【摘 要】針對(duì)瑞光熱電廠址所處的特殊地理位置和太原市市區(qū)南部對(duì)集中供熱系統(tǒng)的迫切要求，綜合考慮太原市集中供熱系統(tǒng)各熱網(wǎng)的并網(wǎng)要求，對(duì)瑞光熱電集中供熱工程采用三級(jí)換熱，局部地區(qū)設(shè)置中繼泵站的供熱方式，是目前國內(nèi)規(guī)模最大的三級(jí)換熱集中供熱工程。
     【關(guān)鍵詞】集中供熱 三級(jí)換熱 中繼泵站

     1.概況
     1.1太原市集中供熱概況
     太原市集中供熱熱源主要有：熱電廠、工業(yè)余熱、大型集中供熱鍋爐房和分散的中小型鍋爐房以及燃?xì)狻⑷加汀㈦娏Φ惹鍧嵭湍茉础Ｆ渲校袇^(qū)大型連片的集中供熱建筑面積已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3000萬m2，熱源主要為：太原第一熱電廠五期工程、太原第二熱電廠四、五期工程、東山煤礦自備電廠、東山大型熱源廠、城南大型熱源廠。目前正在建設(shè)中的城西大型熱源廠于2007年采暖季投入使用，具備供熱能力700萬m2。
     以上集中供熱熱源參數(shù)均為130℃/70℃，熱網(wǎng)的壓力等級(jí)除東山煤礦自備電廠和東山熱源廠（這兩個(gè)熱源已并網(wǎng)運(yùn)行）的熱網(wǎng)壓力等級(jí)為2.5MPa外，其余均為1.6MPa。目前整個(gè)太原市大型集中供熱屬于多網(wǎng)多源、互為備用的模式。
     我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要明確提出：“落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境基本國策，建設(shè)低投入，高產(chǎn)出，低能耗，少排放，能循環(huán)，可持續(xù)的國民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。強(qiáng)化能源節(jié)約和高效利用的政策導(dǎo)向，加大節(jié)能力度。發(fā)展采用熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電冷聯(lián)產(chǎn)，將分布式供熱小鍋爐改造為集中供熱。”
     按照太原市“十一·五”規(guī)劃，到2010年底，集中供熱面積普及率達(dá)到90％。瑞光熱電集中供熱工程是“十一·五”規(guī)劃的重要組成部分。集中供熱規(guī)劃的主要原則：以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，大型熱源廠及工業(yè)余熱為輔，充分利用燃油、燃?xì)狻⒌責(zé)岬惹鍧嵞茉矗虻刂埔说亟⒁粋€(gè)科學(xué)合理、安全可靠、可持續(xù)發(fā)展的供熱體系。
     1.2  瑞光熱電集中供熱工程概況
     瑞光熱電廠（一期）4×300MW熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組廠址位于山西省晉中市榆次區(qū)境內(nèi)烏金山鎮(zhèn)的西沙溝。工程建成后可實(shí)現(xiàn)供熱面積2120萬 m2，集中供熱工程建成后可取代市區(qū)254座鍋爐房，從而達(dá)到進(jìn)一步凈化太原市空氣、美化太原市環(huán)境的作用。
     2.供熱方案
     2.1  熱源的特殊性
     熱源供熱能力為2120萬m2，根據(jù)太原市集中供熱的要求，將供熱范圍分成兩部分，分別為南線和北線。北線供熱范圍在市區(qū)（南內(nèi)環(huán)街以南、南中環(huán)街以北、濱河路以西、體育路以東），該區(qū)域發(fā)展迅速，是目前集中供熱要求最為迫切的地方。南線供熱范圍為北營地區(qū)及機(jī)場(chǎng)大道兩側(cè)片區(qū)。
熱源所處的烏金山鎮(zhèn)比北營地區(qū)高80米，地形高差較大。北線供熱區(qū)域最遠(yuǎn)端為19公里，南線供熱區(qū)域最遠(yuǎn)端為16公里。
     鑒于以上高差大、供熱距離遠(yuǎn)這兩個(gè)主要原因，如果采用130℃/70℃的高溫水作為一次網(wǎng)熱媒，采用兩級(jí)換熱的方式供熱，這樣經(jīng)過計(jì)算，北線的熱網(wǎng)壓力等級(jí)將達(dá)到3.0MPa以上，這樣工程投資將增大很多，并且不利于實(shí)現(xiàn)與其它熱網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。
