長輸管道大溫差供熱回水溫度的控制方案分析

賈文濤

中國市政工程西北設計研究院有限公司（730000）

當前電廠余熱利用技術類型較多，其中較常應用的技術包括吸收式循環熱電聯產集中供熱、汽輪機低真空運行供熱等等。無論采取哪一種余熱回收技術，都必須要把合理控制長輸管道回水溫度作為必要前提，從而確保電廠余熱能夠得到充分的利用和吸收，真正意義上提升大溫差長距離供熱的有效性。因此，文章深入分析了長輸管道供熱回水溫度控制系統，比較不同供熱系統方案在性能、技術、運行、造價等方面的優勢和局限性，希望能夠為提升大溫差供熱質量提供一定參考。

1 某工程概況和前期方案

1.1 工程概況

甘肅省某單位基本實現了能源梯級利用，并且實現了熱電聯產機組的改造升級，計劃改造熱電聯產機組，對余熱進行利用，從而實現長輸管道供熱。通過計算分析，發現在長輸管道供水溫度為120℃時，長輸管道回水溫度只有控制在45℃以下，才能夠充分地發揮熱電聯產機組的余熱利用效果。

現階段該市冬季供熱主要依靠燃煤鍋爐房，該城市冬季供熱一級網運行的供水溫度為110℃，回水溫度控制在55℃。該城市冬季供熱二級網運行的供水溫度為64℃，回水溫度控制為45℃。通過建設長輸管道，代替原有燃煤鍋爐房，將鍋爐房改造為分隔長輸管道，把原有的供熱一級網改建為隔壓換熱站。通過分析研究發現當隔壓換熱站采用傳統板式換熱器時，原有的一級網供回水溫度參數則不再適用；仍然采用原有供回水溫度參數，則無法合理有效地控制長輸管道回水溫度。針對此問題，需要相關人員在工程前期探討針對性的技術方案。

1.2 前期方案

1.2.1 吸收式換熱機組供熱系統的建設

該供熱系統運行的前提是要配備完善的熱力站和余熱利用設備。吸收式循環熱電聯產集中供熱技術的充分應用，需要該工程首先改造、升級城市電力站，建設高質量的吸收式換熱機組，從而有效地構建起大溫差熱力站。以原有的二級網參數為標準，順利將一級網回水溫度控制到了25℃。在隔壓換熱站實現一級網和長輸管道換熱，把長輸管道回水溫度控制到35℃，以順利實現長距離大溫差供熱。

通過研究發現，采用吸收式換熱機組直供系統能夠有效地控制長輸管道供水溫度和長輸管道回水溫度，供水、回水溫度分別為120℃和45℃，順利實現了長距離大溫差供熱。隨之調整相應的供熱溫度參數，冬季供熱時，一級網運行參數設置為供水110℃、回水35℃，二級網運行參數設置為供水65℃、回水45℃。需要注意的是，實現上述方案的必要前提是市區內熱力站的改造升級，也就是要把現有熱力站升級為大溫差型熱力站。市區內熱力站的改造升級費用很高，在原有基礎上實現全部改造升級難度很大。原有的熱力站大多建在老舊的居民區內，要想推動熱力站優化升級，就必須要增設吸收式換熱機組，這也就產生了一個突出的問題，即改造空間狹小與新增大型吸收式換熱機組之間的矛盾，一定程度上增加了改造協調的難度[1]。

1.2.2 吸收式換熱機組混水系統

吸收式換熱機組能夠通過串聯混水應用，提升長輸管道供水和回水溫度控制的整體效果。吸收式換熱機組混水系統以120℃常熱管道高溫水為驅動能源，通過吸收低溫熱量，提升一級網回水溫度。一級網55℃回水部分進入吸收式熱泵，這時一級網回水溫度得到提升，達到75℃。剩余一部分一級網回水通過板式換熱器有效實現出水換熱，這時，這部分一級網回水的溫度升高，達到95℃。一級網兩部分水混合之后，溫度控制在85℃，再進入市政管網。

經過分析之后，人們能夠充分地認識到吸收式換熱機組混水系統在長輸管道供回水溫度控制中的作用。但是需要注意的是，其一級網供水溫度變為85℃、回水溫度變為55℃，與原本的供水110℃和回水55℃有明顯差距。

