【关键词】热电联产直供  混水  分布式  节能

随着煤价及能源材料价格的不断攀升，一些县城、工厂的中小型电厂的发电成本远大于国家电网的上网电价，而且随着集中供热需求的发展，这些中小型电厂逐渐转型为“热电联产”的模式，在采暖期采用低真空的运行方式，提高循环水温度为居民供热。

1993年我国城镇建筑总量不足60亿平米，到2002年已达120亿平米，到2007年时建筑总量已超过180亿平米，由此数据可知，近几年我国建筑面积增长迅速，其中采暖热负荷需求也是迅速增加。而这些中小电厂供暖初期时未考虑到负荷增加如此之快，设计管网为低温管网，管径过小，造成运行中遇到很多困难。

我公司接触一项目：机组装机为2×12MW抽凝式汽轮发电机组以完成低真空改造，管网规划供暖面积240万平米，2011年实际入网面积226万平米。 循环泵G=2200m3/h   H=65m   N=630kw三台，2010-2011年采暖期采用二用一备。供暖管网于2010年建成，设计温度为75/55℃,压力为1.3Mpa，采用低温热水直供采暖形式。管网敷设方式为无补偿直埋敷设。

2010—2011采暖期实供面积150万平米左右，采暖期运行效果不理想，用户放水、加泵现象过多。我公司根据管网图及入网面积对其进行水力计算如下：

热网没有控制手段，选取流量按4kg/㎡·h，此时单程沿程阻力损失为193米水柱，当局部阻力取0.3，满足运行需要扬程为500米水柱。由此可见此系统如要满足供暖要求，需消耗大量的电能，而且运行压力远远超过管网及设备所能承受的范围，影响安全运行。

下面针对以上问题如何改造，如何安全运行，如何保证供热效果进行探讨。

1.方案分析

1.1方案一  根据供暖面积核算，更换管道。

此供暖管网，共分三大支线：DN400支线入网面积52万平米，管线长度为3000米；DN600支线入网面积116万平米，管线长度为4800米；新区支线入网面积58万平米，管线长度6000米。

DN600为最不利支线，以此为例,更换管道后水力计算如下：

同样设计流量为4kg/㎡·h进行计算，单程沿程阻力损失为20米水柱，局部阻力取0.3，满足运行需要扬程为52米水柱。根据电厂首站循环水处损失15米水柱，末端用户10米水柱，系统定压0.2Mpa,供水压力为0.97Mpa。经此改造，运行压力基本满足安全需求，运行时应注意近端住户自用压差过大。

1.2方案二  根据供暖面积负荷划分供热区域，每个供暖区域规划为一个换热站，通过提高介质温度，降低主管道循环流量的方式降低压降，保证系统正常运行。

DN600为最不利支线，以此为例，降低循环流量后水力计算如下：

由于供水温度提高，供回水温差拉大，循环缩小，流量按1.5kg/㎡·h进行计算（考虑到电厂供水温度不能提的过高，管道为低温管道），单程沿程阻力损失为27米水柱，同样局部阻力取0.3，满足运行需要扬程为71米水柱。根据电厂首站循环水处损失15米水柱，末端用户10米水柱，系统定压0.2Mpa,供水压力为1.16Mpa。这样一次网系统与二次网系统独立分开，运行互不影响，保证了系统正常运行。

1.3方案三  根据供暖面积负荷划分供热区域，每个供暖区域规划为一个混水站，同样可通过提高系统介质温度，降低循环流量的方式降低压降保证系统运行。通过方案二中可知运行时一次网压力1.16Mpa，混水系统中一次网与二次网系统互相影响，为此采用分布式相结合的混水形式，设定系统出口压力不大于0.8Mpa，保证系统正常运行。

水压图分布如下：

根据混水站设置在管网中的位置及在水压图中所对应的位置进行不同混水形式选择。此管网共设计三种混水形式：旁通加压式、回水加压式、分布式。

在管网近端，供回水压差在15米水柱以上，设置为旁通加压式混水，系统图如下：

在管网中端，供回水压差在±15米水柱之间，设置为回水加压式混水，系统图如下：

在管网末端，供回水压差在-15米水柱以上，设置为分布式混水，系统图如下：

应用此方案可保证系统出口压力不超过0.8Mpa，各个混水站安装了自力式流量控制阀，保证了系统的水力平衡，而且近端混水站利用流量阀降低了一次网供水压力保证了二次网用户不受一次网影响。

