基于集中供熱熱力站的設計問題分析與探討

【摘 要】為了保證集中供熱的正常運行，充分發(fā)揮熱力站的功能及作用，本文主要對集中供熱熱力站的設計進行了深入的分析與研究，在熱力站設計中，只有合理確定熱網管徑，進行設備的合理選型，才能確保集中供熱系統(tǒng)合理運行。本文是一些個人的見解，可供參考與借鑒。

【關鍵詞】熱力站；設計；集中供熱

前言

集中供熱系統(tǒng)中熱力站是連接熱網與熱用戶的場所，在供熱系統(tǒng)中起到熱量的轉換、調節(jié)、分配、計量、檢測的作用。熱力站作為供熱系統(tǒng)中的一個中樞環(huán)節(jié)，它是供熱系統(tǒng)節(jié)能的重要組成部分。在實際的熱力站設計中，有許多細節(jié)沒有引起設計者的重視，導致了整個供熱系統(tǒng)的運行的高能耗、高成本。間接連接的集中供熱系統(tǒng)中，熱力站是供熱網路與熱用戶的連接場所，熱力站設計的合理與否，直接關系到整個集中供熱系統(tǒng)運行的經濟性。熱力站設計應合理確定熱網管徑，并進行設備的合理選型，以確保集中供熱系統(tǒng)經濟合理的運行。

一、熱力站設計的步驟分析研究

1、熱水網路的計算。熱水網路的計算包括一級熱網和二級熱網供熱管徑的確定。首先采用面積熱指標法對熱力站的設計熱負荷進行概算，再確定熱網的計算流量，最后根據熱網的計算流量和經濟比摩阻，利用熱水網路水力計算表確定熱網的管徑。根據 《熱力網規(guī)范》，熱網經濟比摩阻采用 30～70 Pa/m。

2、主要設備的選擇

①換熱器的選擇計算。熱力站應選用工作可靠、傳熱性能良好的換熱器。換熱器選擇計算的主要任務是在換熱量和結構已經確定，換熱器出入口的加熱介質和被加熱介質的溫度為已知的條件下，確定傳熱系數(shù)，計算所需的傳熱面積。熱力站換熱器所需的傳熱面積A 按下式計算

其中：

式中 Q 為換熱器的傳熱量；K 為換熱器的傳熱系數(shù)，在初設或可研階段進行粗略估算時，可采用廠家樣本給出的數(shù)據，或采用常用換熱器的傳熱系數(shù) K值。如需要詳細計算 K 值，則應參考有關設計手冊或教材給出的計算方法；△tp為加熱流體與被加熱流體之間的對數(shù)平均溫差；η 為換熱器的熱效率，取η=0.96～0.99；G2為通過換熱器的被加熱水的流量；c為水的質量比熱；t1，t2為流出和流進換熱器的被加熱水溫度；△td，△tx為換熱器進出口端熱媒的最大、最小溫差。

②二級熱網循環(huán)水泵的選擇。根據 《熱力網規(guī)范》 第 10.3.5 條，循環(huán)水泵的選擇應符合下列規(guī)定：水泵流量不應小于所有用戶的設計流量之和；水泵揚程不應小于換熱器、站內管道設備、主干線和最不利用戶內部系統(tǒng)阻力之和；當采用質-量調節(jié)或考慮用戶自主調節(jié)時，應選用調速泵。循環(huán)水泵總流量等于二級熱網循環(huán)水量的 105%～11 0%。

循環(huán)水泵的揚程可按下式求得：H = K（H1+ H2+ H3+ H4） .式中，H 為循環(huán)水泵揚程；K 為安全系數(shù)，1.10～1.20；H1為熱力站內部的循環(huán)泵出水段的壓力損失，一般取 80～100 Pa；H2為熱力站內部除污器至循環(huán)水泵入口段壓力損失，一般取 20～50 Pa；H3為最不利環(huán)路供回水干管壓力損失；H4為最不利環(huán)路末端用戶的壓力損失。用戶系統(tǒng)的壓力損失與用戶的連接方式及用戶入口設備有關。在設計中可采用如下的參考數(shù)據。對與網路直接連接的采暖系統(tǒng)，約為 10～20 Pa；對與網路直接連接的暖風機采暖系統(tǒng)或大型的散熱器采暖系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)等約為 20～50 Pa；對采用水噴射器的采暖系統(tǒng)，約為 80～120 Pa；對采用水-水換熱器間接連接的用戶系統(tǒng)，約為 100～150 Pa。