2 吸收式換熱機組直供系統探討

2.1 系統基本原理

在隔壓換熱站中安裝吸收式換熱機組，規劃一部分專門供熱，從而使吸收式換熱機組吸收的熱量能夠為該專門供熱區域所應用，實現熱用戶直供。直供部分的管網系統不具備原本的隔壓換熱功能，直供部分將一級網、二級網直接連接，進而使隔壓換熱站能夠直接為熱用戶供熱。通常吸收式換熱機組一般包括吸收式熱泵和板式換熱器兩部分[2]。

1）在隔壓換熱站長輸管道側，120℃的電廠長輸管道供水在吸收式熱泵發生器中實現散熱，溫度有效降低，達到115℃；之后，長輸管道供水又進入到板式換熱器，與一級網換熱，這時長輸管道供水溫度已經達到了60℃；最后，長輸管道供水會再次進入到吸收式換熱機組的內部，直供網與板式換熱器實現了有效的熱量交換，供水水溫再次降低，達到49℃的標準；之后49℃水再次進入吸收式熱泵，換熱后溫度降到45℃。

2）按照原有的一級網供回水溫度標準，供水110℃、回水55℃，通過熱力站進行熱量交換。熱用戶直供吸收式換熱機組原有的一級網和二級網直接建立起了聯系，構成了完整的直供網，因此其供熱溫度與原二級網保持一致，供水65℃、回水45℃，無需再通過熱力站進行換熱。要以現階段實際情況為依據，取消原有二級網循環泵，將熱力站升級為中繼泵站。直供網回水首先要由板式換熱器進行升溫，將45℃的直供網回水溫度提升到56℃，再次進入吸收式熱泵，進一步提升回水溫度，達到65℃的標準之后才能夠給熱用戶供水。

3）通過對方案的總結和理論計算，發現該方案中板式換熱器一側的換熱量占比較大，占總換熱的70%，吸收式換熱機組換熱量占比較小，約占30%左右。由此把原一級網和相關熱力站的30%改造成為直供網，實現與二級網的有效銜接，即可對熱用戶實現高質量供熱，有效控制長輸管道回水溫度。

2.2 比較兩種系統方案

兩種方案在控制長輸管道供水、回水溫度方面成效大致相同，都能夠實現長距離運輸。但兩種方案在造價和改造的難度等方面存在明顯的差異。

1）在改造難度方面，吸收式換熱機組供熱系統方案需要把原有的熱力站改為大溫差熱力站，一些老舊的熱力站改造難度較大，且不具備充足的改造空間。這就需要有關單位首先改建、擴建熱力站，但吸收式換熱機組熱用戶直供系統的管網基本上都建設在市政道路上，給改造升級工作帶來了很大的困難。在劃分直供區域時，也受到許多限制。因此，需要相關人員合理設計和劃分熱用戶直供區域，遵循壓力統一和就近原則，選擇與原二級網定壓等級一致，且與隔壓換熱站相近的直供區域，從而減少改造量和成本投入[3]。

2）通過比較發現吸收式換熱機組熱用戶直供系統在工程造價方面的優勢更加明顯，與吸收式換熱機組供熱系統相比，直供系統的方案造價更低。

3）在運行費用方面，直供管網的供回水溫差較小，因此需要加大管道流量，這也就造成吸收式換熱機組用戶直供系統運行費用增加。

4）在調節控制難度方面，直供系統方案的部分區域建設成熱用戶直供，也就把原先的熱力站取消了，進而失去了熱力站的調節控制功能，直供系統方案的調節控制難度較高。

通過比較，能夠看出直供管網系統在工程造價和工程改造量方面具有明顯的優勢，吸收式換熱機組供熱系統方案在后續的運行和調節控制方面具有一定的優勢。

3 結語

通過比較吸收式換熱機組、吸收式換熱機組串聯混水、吸收式換熱機組熱用戶直供等供熱方案，人們能夠充分地認識到直供系統的突出優勢。直供系統能夠很好地、更充分地滿足城市的供熱需求，從而有效地提升了供熱的穩定性和有序性，提升了長輸管道大溫差供熱回水溫度控制的總體水平。直供系統在工程造價和工程改造總量方面有明顯的優勢，符合該地區發展的實際情況。相關人員應當強化自身的專業技術能力，加強對長輸管道大溫差供熱回水溫度控制的研究，為提升該地區供熱的穩定性和整體質量做出貢獻。