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      長輸熱網(wǎng)末端隔壓熱力站、中繼泵站的比選

      2020-09-08 01:58:14吳中正余建國武振宇
      煤氣與熱力 2020年8期
      關鍵詞:購置費首站循環(huán)泵

      吳中正, 余建國, 武振宇

      (河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究總院股份有限公司,河南鄭州450044)

      1 概述

      近年來,北方地區(qū)環(huán)保形勢日益嚴峻,供暖期霧霾天氣增多,大氣環(huán)境治理難度加大。伴隨著中國城市規(guī)模的不斷擴大,人民對城市集中供暖的需求越來越強烈。因此,建設和采取節(jié)能環(huán)保、安全可靠的熱源和供熱方式迫在眉睫。

      發(fā)改委、住建部印發(fā)的[2015]2491號《余熱暖民工程實施方案》明確提出實施余熱供暖,可降低供熱成本、提高能源利用率,減少煤炭消耗和污染物排放,是重要的民生工程。利用電廠余熱供暖,不但可以提高電廠能源利用率,還可降低環(huán)境污染。當熱電廠作為熱源時,不可避免存在熱水長距離輸送問題,由于供熱距離較長,受管網(wǎng)阻力、熱源位置及管網(wǎng)沿途地勢高差的影響,易導致管網(wǎng)、用戶出現(xiàn)壓力不足或者超壓。通??梢酝ㄟ^設置隔壓熱力站、中繼泵站解決上述問題。本文結合工程實例,對長輸熱網(wǎng)末端中繼泵站、隔壓熱力站的比選進行探討。

      2 工程概況

      某市熱電廠位于城市東郊,配置2臺額定發(fā)電功率為600 MW的超臨界燃煤發(fā)電機組,汽輪機中低壓連通管改造后,供熱能力達到280 MW,為該市中東部供熱區(qū)域提供熱源。隨著供熱面積增加,熱電廠對熱電聯(lián)產機組進行深度改造,供熱能力增加840 MW,為該市西部供熱區(qū)域提供熱源。熱電廠至西部供熱區(qū)域距離24.5 km,管道規(guī)格DN 1 400 mm,建成后供熱面積約2 400×104m2。

      長輸管網(wǎng)設計供、回水溫度為130、70 ℃,設計質量流量為12 000 t/h。管網(wǎng)沿途地形高差不大,定壓壓力為0.3 MPa。

      3 設計方案

      3.1 方案1

      長輸管網(wǎng)末端設置隔壓熱力站,方案1系統(tǒng)流程見圖1。長輸管網(wǎng)回水(70 ℃)進入熱力首站,經首站循環(huán)泵加壓送至汽-水換熱器,升溫至130 ℃后送至隔壓熱力站。一部分汽輪機抽汽經汽-水換熱器加熱長輸熱網(wǎng)回水,另一部分用于推動小型汽輪機帶動首站循環(huán)泵。小型汽輪機排汽為熱力除氧器提供蒸汽,汽-水換熱器出口凝結水經除氧器處理后回到鍋爐。一級熱網(wǎng)回水(60 ℃)進入隔壓熱力站后通過熱網(wǎng)循環(huán)泵加壓送至水-水換熱器溫升至120 ℃,然后輸送至用戶(小區(qū)熱力站)。長輸管網(wǎng)設計壓力為2.5 MPa,設計供、回水溫度為130、70 ℃。一級管網(wǎng)設計壓力為1.6 MPa,設計供、回水溫度為120、60 ℃。

      圖1 方案1系統(tǒng)流程

      熱力首站熱功率為840 MW,配置4臺汽-水換熱器(單臺額定換熱功率為210 MW),采用聯(lián)絡母管制連接方式,母管上設置電動蝶閥,可實現(xiàn)單元制運行。配置2臺凝結水泵,1用1備。配置4臺首站循環(huán)泵,單臺質量流量為3 300 t/h,并聯(lián)連接,互為備用。對于4臺首站循環(huán)泵,其中3臺由小型汽輪機驅動,剩余1臺由電動機驅動,并采取變頻調速,在啟動階段優(yōu)先運行。

      由于換熱量比較大,隔壓熱力站設置了13臺水-水換熱器(單臺額定換熱功率為70 MW),互為備用。配置4臺熱網(wǎng)循環(huán)泵,單臺質量流量為3 000 t/h,均由電動機驅動,并聯(lián)連接,互為備用。配置3臺熱網(wǎng)補水泵,2用1備。配置3臺軟水裝置,2用1備。方案1熱力首站、隔壓熱力站主要工藝設備分別見表1、2。

      表1 方案1熱力首站主要工藝設備

      3.2 方案2

      長輸管網(wǎng)末端設置中繼泵站,方案2系統(tǒng)流程見圖2。方案2熱力首站的工藝流程與方案1一致,僅出水壓力由方案1的2.5 MPa降至1.6 MPa,

