工业集中供热系统设计及运行探讨

华能应城热电有限责任公司 郭建华

近年来国家相继发布了《中华人民共和国节约能源法》、《“十三五”节能减排综合工作方案》等一系列方针政策，旨在加快重点节能技术的普及和推广、引导用能单位采用先进的节能新技术，提高能源利用率。同时随着我国“两型社会”建设速度以及人民生活水平日益提高，在国家热电联产政策的引导下，全国范围内热电联产和集中供热正以飞快的速度在发展。各地区产业园、供热小区对蒸汽的需求量逐渐加大，对蒸汽的品质要求也越来越高，对蒸汽输送距离要求也越来越大。

1 蒸汽供热系统设计

供热管网设计。应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源位置与各种地下地上管道及其构筑物、园林绿地的关系和水文地质条件等多种因素，然后经技术经济比较后确定。供热管道平面位置的确定遵守以下原则[1]：经济上合理。主干线力求短直，尽量走热负荷的集中区。要注意管线上的阀门、补偿器和某些管道附件（如放气、放水、疏水器等装置）的合理布置；技术上可靠。供热管线应尽量避免土质松软区、地震断裂带、滑坡危险地带及地下水位高等不利地段，对于穿越工程采用成熟可靠的工艺；对周围环境的影响少且协调。应尽量少穿越主要交通线。一般平行于道路中线并应尽可能不在车行道以下敷设，通常情况下管线只沿着街道的一侧敷设。

热力管网布置形式。主要包括枝状布置、环状布置及放射状布置。枝状布置是一种常用的管网形式，按照热用户的分布确定几条主要的支线，各热用户分别接在相应的支线上，具有简单、投资省、运行管理方便等优点；环状布置是以热源点为中心将所有热用户串联起来、形成一个环状，具有运行方式灵活、可靠性较高等优点；放射状是以热源点为中心与各热用户采用点对点对接的方式，具有可靠性高的优点，但投资较大[2]。

2 热源设计

2.1 设计原则

满足所有热用户对于蒸汽参数、容量、品质的需求，尤其是机组负荷低时仍具备保证足够供热能力的需求[3]；在保证机组安全的情况下满足热电联产机组具备深度调峰的要求；具有足够高的经济性；合理选择技术路线。通过方案比选选择节省投资、经济性高、运行维护方便的技术路线。

2.2 技术路线介绍

冷再/热再等抽汽供热方式：适用于机组在进行深度调峰时其再热抽汽压力、抽汽能力仍能满足热用户需求的情况。其中冷再抽汽方式的经济性更好，但其抽汽能力受到一定的限制，需考虑到通过的再热器流量减少会导致再热汽温超温的问题；热再抽汽的抽汽能力更大但经济性稍低。同时，为保证机组在各种工况下蒸汽参数满足热用户的需求，需设置相应的减温减压装置；由于抽汽导致蒸汽通过汽轮机各通流截面的流量发生变化，需考虑由此引起的轴向推力的变化和叶片的安全性。

冷再/热再等抽汽供热、中联门参与调节方式：适用于机组带额定负荷时其再热抽汽压力、抽汽能力能满足热用户需求，但负荷降低时其抽汽压力、抽汽能力不满足热用户需求，需中联门参与调节、提高压力的情况。在机组带到一定的负荷以上，其经济性和抽汽能力同冷再/热再等抽汽供热方式相当。但在低负荷的情况下，由于中联门参与调节，增加了节流损失、降低了机组的经济性。此种方式一般无需设置减压装置，但可能需设置减温装置，亦需考虑由此引起的轴向推力的变化和叶片的安全性。由于中联门参与调节其控制逻辑相对复杂。

旋转隔板抽汽供热方式：适用于机组带额定负荷时其某一段抽汽压力、抽汽能力能满足热用户需求，但负荷降低时其抽汽压力、抽汽能力不满足热用户需求，需设置旋转隔板参与调节、提高压力的情况。此方案虽然总体上加大了供热能力，提高了经济性，但由于旋转隔板参与调节，特别是低负荷时调节幅度大，也在一定程度上降低了其经济性。同时需考虑由此引起的轴向推力的变化和叶片的安全性。由于旋转隔板参与调节，其控制逻辑相对复杂。

