大高差长输管线热水供热管网系统性节能和优化研究

摘要：本文基于供热系统是由供热管网、热源以及热用户等组成的枝状管网系统，在热源结构，热负荷分布和大小及热力站位置已知的情况下，供热系统的改进方式即是热网的优化，进而，对大高差长输管线设置进行了深入研究，提出了优化设想。

关键词：大高差;热力站;长输管线;热泵

在常规热电联产模式中，供热半径一般不超过20公里，超过20公里之后，供热成本将趋向不合理。利用大温差输送、余热利用技术，可以使得供热成本明显降低。大高差供热中由于地形高差大常常需要设置隔压站，防止系统的超压出现。本文通过对隔压站的优化分析研究，实现大高差长距离输送供热管网系统的节能和成本降低。本文结合工程实例对大高差长距离供热系统中的隔压站优化进行探讨。

1、隔压热力站特点

隔压热力站通常设置在主干线上，目的是隔绝系统压力，经隔压热力站换热后的二级侧温度应与一级侧温度尽量接近，否则易影响设置在支干线上的常规热力站的换热效率。根据板式换热器的换热原理，当单台换热器串联的换热板片超过一定数量后，易出现末端板片失效的问题，因此单台换热器的板片数量不宜过多。隔压热力站的供热能力通常大于常规热力站，为满足隔压热力站的换热要求，换热机组通常设置多台换热器，因此隔压热力站的占地面积通常大于常规热力站。

2、隔压站的设置存在的问题

隔压站的设置解决的系统超压的问题，但是却带来的端差损失，提高了热源回水的温度，这尤其在热电厂回收余热时，将会出现电厂大量余热无法回收的问题，这不仅给电厂带来了损失，还会使得热源供热能力出现下降。

3、工程实例

3.1工程概况

某工程为热电联产供热项目。电厂是发电容量1800MW的纯凝火力发电厂，发电的同时大量的汽轮机乏汽余热通过空冷岛排掉。将电厂改造为供热机组，并配合余热回收及末端燃气调峰，可承担太原市8000万㎡供热面积的供热量。电厂距离市区37.8km，采用传统集中供热技术难以解决长距离热量输送所造成的高成本问题。本项目综合利用大温差输送、余热利用、燃气分布式调峰等方案，大幅度降低了供热成本，使远距离供热输送经济上和技术上成为可行。

电厂标高1020，市内热网最低标高约780，全程高差240米。根据工艺流程需要，需在市区外围设置隔压站，长输管线接入隔压站，再由隔压站接出管道进入市区热网。

3.2隔压站系统简述

在隔压站内设置两套供热系统.每套供热系统供热能力1744MW.设计流量15000t/h.高温侧一次网供水温度为125℃ ，回水温度为25℃，管网设计压力2.5Mpa。通过隔压站换热及隔压，低温侧一次网供水温度120℃，回水温度20℃，低温侧管网设计压力1.6Mpa。

本隔压站供热面积是目前国内最大的，选用的换热器单台面积较大，给运输维修带来较大的不便。因此，本隔压站换热器采用串联梯级加热。单套系统换热器采取每3台串联.换热器换热流程见下图：

由图1可以看出隔压站内的换热器存在5℃的温度端差。

3.3隔压站换热器系统的优化

换热器端差的存在对本工程大温差长距离供热的供热能力带来一定的影响。造成电厂余热回收的损失。本工程隔压站内设置两套供热系统，每套系统的设计流量15000t/h。换热器端差带来的供热损失为：Q损=4.1868X15000X2X5=174MW。

为了消除换热器带来的端差损失，本工程在隔压站内设置电动压缩式热泵降低高温侧回水温度。这样不仅可以降低高温侧回水温度，而且可以增加供热能力。

电动压缩式热泵制热循环主要设备包括蒸发器（液态制冷剂在其中蒸发，从而吸收来自工业余热废热源的热量）、压缩机（驱动热泵制热循环的驱动力）、冷凝器（气态制冷剂在其中冷凝，通过冷凝放热实现供热）及节流装置。

电动压缩式热泵制热循环示意如下图所示。

采用电动压缩热泵优化后的流程见下图：

从上图可以看出，高温侧125℃的高温水通过板式换热器换完热变为25℃的低温水，然后进入电动压缩式热泵进一步降温到20℃。一次侧由板换引一路48℃的热水进入电动压缩式热泵升温至82℃后进入板换继续进一步加热至120℃。

本工程选用多级离心式热泵，多级离心式热泵是通过设置多级离心式压缩机做功，将余热经过压缩机梯级做功提高到较高的温度，其温度压头为30℃至65℃时，热泵制热效率在 3.6至6.5 之间。下图所示为多级离心式热泵的温度压头-制热效率cop的曲线图，从图中可看出，温度压头越小，热泵的制热效率越高，反之越低。

电动压缩式热泵回收的余热量为174MW。热泵的COP=3.5。电动压缩式热泵提供的热量为243.6MW。即采用电动压缩式热泵后可以增加供热量243.6MW。按供热综合热指标50W/㎡计算，可以增加供热面积487万㎡。

3.4经济效益

本工程电动压缩式热泵供热量243.6MW，回收的余热量174MW，运行时间T=151d，每天运行时间24h;采暖期平均负荷系数F=0.697。

本工程电动压缩式热泵的耗电功率为243.6-174=69.6MW。

本工程的回收余热的费用见下表：

由上表可以看出投资回收期约为2年。

4.结论

1）在隔压站内设置电动压缩式热泵降低高温侧回水温度。这样不仅可以降低高温侧回水温度，而且可以增加供热能力。

2）采用电动压缩式热泵后可以大大增加供热量。

参考文献

1.张开菊等，热力网与供热 北京  中国电力出版社，2006年

2.刘志真，热电联产，北京，中国电力出版社，2006年

作者簡介：

王孝全 男 出生年月：1969年02月;工程师