     2.2  供熱形式的確定
     根據(jù)本工程的特殊性，確定采用三級(jí)換熱系統(tǒng)。由電廠首站提供150℃/80℃的高溫?zé)崴帘睜I地區(qū)的隔壓換熱站進(jìn)行換熱，隔壓換熱站外供130℃/70℃的高溫水作為市區(qū)南北兩線供熱范圍的主要熱媒，沿供熱管網(wǎng)敷設(shè)至各個(gè)熱力站，然后外供85℃/60℃的低溫水至各用戶。
     由電廠首站至隔壓站的管網(wǎng)為一級(jí)管網(wǎng)，壓力等級(jí)為2.5MPa，又隔壓站至各個(gè)熱力站的管網(wǎng)稱為二級(jí)管網(wǎng)，由熱力站至各個(gè)熱用戶的管網(wǎng)稱為三級(jí)管網(wǎng)。
     另外，在南線供熱范圍的棗園新區(qū)距電廠首站較近，但由于地面高程相對(duì)于首站高出80m，因此從南線一級(jí)網(wǎng)分一支至地面高程與首站相同的地方設(shè)置中繼泵站，在分別供至各熱力站，然后換熱成85℃/60℃的低溫水至各用戶。
三級(jí)換熱的原理圖見下圖：
     2.3隔壓換熱站的設(shè)置
     在北營地區(qū)市政規(guī)劃用地內(nèi)征得70畝土地用于隔壓換熱站的建設(shè)，主要生產(chǎn)用房有：隔壓換熱及水處理間、水泵房、變配電室、調(diào)度樓等部分輔助用房。廠區(qū)布置采用“靜鬧區(qū)分”的原則，將產(chǎn)生高噪音的設(shè)備集中布置，采用隔聲降噪設(shè)計(jì)，整個(gè)廠區(qū)采用花園式工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，綠地面積達(dá)到30%。
     隔壓站內(nèi)設(shè)置兩套設(shè)備分別供南線、北線供熱范圍，每套系統(tǒng)設(shè)置11臺(tái)換熱器、5臺(tái)循環(huán)泵以及補(bǔ)水泵、水處理裝置等附屬設(shè)備。
     隔壓站補(bǔ)水采用“一網(wǎng)補(bǔ)二網(wǎng)”的形式，利用一級(jí)網(wǎng)回水減壓后作為二級(jí)網(wǎng)的補(bǔ)水水源。只有在初運(yùn)行和事故狀態(tài)下才啟動(dòng)自備補(bǔ)水系統(tǒng)。
     2.4管網(wǎng)的敷設(shè)
     一級(jí)網(wǎng)熱媒為150℃/80℃的高溫水，管徑為DN1200，長度為7km，由于存在地形高差，且途徑的地方均為荒地或耕地，因而采用架空敷設(shè)，進(jìn)入市區(qū)后采用地溝有補(bǔ)償敷設(shè)。
     二級(jí)網(wǎng)主干線管徑≥1000mm的采用有補(bǔ)償?shù)販戏笤O(shè)，主要原因是：管線敷設(shè)的區(qū)域多為城市建成區(qū)，地下障礙較多，并且根據(jù)太原市多年來集中供熱的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為大口徑供熱管道采用地溝敷設(shè)便于管理和維修。
     3.水力計(jì)算
     （1）管網(wǎng)水力計(jì)算原則
     1）按設(shè)計(jì)工況的計(jì)算流量和合理的沿程比摩阻確定管徑，根據(jù)所選定的管徑及實(shí)際比摩阻計(jì)算各管段壓降及節(jié)點(diǎn)壓力。
     2）二級(jí)網(wǎng)供、回水設(shè)計(jì)溫度為130℃/70℃。
     采暖室外計(jì)算溫度為-11℃。
     采暖室內(nèi)計(jì)算溫度為18℃。
     3）管壁的絕對(duì)粗糙度為0.5mm。
     4）沿程比摩阻的選取為：主干線比摩阻＜70Pa/m，支干線比摩阻采用30Pa/m~70Pa/m，熱力站支線在條件許可的情況下可大于100Pa/m，但其流速不宜大于3.5m/s。
     5）管道計(jì)算長度=管道幾何展開長度×（1+а）。
     6）熱力站資用壓頭按0.15MPa考慮。
     7）各熱源和隔壓換熱站出口的回水壓力不小于15mH2O。
     其中：а為局部阻力當(dāng)量長度系數(shù)，DN≥400取а=0.3；DN<400取а=0.2。
     （2）靜水壓線的確定：
     1）一級(jí)網(wǎng)靜水壓線