③二級熱網補水裝置的選擇。根據 《熱力網規(guī)范》 第 10.3.8 條，補水裝置的選擇應符合下列規(guī)定：補水泵的流量宜為正常補水量的4～5 倍，正常補水量宜采用系統(tǒng)水容量的 1%；補水泵的揚程不應小于補水點壓力加 30～50 kPa；補水泵的臺數(shù)不宜少于二臺，其中一臺備用。

二、熱力站設計舉例子分析

某市集中供熱工程某熱力站設計供熱面積為 5萬 m2，設計供熱量 3200 kW，熱用戶均為低層建筑。該站一次網側介質為高溫水，設計壓力 1.6 MPa，設計溫度為：150/70 ℃；二次側介質為低溫水，設計壓力1.0 MPa，設計溫度為 85/60 ℃。

（1） 熱水網路的計算，即確定熱水網路的管徑。一級熱網的流量為：

根據熱網的計算流量 34.4 t/h 和經濟比摩阻 30～70 Pa/m，利用熱水網路水力計算表確定一級熱網的管徑為 DN125。二級熱網的流量為：

根據熱網的計算流量 110.08 t/h 和經濟比摩阻30～70 Pa/m，利用熱水網路水力計算表確定二級熱網的管徑為DN200。

（2） 主要設備的選擇。

①換熱器的選擇計算。加熱流體與被加熱流體之間的對數(shù)平均溫差△tP

換熱器的熱效率 η 取 0.96。換熱器選用板式水-水換熱器，采用廠家樣本給出的數(shù)據，取傳熱系數(shù)為 3 000 W（/m2·℃），則熱力站換熱器所需的傳熱面積：

②二級熱網循環(huán)水泵的選擇。循環(huán)水泵的流量 G循=110%×110.08=121.09 t/h .循環(huán)水泵的揚程：末端用戶為與網路直接連接的大型散熱器采暖系統(tǒng)，阻力損失取 50 Pa，H循=1.1×（11.5+3.5+5+9）=31.9 m.循環(huán)水泵選兩臺，一用一備。

③二級熱網補水裝置的選擇。補水泵的流量：G補=0.04×110.08=4.4 t/h .補水泵的揚程：用戶建筑高度為 21 m，補水點設在循環(huán)泵吸入口，則：H補=21+5=26 m .補水泵選兩臺，一用一備。

三、熱力站的運行管理問題分析

熱力站正確的設計、施工是系統(tǒng)節(jié)能的基礎，科學合理的運行管理才能實現(xiàn)供熱系統(tǒng)真正的節(jié)能和良好的供熱效果。熱力站設備都是按照最不利工況下的熱負荷計算選擇的，而熱負荷是隨著室外溫度等因素變化的，系統(tǒng)處于非滿負荷運行狀態(tài)，應根據熱負荷的變化調節(jié)設備的運行，做到運行節(jié)能。因此，必須制定采暖期熱網參數(shù)的運行調節(jié)曲線（表），根據室外溫度的變化來調節(jié)供熱量，達到良好的供熱質量和運行節(jié)能。其次，使熱網處于設計、運行要求的溫差下運行，避免出現(xiàn)“大流量、小溫差”，增加循環(huán)水泵電耗，引起熱網的水力、熱力失調。第三，繪制供熱系統(tǒng)的水壓圖，用于供熱系統(tǒng)壓力和水力工況的分析。還有就是對換熱站的設備，如換熱器、除污器的壓力損失進行監(jiān)測，當壓力損失超過一定限度時，清洗、排污，降低系統(tǒng)循環(huán)阻力損失。再者，根據熱用戶的類型和用熱性質的差別，采用不同的經濟合理的供熱參數(shù)和供熱方式，最大限度的節(jié)能。最后，正確認識供熱質量與熱網水力工況的重要關系，把解決熱網的水力失調作為供熱系統(tǒng)良好運行、節(jié)能的首要問題，從根本上提高供熱的效果。

四、結語

我國城市集中供熱是在 20 世紀 70 年代末、80年代初迅速發(fā)展的，它對節(jié)約能源和保護環(huán)境發(fā)揮了重要的作用。目前，在許多城市的集中供熱系統(tǒng)中，采暖系統(tǒng)熱用戶與熱水網路采用利用熱力站連接的間接連接方式。間接連接方式大大減少了熱源的補水率，同時熱網的壓力工況和流量工況不受采暖熱用戶的影響，便于熱網的運行管理。本文在此談了談自己的一些觀點和看法。

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