2.效果对比：

2.1投资与改造难度

方案一改造需要将整个管网进行更换，等同于重新建设管网，不仅管材及施工费投资将达到几千万以上，而且施工时要把直埋管道刨出，造成道路严重破坏，影响市民的正常生活，此方案耗资巨大，而且面临很大的施工难度。方案二与方案三管网改动较小，但方案二需购置换热设备，因一次网供水温度偏低，需设置换热设备偏大，同时站内需增加二次网补水设备，这样就需要站房较大，而且方案二循环泵要克服换热器阻力损失，电机功率应大于方案三一个规格，通过以上分析可知方案三投资最省，只有混水泵投资，而且占地面积相对较小，施工更快更简单。

2.2运行成本

根据 功率=扬程×流量及单位换算1m.t/h=2.78w(即：每小时将1吨水提升1米的净功率为2.78瓦)核算每个方案净电耗。

方案一  耗电9056×77×2.78÷1000=1938kw

方案二  一次网耗电3396×96×2.78÷1000=906kw

二次网耗电9056×30×2.78÷1000=755kw，总耗电为1661kw。

方案三  一次网耗电3396×65×2.78÷1000=613kw

二次网旁通混水形式一次网直接进入用户满足其需求，二次泵循环流量为65%，扬程没有换热器损失,扬程选择为25米水柱。其他形式循环流量为全部，回水加压与旁通混水扬程相同，分布式扬程选择为克服最不利的供回水压差-20米水柱，考虑站内损失定为30米水柱。旁通式混水占系统总面积的65%，回水加压式混水占系统总面积的25%，分布式混水站系统总面积的10%。计算如下：

旁通式9056×65%×25×2.78w÷1000=266kw

回水加压式9056×25%×25×2.78w÷1000=157kw

分布式9056×10%×30×2.78w÷1000=76kw，总耗电1112kw。

三种方案相对比，方案一耗电最大，方案二相较于方案一节电15%，方案三相较于方案一节电43%。

方案一供回水压差过大，会造成水力失调，形成近端过热，远端不热现象，会造成10%的热量浪费。方案二与方案三把管网分割成几个独立系统，方便调节相比方案一失调量会降低，方案三相较于换热形式热效率高，降低了换热设备的热损失可近一步降低热耗。

2.3注意事项

改造方案同时都能保证管网正常运行，方案一采用大直供形式，供水压力直接面对住户，近端用户应注意减压，保证其近端用户供水压力小于其散热设备的承受范围。首站汽轮机处循环水流量范围为3000——4400t/h，外网运行需求远大于其范围，应增加旁通管。方案二通过换热设备把热用户与热源独立分开，因电厂利用其余热供暖，而且低真空处对于供水温度要求不超过68℃，应在电厂处补充汽水换热器作为提温设备，但供热管道为无补偿低温管道，供水温度不能过高，所以换热站选设备时应较大一下以弥补其不足。方案三采用混水形式，虽形成一次网、二次网形式，但一次网也直接进入热用户这样提高热效率，同条件也需在电厂设汽水换热器作为提温设备，但供水温度相对方案二较低，因一次网二次网相连为一个系统，各个点失水只能通过电厂统一补水，相对补水要求较大。

针对以上三个方案也应注意，方案一以后没有再增负荷的空间，方案二、方案三可根据增负荷情况增加换热站或混水站。

3.方案选择与效果

通过我公司技术人员对此项目管网进行考察分析与客户沟通最终确定为方案三。方案方向落实后，先对整个管网进行规划，通过各个支线面积，最终确定为52个混水站，其中旁通式31个，回水加压式17个，分布式4个。紧张施工完成，马上进入了采暖期。

采暖期实供面积为180万平米，供/回水压力0.74Mpa/0.18Mpa左右，循环流量为3600t/h，严寒期供水温度72℃。根据供暖面积与循环流量设定一次网循环流量为2kg/㎡·h,根据每个站内数据绘制实际运行水压图如下：

通过实际运行水压图可发现与计算水压图有一定区别，通过实际运行调试时把4个分布式混水站中回水加压泵停止运行，节约了电能。同时还可发现此管网还有一定的增容的能力。

通过理论分析和改造方案的确定与实施，对于热电联产直供系统负荷增加后，改造应尽量采用混水分布式改造。采用此方案不仅投资节省，运行经济，而且经过简单调整还可以有一定的扩容能力，是热电联产改造的一个大方向。