     首站位置高程870m，隔壓換熱站高程為790m，整個(gè)一級(jí)網(wǎng)西低東高，為滿足隔壓換熱站不超壓，遇突然停電時(shí)管網(wǎng)任何一點(diǎn)不產(chǎn)生汽化（150℃的汽化壓力為38.6mH2O），確定靜水壓線的位置為870+38.6+5+5=919m。棗園地區(qū)高程為950m，較之電廠首站高80m，為保證管網(wǎng)任何一點(diǎn)不產(chǎn)生汽化，確定一級(jí)網(wǎng)棗園新區(qū)（加壓站后）靜水壓線位置為999m。
     2）二級(jí)網(wǎng)靜水壓線
     供熱管網(wǎng)主干線沿途地面高程起伏不平，河?xùn)|地區(qū)東高西低，隔壓換熱站的絕對(duì)地面高程最高為：790m，南內(nèi)環(huán)街地區(qū)的高程為780m，北營地區(qū)地面高程平均為830m。考慮到管網(wǎng)與用戶熱力站采用間接連接，為滿足管網(wǎng)末端不超壓，遇突然停電時(shí)管網(wǎng)任何一點(diǎn)不產(chǎn)生汽化（130℃的汽化壓力為17.6mH2O），確定靜水壓線位置為北線為790+17.6+5+5=817.6m，取818m。南線靜水壓線為830+17.6+5+5=857.6m，取858m。
     （3）本工程采用HACNET進(jìn)行水力計(jì)算，按供熱范圍的不同分別分為一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)。北線最不利環(huán)路為12.705km，南線最不利環(huán)路為9.352km。水力工況計(jì)算分析：
     一級(jí)網(wǎng)北線，隔壓換熱站資用壓差為17.3mH2O。
     一級(jí)網(wǎng)南線，棗園區(qū)設(shè)一級(jí)網(wǎng)加壓站后，ZY1資用壓差為16.5mH2O。
     二級(jí)網(wǎng)北線YQ1為最不利壓差點(diǎn)，其供、回水壓差為18.3mH2O。
     二級(jí)網(wǎng)南線ZN4為最不利壓差點(diǎn)，其供、回水壓差為16.1mH2O。
     4.中繼泵站的設(shè)置
     在棗園新區(qū)之前需增設(shè)一加壓泵站，供水設(shè)加壓泵，將揚(yáng)程提高，回水設(shè)減壓裝置，使ZY1的資用壓頭﹥15m。同時(shí)在加壓站內(nèi)供水管上均需設(shè)置水力止回閥，同加壓泵連鎖控制，當(dāng)加壓泵關(guān)閉時(shí)，同時(shí)關(guān)閉，以免一級(jí)網(wǎng)南線其它部分超壓。加壓泵站以后補(bǔ)水采用一級(jí)網(wǎng)南線回水補(bǔ)水，將靜水壓線提高，以保證棗園地區(qū)不倒空，不汽化。加壓站需配套自控系統(tǒng)，以保證工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
供水加壓泵設(shè)供水加壓泵3臺(tái)Q=500m3/h，H=85m，選用溫度為150℃的清水泵，補(bǔ)水泵2臺(tái)，Q=60m3/h，H=85m供水加壓站工作壓力2.33MPa。
     5.本工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)
     本工程供熱系統(tǒng)目前為國內(nèi)供熱面積最大的大高差供熱系統(tǒng)，通過采用三級(jí)換熱的方式解決了高差大的問題，同時(shí)兼顧了與其他熱網(wǎng) 并網(wǎng)運(yùn)行的問題。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
     （1）供熱系統(tǒng)****有三級(jí)換熱、三種熱媒、一座中繼泵站、充分滿足了工程中各種具體情況。
     （2）針對(duì)各種介質(zhì)所適應(yīng)的工況選用合理的敷設(shè)方式。一級(jí)網(wǎng)采用有補(bǔ)償架空敷設(shè)，二級(jí)網(wǎng)采用無補(bǔ)償直埋技術(shù)，大大減少了補(bǔ)償器的數(shù)量，減少了二級(jí)網(wǎng)的溫度降。
     （3）二級(jí)網(wǎng)補(bǔ)水采用一級(jí)網(wǎng)回水作為補(bǔ)水水源，是一種有效的節(jié)能措施。
     （4）整個(gè)管網(wǎng)的調(diào)控采用計(jì)算機(jī)控制，隔壓換熱站設(shè)置熱計(jì)量裝置，熱網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)供熱工況，節(jié)約熱量。
     （5）熱力站及隔壓換熱站廠區(qū)內(nèi)建筑均采用節(jié)能設(shè)計(jì)，隔壓站采用動(dòng)靜分隔的設(shè)計(jì)原則，是一座人性化的花園式工廠。