      表2 方案1隔壓熱力站主要工藝設備

      因此圖2中未表示熱力首站的工藝流程。方案2長輸管網(wǎng)設計壓力為1.6 MPa,設計供、回水溫度為120、60 ℃。一級管網(wǎng)設計壓力為1.6 MPa,設計供、回水溫度為120、60 ℃。熱力首站供水(120 ℃)經首站循環(huán)泵加壓后,經長輸熱網(wǎng)送至中繼泵站。由中繼泵站供水加壓泵輸送至小區(qū)熱力站,回水經回水加壓泵送至熱力首站。

      圖2 方案2系統(tǒng)流程

      熱力首站供熱規(guī)模、設備類型均與方案1相同,由于設計壓力為1.6 MPa,首站循環(huán)泵揚程比方案1低。中繼泵站供、回水加壓泵均為4臺,由電動機驅動,并聯(lián)連接,互為備用,均為變頻。配置3臺熱網(wǎng)補水泵,2用1備。配置3臺軟水裝置,2用1備。方案2熱力首站、中繼泵站主要工藝設備分別見表3、4。

      表3 方案2熱力首站主要工藝設備

      4 技術經濟性分析

      4.1 經濟性分析

      ① 長輸管道造價、設備購置費

      方案1、2長輸管網(wǎng)保溫管道造價見表5。單位長度造價包括供回水管單位長度管材購置費、安裝費等。方案1、2熱力首站主要工藝設備購置費見表6。方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站主要工藝設備購置費見表7。

      表4 方案2中繼泵站主要工藝設備

      表5 方案1、2長輸管網(wǎng)保溫管道造價

      表6 方案1、2熱力首站主要工藝設備購置費 元

      表7 方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站主要工藝設備購置費 元

      ② 運行費用

      供暖期(120 d)長輸管網(wǎng)、一級管網(wǎng)采取質調節(jié)。方案1、2熱力首站的運行方式一致,供暖期電動機驅動的首站循環(huán)泵在電動機額定輸入電功率條件下運行,3臺由小型汽輪機驅動的首站循環(huán)泵在小型汽輪機額定輸出功率條件下運行。1臺凝結水泵在電動機額定輸入電功率條件下運行。經計算,方案1、2熱力首站供暖期耗電量分別為705.6×104、532.8×104kW·h,熱電廠自用電價取0.4 元/(kW·h),可計算得到方案1、2熱力首站供暖期電費分別為282.24×104、213.12×104元。

      方案1、2熱力首站小型汽輪機總額定輸出功率分別為6 000、4 200 kW,設定小型汽輪機進排汽參數(shù)與文獻[1]給出的一致,采用文獻[1]給出的方法計算得到方案1、2的小型汽輪機的額定耗汽量分別為118、83 t/h。熱電廠自用蒸汽價格取80 元/t,可計算得到方案1、2供暖期小型汽輪機的運行費用為2 718.72×104、1 912.32×104元。

      方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站的熱網(wǎng)循環(huán)泵、供水加壓泵、回水加壓泵均在電動機額定輸入電功率條件下運行,補水泵、軟水裝置的部分負荷率取0.7[2],可計算得到方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站供暖期耗電量分別為2 086.10×104、1 632.56×104kW·h。工業(yè)電價取0.76 元/(kW·h),可計算得到方案1隔壓熱力站、方案2中繼泵站供暖期電費分別為1 585.44×104、1 240.75×104元。

      ③ 經濟性分析

      由以上計算結果可知,方案1、2的長輸管道造價和設備購置費分別為38 125×104、33 130×104元。供暖期運行費用分別為4 586.4×104、3 366.19×104元。因此,方案1的長輸管道造價和設備購置費、供暖期運行費用均高于方案2。

      4.2 技術性分析

      對于采取設置中繼泵站的方案2,由于供水溫度比較高,供水加壓泵的運行環(huán)境惡劣,易縮短水泵使用壽命。

      雖然方案1的長輸管道造價、設備購置費與供暖期運行費用均比較高,但是隔壓熱力站將長輸管網(wǎng)與一級管網(wǎng)隔離為兩個獨立系統(tǒng),有利于城市供熱系統(tǒng)的運行調節(jié)。因此,推薦采用設置隔壓熱力站的方案。

      5 結語

      結合工程實例,對長輸熱網(wǎng)末端隔壓熱力站、中繼泵站的比選進行探討。方案1為在長輸管網(wǎng)(設計壓力為2.5 MPa)末端設置隔壓熱力站,方案2為在長輸管網(wǎng)(設計壓力為1.6 MPa)末端設置中繼泵站。雖然方案1的長輸管道造價、設備購置費與供暖期運行費用均高于方案2,但是隔壓熱力站將長輸管網(wǎng)與一級管網(wǎng)隔離為兩個獨立系統(tǒng),有利于城市供熱系統(tǒng)的運行調節(jié)。推薦采用方案1即設置隔壓熱力站的方案。

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