压力匹配器方式：适用于热用户所需蒸汽参数介于高压、低压汽源蒸汽参数之间的情况。此种情况下无论是采用高压汽源减温减压还是采用低压汽源通过旋转隔板憋压的方式，都会产生很大的节流损失，降低了经济性。采用匹配器对汽轮机通流部分的安全性影响较小、但会产生很大的噪声，系统相对稍显复杂；座缸阀调节抽汽方式：其适用情况和技术特点与旋转隔板抽汽供热方式类似；背压供热方式：适用于热用户所需蒸汽参数较低的情况。高背压供热技术根据供热所需的蒸汽参数、出力及机组的型式有多种路线，如连通管抽汽供热方案、双转子方案、低真空供热方案等。

3 华能应城热电蒸汽供热系统介绍

3.1 蒸汽供热管网

华能应城热电配置1台350MW 超临界抽汽供热机组和1台50MW 高压抽汽背压式供热机组，设计额定供热量为690t/h，最大连续供热能力为778t/h，采用二级供热，其中高压供热（4.05MPa 压力等级）额定供热量317t/h，中压供热（1.3MPa 压力等级）额定供热量373t/h。额定回水量大于414t/h，回水温度约85℃，热网回水还可作为城市商用或民用供暖热源进行二次利用。集中供热范围包括应城市东马坊、四里棚、长江埠、云梦县及应城开发区几个片区。目前能应城热电自建供热管道采用枝状布置方式，建有三条线路：

#1线（双环线）由电厂凉水塔旁围墙接出后，至电厂运灰路架空敷设约320米至107省道，沿107省道向东地埋敷设约1180米，顶管过107省道，向北沿老虎山乡道地埋敷设约550米，向东沿味谷大道地埋敷设约800米，向北沿东城大道地埋敷设约570米到达#12疏水井，蒸汽管段出地面架空至双环厂区。架空管段设置3套旋转补偿器，地埋管段设置20套旋转补偿器，分别布置在#1～#12疏水井内。

#2线（新都、久大线）从华能应城热电接至四里棚盐化工业园，长度约10km，敷设了DN300中压（输送4.0MPa 蒸汽）蒸汽管道长度约10km，DN900低压（输送1.3MPa 蒸汽）蒸汽管道6.5km后变径为DN800，继续往四里棚盐化工业园敷设约2.5km，之后再变径为DN500直至盐水河河边换热站，在河边换热站预留了DN500接口。DN250凝结水管道长度约10km。

#3线（中盐长江线）由电厂接出，平行电厂铁路专用线，伴行电厂围墙外一220kV 高压线塔（知梦线）与之并行敷设至邱家里，沿邱家里向东南方向敷设至蓝庙，后再沿110kV 高压线塔（兰长线）敷设至汉丹铁路，顶管穿越汉丹铁路后继续沿110kV 高压线塔（兰长线）敷设至汉长公路，穿越汉长公路至中加二路，后沿塞孚工业园园区道路设至中盐长江，管线全长约10.8km。其中DN700蒸汽管道长约5000m，DN600蒸汽管线长约5800m。DN150凝结水管道长约10.8km。

3.2 蒸汽供热热源

3.2.1 热源点

1号机组为50MW 背压供热发电机组，正常情况下高压供热由50MW 背压机高压抽汽提供，中压供热由50MW 背压机排汽及给水泵小汽轮机排汽提供。高压供热（抽汽口参数4.05MPa/424℃）可向外提供最小0t/h、额定317t/h、最大358t/h 的供热量，中压供热（排汽口参数1.3MPa/343℃）可向外提供最小140t/h、额定203t/h、最大496t/h（4.0MPa 对外供汽为0时）的供热量。当50MW 背压发电机组故障解列时，锅炉单独运行通过一、二级减温减压器提供受锅炉最大出力限制的对外二级供热；2号机组为350MW 超临界抽凝式供热发电机组，高压供热由再热蒸汽（热再）来提供，中压供热由四段供热抽汽提供。高压供热（抽汽口参数4.05MPa/566℃）可向外提供额定0t/h、最大285t/h 的供热量，中压供热（抽汽口参数1.3MPa/447℃）可向外提供最小0t/h、额定180t/h、最大265t/h 的供热量。

