关于利用电站锅炉长距离集中供热的探讨

罗申国

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)

晋城市位于山西省东南部，是重要的能源、煤化工基地，煤炭外运通畅。为提高城区环境质量和居民的生活水平，改善城区以分散锅炉房与家用小炉具为主的采暖供热现状，晋城市政府决定在全市范围内实施城市集中供热工程并制定了《晋城市城市供热专项规划》。根据供热规划，北石店区城市化改造区集中供热的建筑面积近期500万m2，远期700万m2，除180万m2供热面积由王台热电分公司现有热源提供外，剩余建筑面积供热需新建热源厂或利用其他现有热源。

晋煤集团成庄资源综合利用电厂(以下简称“成庄50 MW电厂”)与成庄热电厂、洗煤厂相邻，建设规模为1×55 MW冷凝式汽轮发电机组+1×240 t/h高温高压循环流化床锅炉，锅炉燃料来自成庄矿井洗煤厂生产工程中产生的煤泥和煤矸石。成庄热电厂建设规模为3×6 MW，装机为3×6 MW抽汽凝汽式汽轮机组+4×35 t/h链条炉，2006年进行了技术改造，安装10×1.8 MW燃气内燃发电机组，置换下3台6 MW汽轮机组，4台35 t/h锅炉中的2台用于成庄矿供热，另2台备用。

考虑到成庄50 MW电厂目前环评未通过验收，时刻面临关停的风险，拟利用成庄50 MW电厂和成庄热电厂现有锅炉及配套设施，输送蒸汽或高温热水至晋城市北石店区王台热电分公司南侧新建换热站，换热后供北石店区居民集中用热，替代近期拟建热源厂供热锅炉，这样不仅可以充分利用现有成庄两个电厂固定资产，解决成庄矿污水、煤矸石以及煤泥的排放和电厂现有职工就业问题，而且还可以减少拟建热源厂对晋城市的环境污染。

1 北石店区集中供热热源、热负荷和供热介质

《晋城市城市供热专项规划》中将晋城市集中供热系统分为11个热区，而北石店区是其中之一。北石店区是晋城市“六区联动、组团发展”的重要组成部分，建设用地8.65 km2，城市人口8万，主要用于居住、公建、工业、仓储用地，为城市生产生活的综合片区。根据供热专项规划，北石店城市化改造区域近期(2009—2015年)形成500万 m2的供热能力，远期(2009—2020年)满足700万m2的供热需求。

目前，北石店区集中供热热源主要来自王台热电分公司现有的4台40 t/h和1台80 t/h循环流化床锅炉，供热能力为180万m2。随着北石店区城市化改造工程的实施和各项公用建筑、居民建筑相继竣工，北石店区近期集中供热缺口为320万m2，按规划建筑综合热指标58 W/m2计算，缺口供热负荷为185.6 MW;远期总规划供热面积为520万m2，供热负荷为262.08 MW。

供热规划中供热介质选用高温热水，采用二次网供热系统，一次网供回水温度为130/70℃，经过换热站交换为85/60℃低温热水向用户供热。

2 电厂供热能力分析

成庄50 MW电厂安装有1台240 t/h高温高压循环流化床锅炉，额定蒸发量240 t/h，最大连续蒸发量260 t/h，蒸汽参数为 9.8 MPa、540℃，现主要用于发电;成庄热电厂原有的3台6 MW汽轮机组已经拆除，剩下4台35 t/h链条炉冬季供成庄矿用热，单台锅炉额定蒸发量 35 t/h，蒸汽参数为 3.82 MPa、450℃。

成庄50 MW电厂汽机停运后，锅炉蒸发量按240 t/h计算，除去自用蒸汽18 t/h，可对外供蒸汽量222 t/h，换热后凝结水按90℃计算，则每吨蒸汽供热量为0.86 MW，可对外供热量190.92 MW。成庄热电厂4台锅炉总蒸汽量为140 t/h，而成庄矿现有供热面积约50万m2，考虑将来供暖面积的增加，自用蒸汽量按66 t/h考虑，则可对外供蒸汽量74 t/h，换热后凝结水按90℃计算，则每吨蒸汽供热量为0.82 MW，可对外供热量60.68 MW，2个电厂对外供热量合计约251.6 MW。

