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(huán)熱電聯(lián)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(tǒng)，比較不同供熱系統(tǒng)方案在性能、技術、運行、造價等方面的優(yōu)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(xiàn)了能源梯級利用，并且實現(xiàn)了熱電聯(lián)產機組的改造升級，計劃改造熱電聯(lián)產機組，對余熱進行利用，從而實現(xiàn)長輸管道供熱。通過計算分析，發(fā)現(xiàn)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(fā)揮熱電聯(lián)產機組的余熱利用效果。

現(xiàn)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(fā)現(xiàn)當隔壓換熱站采用傳統(tǒng)板式換熱器時，原有的一級網供回水溫度參數(shù)則不再適用；仍然采用原有供回水溫度參數(shù)，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(tǒng)的建設

該供熱系統(tǒng)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(huán)熱電聯(lián)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)長距離大溫差供熱。

通過研究發(fā)現(xiàn)，采用吸收式換熱機組直供系統(tǒng)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(xiàn)了長距離大溫差供熱。隨之調整相應的供熱溫度參數(shù)，冬季供熱時，一級網運行參數(shù)設置為供水110℃、回水35℃，二級網運行參數(shù)設置為供水65℃、回水45℃。需要注意的是，實現(xiàn)上述方案的必要前提是市區(qū)內熱力站的改造升級，也就是要把現(xiàn)有熱力站升級為大溫差型熱力站。市區(qū)內熱力站的改造升級費用很高，在原有基礎上實現(xiàn)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(qū)內，要想推動熱力站優(yōu)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(xié)調的難度[1]。

1.2.2 吸收式換熱機組混水系統(tǒng)

吸收式換熱機組能夠通過串聯(lián)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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?yōu)?5℃、回水溫度變?yōu)?5℃，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(tǒng)探討

2.1 系統(tǒng)基本原理

在隔壓換熱站中安裝吸收式換熱機組，規(guī)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(qū)域所應用，實現(xiàn)熱用戶直供。直供部分的管網系統(tǒng)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(fā)生器中實現(xiàn)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(xiàn)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(lián)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(xiàn)階段實際情況為依據(jù)，取消原有二級網循環(huán)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)與二級網的有效銜接，即可對熱用戶實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(qū)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(qū)域，遵循壓力統(tǒng)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(qū)域，從而減少改造量和成本投入[3]。

2）通過比較發(fā)現(xiàn)吸收式換熱機組熱用戶直供系統(tǒng)在工程造價方面的優(yōu)勢更加明顯，與吸收式換熱機組供熱系統(tǒng)相比，直供系統(tǒng)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(tǒng)運行費用增加。

4）在調節(jié)控制難度方面，直供系統(tǒng)方案的部分區(qū)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(jié)控制功能，直供系統(tǒng)方案的調節(jié)控制難度較高。

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

3 結語

通過比較吸收式換熱機組、吸收式換熱機組串聯(lián)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(tǒng)的突出優(yōu)勢。直供系統(tǒng)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(wěn)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(tǒng)在工程造價和工程改造總量方面有明顯的優(yōu)勢，符合該地區(qū)發(fā)展的實際情況。相關人員應當強化自身的專業(yè)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(qū)供熱的穩(wěn)定性和整體質量做出貢獻。