3.2.2 供热压力控制

高压供热（压力4.05MPa）由50MW 背压机高压抽汽提供时，高压抽汽压力由50MW 背压机供热调门（俗称座缸阀）和高压调门控制，当热用户用汽量增加、高压抽汽压力偏低时，先关小座缸阀瞥压、后开大高压调门增加主蒸汽进汽达到新的平衡，维持高压抽汽压力正常。高压供热由350MW 机组再热蒸汽（热再）提供时，由350MW 机组中压调门控制再热蒸汽压力。

中压供热（压力1.3MPa）由50MW 背压机排汽提供时，背压机排汽压力由高压调门控制，当热用户用汽量增加、排汽压力偏低时，先开大调门增加主蒸汽进汽、后开大座缸阀增加排汽量，维持排汽压力正常；中压供热由350MW 机组四段供热抽汽提供时，四段供热抽汽压力由350MW 机组旋转隔板（中压缸第八级）控制，当机组减负荷、四段抽汽压力偏低时关小旋转隔板，用减小旋转隔板通流面积提高四段抽汽压力，维持四段抽汽压力稳定；当由#1机组锅炉单独运行通过一、二级减温减压器提供对外供热时，一级减温减压器控制高压供热（4.05MPa）压力温度正常，二级减温减压器控制中压供热（1.3MPa）压力温度正常。

3.2.3 供热温度控制

对外热源分界点蒸汽参数为1.25MPa/258℃和4.0MPa/319℃，对外供热蒸汽温度由各供热回路的喷水减温装置自动调节控制。

3.3 供热系统运行

3.3.1 热源运行方式

50MW 背压机组独立供热。中压供热由50MW背压机组排汽（含给水泵汽轮机排汽）供热，主蒸汽二级减温减压器及350MW 机组四段供热抽汽备用。高压供热由50MW 背压机组一级供热抽汽供热，主蒸汽一级减温减压器及350MW 机组热再供热抽汽备用；350MW 机组独立供热。中压供热由350MW机组四段供热抽汽供热，无备用供热。高压供热由350MW 机组热再供热抽汽供热，无备用供热；50MW 背压机组与350MW 机组联合供热。中压供热由50MW 背压机组排汽（含给水泵汽轮机排汽供汽）和350MW 机组四段供热抽汽联合供热，50MW背压机组主蒸汽二级减温减压器供热备用。高压供热由50MW 背压机组一级供热抽汽供热，主蒸汽一级减温减压器及350MW 机组热再供热抽汽备用。

50MW 背压机组解列，670T/h 锅炉运行独立供热。中压供热由#1炉（670T/h）主蒸汽经两级减温减压器供热，#2机四段供热抽汽备用或无备用。高压供热由#1炉（670T/h）主蒸汽经一级减温减压器供热，#2炉热再供热抽汽备用或无备用；50MW背压机组解列，670T/h 锅炉运行与350MW 机组联合供热。中压供热由#1炉（670T/h）主蒸汽经两级减温减压器与#2机（350MW 机组）四段供热抽汽联合供热。高压供热由#1炉（670T/h）主蒸汽经一级减温减压器供热，#2炉热再备用。

3.3.2 热网运行方式

由于应城热电管网采用枝状布置方式，运行时根据用户需求及管网状态采用点对点投、切的方式，运行方式相对简单，缺点是在主干网需故障检修时需切除线路上所有用户，运行方式不够灵活，供热可靠性不高。

3.4 系统运行的经济性探讨

蒸汽供热管网。应城热电供热管网自投运以来运行情况良好，各项指标均达到设计要求，热网1#线40%设计流量下管道热损失率1.5%，热网2#线80%设计流量下中压管道热损失率1.9%，2#线76%设计流量下低压管道热损失率0.55%，达到国内领先水平。与国内类似热网项目相比，管网温降和压降均达到设计要求指标；相近运行工况下运行平均温降基本都优于相似热网项目。

结论：对全厂供电煤耗影响最大的是#2机组供电煤耗；热电比对#2机组供电煤耗影响很大，日常运行中应尽可能提高#2机组热电比以达到降低机组供电煤耗目的；热电比对#1机组的供电煤耗影响较小，日常运行中应着力于提高机组的各单项经济指标以达到降低机组供电煤耗目的；供热量对全厂煤耗影响很大，应加紧开发热用户；机组运行方式尽可能采取#2机组带供热单机运行的方式；不能忽视各单项经济指标对供电煤耗的影响，日常运行中应加强精细化管理，全面提升机组各经济指标。