3 长距离输送管网调研情况

集中供热管网供热介质有热水和蒸汽两种。通过对华电大同第一热电厂及长治襄垣诚丰电力有限公司的长距离输送热水、江苏南通天生港发电有限公司及太仓港协鑫发电有限公司的长距离输送蒸汽项目进行调研。热水供热管网中，襄垣诚丰电力有限公司最长输送距离11 km，管径700 mm，供热一次管网温降为0.5℃/km，压降为0.05 MPa/km。根据相关资料，国内大落差、复杂地形热水供热系统设计超过100 m落差的热水供热系统有新疆乌鲁木齐南区热网工程(落差144 m)、国电新疆红雁池发电有限公司热网工程(落差143 m)等大型热网工程。蒸汽供热管网中，太仓港协鑫发电有限公司输送管线设计31 km，一期工程已投运，管线长20 km，管径700 mm，供汽管网温降为5℃ /km ～7℃ /km，压降为0.02～0.04 MPa/km。通过调研并结合目前国内已投入运行的热网工程实例来看，长距离、大落差供热工程输送方案技术可行，输水方案主要用于城市集中供热，输汽方案主要用于工业生产。

4 线路选择

根据现场踏勘情况，以及业主提供的地形图资料，本着供热管线布置便于安装和维护的原则，尽量沿公路两侧敷设，选定总长度约23 km，起点成庄矿地形标高830 m，终点王台热电分公司地形标高798 m，沿途最高点地形标高1 041 m，最低点地形标高约790 m，全程地势落差约为251 m。

5 输送方案

5.1 热水输送方案

5.1.1 设计技术原则

1)根据《城市热力网设计规范》(CJJ34－2002)第1.0.2条规定，供热热水介质设计压力小于或等于2.5 MPa，设计温度小于或等于200℃，故成庄至王台供热管道以设计压力不超过2.5 MPa为基准进行设计。

2)晋城市供热规划中一次网供回水温度为130/70℃，管网设计压力为1.6 MPa。为了保证与规划中供热管网的压力等级匹配及日后与王台新建热源厂联网运行，在王台热电分公司储气柜南侧设一座隔压换热站。

3)供热管道散热损失参照调研数据，供水管道温降按0.5℃/km，回水管道温降按0.3℃/km。

5.1.2 供热能力

50 MW机组停运，加上热电厂富余80 t/h汽量，蒸汽换成高温热水全部外供，供水管道温降按0.5℃/km，回水管道温降按0.3℃/km，输送距离23 km，王台隔压换热站一次网供回水温度130/70℃，则成庄电厂供回水温度为150/90℃。成庄电厂起点供热量251.6 MW，管路热损失67.3 MW，送至王台换热站供热量184.3 MW，可带供热面积354万m2。

5.1.3 加压泵站配置

根据地形图，通过上述水力计算，绘制出线路1供热管网的水压图。通过水力计算分析，设计管径为供水 DN800，回水 DN800，设计压力 2.5 MPa，最大工作压力2.45 MPa，设计供回水温度为150/90℃，管道压力降48.2 Pa/m，整个供水、回水管路阻力损失合计约2 217 kPa(221.7 mH2O)，需在供热管网回水管路上设3处加压泵，分别是成庄汽水换热首站、中继泵站和王台隔压换热站，中继泵站设在距成庄约9 km处的靳沟村东侧。为保证整个供热管道系统不倒空、不汽化，须在李山村和宋家掌村之间开凿隧道，长度约2.8 km，净截面尺寸宽4 m，高2.5 m。供热管网定压方式采用补水泵定压，定压点设在成庄汽水换热首站循环泵出口。

