长输热网中继泵站分支设置方案分析

崔本明, 崔 鑫, 张宇翔, 胡皓青

(1.华电吉木萨尔热电有限公司,新疆 乌鲁木齐 830022;2.太原市热力集团有限责任公司万柏林供热分公司,山西 太原 030001;3.乌鲁木齐甘泉堡经济技术开发区(工业区)规划建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830063;4.中国市政工程华北设计研究总院有限公司第六设计研究院,天津 300384)

1 概述

2021年末,全国城市蒸汽集中供热能力11.88×104t/h,同比增长14.80%。热水集中供热能力59.32×104MW,同比增长4.78%。伴随着长输供热管网的发展,长输热网主干线上分出分支的情况屡见不鲜。由于长输热网一般为2.5 MPa压力等级,而城市现状热网多为1.0、1.6 MPa压力等级,因此须在分支后设置隔压热力站。隔压热力站应在满足工艺要求的场所建设,由于建设用地往往比较紧张,很难征到合适的土地。因此,隔压热力站与长输热网中继泵站合建,往往是比较切实可行的办法。

当隔压热力站与中继泵站合建时,分支引出位置(引出位置分为在中继泵站前、在中继泵站后)对设置方案与运行电费的影响较大。本文针对长输热网隔压热力站与中继泵站合建情况,分析中继泵站分支设置方案,结合工程实例,对方案经济性进行比较。

2 分支设置方案

当隔压热力站与中继泵站合建时,分支引出位置有两种方案:方案1:分支点在中继泵站前。方案2:分支点在中继泵站后。方案1、2分支设置形式分别见图1、2。方案1的分支点在中继泵站前,通常需要在分支管上设置回水加压泵,使隔压热力站回水压力与回水中继泵出口压力一致。方案2的分支点在中继泵站后,分支管无需设置加压泵即可满足隔压热力站资用压力。方案1、2的分支循环阻力均为分支管阻力与隔压换热机组阻力之和。由于隔压热力站与中继泵站合建,分支管很短,分支管阻力忽略不计。因此,方案1、2的分支循环阻力仅为隔压换热机组阻力。

图1 方案1分支设置形式

图2 方案2分支设置形式

分析图1、2可知,与方案1相比,方案2中继泵的流量更大。方案2的分支在中继泵站后引出,隔压热力站供水压力与中继泵站后的主干线供水压力一致,易导致隔压热力站进口压力过高以及资用压力远超隔压换热机组阻力情况出现,因此隔压热力站进口需要设置压力调节阀,造成了能量浪费。

3 工程实例

3.1 工程概况

某长输热网设计压力2.5 MPa,设计供回水温度110、50 ℃。在主干线2号中继泵站引出分支满足附近用户(设计压力1.6 MPa)的用热要求。由于用户设计压力小于长输热网设计压力,因此需要建设隔压热力站。考虑征地等因素,采取隔压热力站与中继泵站合建方案。考虑到分支引出位置变化很小,分支引出位置对长输热网水力工况没有影响。为简化计算,水的密度取1 000 kg/m3。

3.2 方案设备选型

① 方案1

方案1设计参数见图3。隔压换热机组阻力取0.25 MPa,根据隔压热力站供水压力(0.82 MPa)可计算得到隔压换热机组出口压力为0.57 MPa。由于隔压热力站回水压力需与回水中继泵出口压力一致,因此回水加压泵出口压力为1.68 MPa,由此可计算得回水加压泵扬程为113.3 m。

图3 方案1设计参数

根据图3中方案1设计参数,供水中继泵进、出口压力分别为0.82、1.54 MPa,可计算得到供水中继泵扬程为73.5 m。选择4台(互为备用)供水中继泵并联,单台水泵的并联流量折减系数取0.85,可计算得到单台供水中继泵流量为3 983.8 m3/h。供水中继泵选型参数为:流量3 990 m3/h,扬程80 m,电机输入电功率1 120 kW。回水中继泵也采用4台(互为备用)并联,设计扬程为77.6 m,设计流量为3 983.8 m3/h,选型参数为:流量3 990 m3/h,扬程80 m,电机输入电功率1 120 kW。

根据图3中方案1设计参数,回水加压泵进、出口压力分别为0.57、1.68 MPa,可计算得到回水加压泵扬程为113.3 m。选择4台(互为备用)回水加压泵并联,单台水泵的并联流量折减系数仍取0.85,可计算得到单台回水加压泵流量为1 724.1 m3/h。回水加压泵选型参数为:流量1 818 m3/h,扬程115 m,电机输入电功率800 kW。

② 方案2

方案2设计参数见图4。方案2隔压热力站供水压力与供水中继泵出口压力一致,隔压热力站回水压力与回水中继泵进口压力一致。为满足长输热网水力平衡,在隔压换热机组进口设压力调节阀,将隔压换热机组进口压力调节至1.17 MPa。

图4 方案2设计参数

根据图4中方案2设计参数,供水中继泵进、出口压力分别为0.82、1.54 MPa,可计算得到供水中继泵设计扬程为73.5 m。选择4台(互为备用)供水中继泵并联,单台水泵的并联流量折减系数取0.85,可计算得到单台供水中继泵设计流量为5 707.9 m3/h。供水中继泵选型参数为:流量5 710 m3/h,扬程80 m,电机输入电功率1 800 kW。回水中继泵也采用4台(互为备用)并联方式,设计扬程为77.6 m,设计流量为5 707.9 m3/h,选型参数为:流量5 710 m3/h,扬程80 m,电机输入电功率1 800 kW。

3.3 经济性分析

① 设备购置费

方案1:供、回水中继泵价格(水泵价格含配套变频器)均为199×104元/台,回水加压泵价格为124×104元/台,可计算得到方案1的设备购置费为2 088×104元。

方案2:供、回水中继泵价格均为296×104元/台,可计算得到方案1的设备购置费为2 368×104元。

由计算结果可知,方案1的设备购置费比方案2低280×104元。

② 运行电费

采用文献[1]提供的计算方法,将供暖期运行时间折算成最大热负荷利用时间。供暖室外设计温度为-7 ℃,供暖期室外平均温度1.10 ℃,供暖室内设计温度18 ℃,供暖开始、结束室外温度均为8 ℃,供暖时间121 d,额定热负荷1 354 MW。根据已知数据,可计算得到最大热负荷利用时间1 941.5 h。电价按0.503 元/(kW·h)计算,水泵综合效率取0.85。可计算得到方案1:供水中继泵供暖期耗电量为619.61×104kW·h,回水中继泵供暖期耗电量为654.17×104kW·h,回水加压泵供暖期耗电量为413.36×104kW·h,供暖期总耗电量为1 687.14×104kW·h,供暖期运行电费为848.63×104元。采用同样方法,可计算得到方案2:供水中继泵供暖期耗电量为887.77×104kW·h,回水中继泵供暖期耗电量为937.28×104kW·h,供暖期耗电量为1 825.05×104kW·h,供暖期运行电费为918.00×104元。

由计算结果可知,方案1的供暖期运行电费比方案2低69.37×104元。

③ 综合比较

与方案2相比,方案1的设备购置费低280×104元,供暖期运行电费低69.37×104元。

4 结论

针对长输热网隔压热力站与中继泵站合建情况,宜采用分支点在中继泵站前引出,技术经济性均优于分支点在中继泵站后引出。