huì)使得熱源供熱能力出現(xiàn)下降。

3、工程實(shí)例

3.1工程概況

某工程為熱電聯(lián)產(chǎn)供熱項(xiàng)目。電廠是發(fā)電容量1800MW的純凝火力發(fā)電廠，發(fā)電的同時(shí)大量的汽輪機(jī)乏汽余熱通過(guò)空冷島排掉。將電廠改造為供熱機(jī)組，并配合余熱回收及末端燃?xì)庹{(diào)峰，可承擔(dān)太原市8000萬(wàn)㎡供熱面積的供熱量。電廠距離市區(qū)37.8km，采用傳統(tǒng)集中供熱技術(shù)難以解決長(zhǎng)距離熱量輸送所造成的高成本問(wèn)題。本項(xiàng)目綜合利用大溫差輸送、余熱利用、燃?xì)夥植际秸{(diào)峰等方案，大幅度降低了供熱成本，使遠(yuǎn)距離供熱輸送經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上成為可行。

電廠標(biāo)高1020，市內(nèi)熱網(wǎng)最低標(biāo)高約780，全程高差240米。根據(jù)工藝流程需要，需在市區(qū)外圍設(shè)置隔壓站，長(zhǎng)輸管線接入隔壓站，再由隔壓站接出管道進(jìn)入市區(qū)熱網(wǎng)。

3.2隔壓站系統(tǒng)簡(jiǎn)述

在隔壓站內(nèi)設(shè)置兩套供熱系統(tǒng).每套供熱系統(tǒng)供熱能力1744MW.設(shè)計(jì)流量15000t/h.高溫側(cè)一次網(wǎng)供水溫度為125℃ ，回水溫度為25℃，管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力2.5Mpa。通過(guò)隔壓站換熱及隔壓，低溫側(cè)一次網(wǎng)供水溫度120℃，回水溫度20℃，低溫側(cè)管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力1.6Mpa。

本隔壓站供熱面積是目前國(guó)內(nèi)最大的，選用的換熱器單臺(tái)面積較大，給運(yùn)輸維修帶來(lái)較大的不便。因此，本隔壓站換熱器采用串聯(lián)梯級(jí)加熱。單套系統(tǒng)換熱器采取每3臺(tái)串聯(lián).換熱器換熱流程見(jiàn)下圖：

由圖1可以看出隔壓站內(nèi)的換熱器存在5℃的溫度端差。

3.3隔壓站換熱器系統(tǒng)的優(yōu)化

換熱器端差的存在對(duì)本工程大溫差長(zhǎng)距離供熱的供熱能力帶來(lái)一定的影響。造成電廠余熱回收的損失。本工程隔壓站內(nèi)設(shè)置兩套供熱系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量15000t/h。換熱器端差帶來(lái)的供熱損失為：Q損=4.1868X15000X2X5=174MW。

為了消除換熱器帶來(lái)的端差損失，本工程在隔壓站內(nèi)設(shè)置電動(dòng)壓縮式熱泵降低高溫側(cè)回水溫度。這樣不僅可以降低高溫側(cè)回水溫度，而且可以增加供熱能力。

電動(dòng)壓縮式熱泵制熱循環(huán)主要設(shè)備包括蒸發(fā)器（液態(tài)制冷劑在其中蒸發(fā)，從而吸收來(lái)自工業(yè)余熱廢熱源的熱量）、壓縮機(jī)（驅(qū)動(dòng)熱泵制熱循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力）、冷凝器（氣態(tài)制冷劑在其中冷凝，通過(guò)冷凝放熱實(shí)現(xiàn)供熱）及節(jié)流裝置。

電動(dòng)壓縮式熱泵制熱循環(huán)示意如下圖所示。

采用電動(dòng)壓縮熱泵優(yōu)化后的流程見(jiàn)下圖：

從上圖可以看出，高溫側(cè)125℃的高溫水通過(guò)板式換熱器換完熱變?yōu)?5℃的低溫水，然后進(jìn)入電動(dòng)壓縮式熱泵進(jìn)一步降溫到20℃。一次側(cè)由板換引一路48℃的熱水進(jìn)入電動(dòng)壓縮式熱泵升溫至82℃后進(jìn)入板換繼續(xù)進(jìn)一步加熱至120℃。

本工程選用多級(jí)離心式熱泵，多級(jí)離心式熱泵是通過(guò)設(shè)置多級(jí)離心式壓縮機(jī)做功，將余熱經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)梯級(jí)做功提高到較高的溫度，其溫度壓頭為30℃至65℃時(shí)，熱泵制熱效率在 3.6至6.5 之間。下圖所示為多級(jí)離心式熱泵的溫度壓頭-制熱效率cop的曲線圖，從圖中可看出，溫度壓頭越小，熱泵的制熱效率越高，反之越低。

電動(dòng)壓縮式熱泵回收的余熱量為174MW。熱泵的COP=3.5。電動(dòng)壓縮式熱泵提供的熱量為243.6MW。即采用電動(dòng)壓縮式熱泵后可以增加供熱量243.6MW。按供熱綜合熱指標(biāo)50W/㎡計(jì)算，可以增加供熱面積487萬(wàn)㎡。

3.4經(jīng)濟(jì)效益

本工程電動(dòng)壓縮式熱泵供熱量243.6MW，回收的余熱量174MW，運(yùn)行時(shí)間T=151d，每天運(yùn)行時(shí)間24h;采暖期平均負(fù)荷系數(shù)F=0.697。

本工程電動(dòng)壓縮式熱泵的耗電功率為243.6-174=69.6MW。

本工程的回收余熱的費(fèi)用見(jiàn)下表：

由上表可以看出投資回收期約為2年。

4.結(jié)論

1）在隔壓站內(nèi)設(shè)置電動(dòng)壓縮式熱泵降低高溫側(cè)回水溫度。這樣不僅可以降低高溫側(cè)回水溫度，而且可以增加供熱能力。

2）采用電動(dòng)壓縮式熱泵后可以大大增加供熱量。

參考文獻(xiàn)

1.張開(kāi)菊等，熱力網(wǎng)與供熱 北京? 中國(guó)電力出版社，2006年

2.劉志真，熱電聯(lián)產(chǎn)，北京，中國(guó)電力出版社，2006年

作者簡(jiǎn)介：

王孝全 男 出生年月：1969年02月;工程師