5.1.4 投资估算

经初步估算，包括成庄汽水换热首站、中继泵站和王台隔压换热站的全部土建工程费、设备及工器具购置费、安装工程费及工程建设其他费用，23 km输送管道和征地费用，总投资约30 301万元。

5.2 蒸汽输送方案

5.2.1 设计技术原则

1)常规蒸汽管道输送距离一般为6～8 km，最长不超过10 km，每公里温度降15℃ ～20℃，压降0.06～0.1 MPa，管网漏损、疏水 15% ～30%。根据调研情况，新型长输热网技术长输距离可达30 km，每公里温降 5℃ ～7℃，压降0.01 ～0.02 MPa，管网漏损、疏水损失初期7% ～8%，正常为2%。

2)因本项目供热区域内的热用户为采暖热用户，采暖换热站一般采用0.4 MPa饱和蒸汽进行热交换集中供热水，故确定王台换热站末端蒸汽参数为0.5 MPa，160℃。

3)根据《城市热力网设计规范》(CJJ34－2002)第1.0.2条规定，供热蒸汽介质设计压力小于或等于1.6 MPa，设计温度小于或等于350℃，故2个电厂蒸汽分别减温减压至 1.5 MPa、340℃ 后，进入输汽管道。

5.2.2 供汽方案

供汽方案根据敷设管道数量不同，有敷设1根DN1000管路和敷设2根DN700管路两种方案，通过水力计算，两种方案输送管道末端蒸汽参数均能满足要求，方案一管线投资略低，但管径大，不便于安装和维护;方案二供汽可靠性高，当1条管路故障时，还能保证50%供热负荷。

故从保证供热管道安全、稳定运行方面考虑，建议采用方案二，即从成庄电厂敷设两路蒸汽管线至王台换热站。换热后的冷凝水进行回收，将296 t/h蒸汽冷凝后，按98%回收率，凝结水量约290 t/h，管径DN300，凝结水泵选用高压给水泵，布置在王台换热站内。

5.2.3 供热能力

成庄电厂外供蒸汽量296 t/h，2根蒸汽输送管道管径DN700，凝结水管道1根，管径DN300，管路热损失40 MW，送至王台换热站供热量206.3 MW，可带供热面积366万m2。

5.2.4 投资估算

经初步估算，包括成庄电厂蒸汽减温减压和调压装置改造、王台换热站的全部土建工程费、设备及工器具购置费、安装工程费及工程建设其他费用，23 km输送管道和征地费用，总投资约32 391万元。

5.3 热水和蒸汽输送方案运行成本分析

热水和蒸汽输送方案运行成本见表1。

表1 热水和蒸汽输送方案运行成本表

5.4 供热方案

热水和蒸汽两种输送方案相比较，热水输送方案便于调节、热水蓄热能力强、热稳定性好，但需要设置中继泵站和开凿隧道，施工和运行维护难度大、运行费用高;蒸汽输送方案靠自身压力，不用泵送和耗电，不必考虑静压，但热稳定性差、安全性差、出现故障时容易造成烫伤事故，常规的蒸汽输送距离不能满足本项目要求，需要采用长输管网专利技术，投资偏高。综合考虑，建议采用热水输送方案。

6 结语及建议

利用成庄两个电厂现有锅炉集中供热，根据调研情况和理论计算，成庄至王台长距离管道输送热水供热方案技术可行，可以保证北石店区集中供热近期320万m2供热面积用热需求，能充分利用现有成庄两个电厂固定资产，解决成庄矿污水、煤矸石以及煤泥的排放和电厂现有职工就业问题，减轻拟建热源厂对晋城市的环境污染，具有较好的社会环境效益，也为类似电站闲置锅炉的利用开辟了一条新途径。

［1］王国兴.长输热网专利技术在集中供热工程中的应用［EB/OL］.［2011－01－12/2013－07－02］.http://wenku.baidu.com/view/b26e08da6f1aff00bed51e78.html.

［2］北京市煤气热力工程设计院.CJJ34－2002城市热力网设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002:12－13.