石光辉

1 概述

太原市瑞光集中供热工程热源为目前正在建设中的瑞光一期2×300 MW供热机组，设计供热能力为622 MW。电厂位于山西省晋中市榆次区境内乌金山镇的东沙沟附近。该项目热网有如下特点:1)地形落差大，与主要供热区域的地形高差约100 m;2)输送距离长，电厂距最远端热力站约为23 km;3)考虑与其他热源联网运行，需将压力等级控制在1.6 MPa以内。

太原市目前现有的集中供热网供热参数为130℃，70℃，设计压力为1.6 MPa。考虑瑞光集中供热工程与现有热网并网运行，压力等级需要匹配。由于该项目约100 m的高差及23 km的输送距离，经过水力计算，如果由电厂首站直接外供130℃/70℃的高温热水，采用两级供热系统运行压力过高，该网的压力等级将达到3.0 MPa以上，工程投资也很大，且不能满足联网运行的要求。因此，本文不考虑提高压力等级的办法，将着重对采用隔压换热站、中继泵站、分布式变频、电厂首站循环泵外移的方案进行分析。

2 热网设计方案

2.1 采用隔压换热站

热网采用三级热水管网供热系统，电厂首站至隔压站之间热网为一级网，供、回水温度为140℃，80℃，设计压力为2.5 MPa;隔压站至热力站之间热网为二级网，供、回水温度为130℃，70℃，设计压力为1.6 MPa;热力站至用户管网为三级网，供、回水温度为85℃，60℃，设计压力按供热建筑高度确定。经过核算，采用隔压换热站后，可有效地将二级网压力等级控制在1.6 MPa，满足联网运行的要求。目前，此种方案已经在许多同类型供热情况的地区得以实现，并取得良好的供热效果。如由北京煤气热力工程设计院设计的新疆乌鲁木齐南区热网工程，北京石景山热电厂热网工程等均采用隔压换热站来降低压力等级。其水压采用隔压换热站水压图(见图1)。

采用隔压换热站方案，其投资较同类规模常规二级网集中供热工程相比，额外增加隔压换热站投资约1亿元，电耗会大幅增加，管理成本亦会增加。

2.2 采用中继泵站

采用中继泵站方案是供热系统采用二级管网，在一级网设中继泵站，为了控制管网压力等级在1.6 MPa以内，由于电厂在高处，仅地形高差产生的静压就达1.0 MPa，通过图2可以看出，为了保证压力最高处不超过1.6 MPa，需控制电厂首站出口压力不过高及回水压力不过低。此时，当系统满负荷运行时采用图2虚线最右侧交点，大多数换热站距离电厂首站距离远于资用压头为零处，均不满足0.15 MPa的要求。此时可采用在回水干线上采用加压泵来增加用户换热站的资用压头。供水管设加压泵，一方面需要使用高温热水泵，另一方面会进一步提高系统压力，所以应该在保证整个系统不倒空、不汽化的情况下优先在回水上设加压泵。加压泵的流量应该满足资用压头不足点以外的所有用户换热站流量之和，回水加压泵的扬程应该满足电厂首站回水压力不低于0.15 MPa，并且保证用户换热站有足够的资用压头。在设置中继泵站时，应避免管网负压区的出现。目前，此类项目在许多地区也已经实现，如由华北市政设计院设计的阳泉市阳光电厂集中供热工程等。但中继泵的设置在合理供热距离内或较小地形落差范围内较为适用，对于本项目存在系统容易超压且联网运行定压时需分开设置静压区等问题。

采用中继泵站方案，其投资较同类规模普通二级网集中供热工程相比，额外增加中继加压泵站投资约0.4亿元，电耗会大幅增加，管理成本亦会增加。

2.3 采用分布式变频

分布式变频是供热系统采用二级管网，在各热力站内设置变频泵将水送回热源处的布置方案。水压图见图3。常规二级管网供热系统是在热源处设主循环泵，计算流量和最不利环路的阻力选择循环泵的流量、扬程及台数;热力站设手动调节阀或流量控制阀等调节设备，以消耗掉剩余压头，达到系统内各热力站之间的水力平衡;采用分布式变频泵方案，对于主循环泵的选择，只要能够满足流量和热源到压差控制点的阻力即可，这样可大大降低循环泵的扬程，从而达到降低压力等级的效果，控制点之后的每个热力站设置相应分布变频泵，成为分布式变频泵供热系统，使得原来距热源近端资用压头较大处节流的能量不再白白地损失，由于水泵可用变频器调速，无论近端、远端只要有合适的资用压头即可，而不必无谓的增加额外的资用压头。但采用此方案在合理供热距离内或较小地形落差范围内较为适用，对于本项目仍然存在系统超压且联网运行时定压时需分开设置静压区等问题。

分布式变频不用增加额外的管理维护人员，管理成本，用人成本也比采用中继泵站要低。若本工程采用此方案，其投资较同类规模普通二级网集中供热工程相比，额外增加分布式变频泵投资约0.4亿元，电耗会适量增加，管理成本略有增加。

2.4 热电厂首站循环泵外移

由于电厂内供水、供电方便，因此供热首站(包括主循环泵)一般建在电厂内。针对本工程的特点，可以实施首站换热器在电厂内，将首站主循环泵外移方案。即主循环水泵设在地势变化较大处的低点，水压图见图4，这样可以降低热力站的压力，控制在1.6 MPa以内，同时可以降低电厂内换热设备的压力等级，但仍需提高循环水泵至电厂之间供热设备的压力等级。对于本项目仍然存在系统容易超压且联网运行时定压时需分开设置静压区等问题。此方案由于涉及到征地、供电、供水等问题，实施困难。

3 结语

下面将以普通二级网集中供热工程为基准，将几种集中供热方案列在一起比较，结果见表1。

表1 各种供热方式的比较

经上述比较分析，对于本项目，由于同时存在地形高差大和输热距离远的情况及并网运行的要求，从技术和经济的可行性分析，采用隔压换热站方案较好，隔压换热站后二级网应经过经济比较确定合理压差控制点，而后辅以分布式变频供热系统，以达到节电降低供热成本。隔压换热站除需供热企业承担较大的基建费用外，仍需承担投运后高额的电费。所以此类项目应该由电厂适当分担部分成本或政府补充一部分投资，如采用协议电价、投资建设隔压站、投资部分管网等，以维持供热企业的正常运营，最终达到集中供热健康发展的目的。

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