北石店供熱方案分析

北石店供熱方案分析

晉江位于山西省東南部。它是重要的能源和煤炭基地，煤炭運輸非常順暢。為提高城區(qū)環(huán)境質(zhì)量和居民的生活水平,改善城區(qū)以分散鍋爐房與家用小爐具為主的采暖供熱現(xiàn)狀,晉城市政府決定在全市范圍內(nèi)實施城市集中供熱工程并制定了《晉城市城市供熱專項規(guī)劃》。根據(jù)供熱規(guī)劃,北石店區(qū)城市化改造區(qū)集中供熱的建筑面積近期500萬m2,遠期700萬m2,除180萬m2供熱面積由王臺熱電分公司現(xiàn)有熱源提供外,剩余建筑面積供熱需新建熱源廠或利用其他現(xiàn)有熱源。晉煤集團成莊資源綜合利用電廠(以下簡稱“成莊50MW電廠”)與成莊熱電廠、洗煤廠相鄰,建設(shè)規(guī)模為1×55MW冷凝式汽輪發(fā)電機組+1×240t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,鍋爐燃料來自成莊礦井洗煤廠生產(chǎn)工程中產(chǎn)生的煤泥和煤矸石。成莊熱電廠建設(shè)規(guī)模為3×6MW,裝機為3×6MW抽汽凝汽式汽輪機組+4×35t/h鏈條爐,2006年進行了技術(shù)改造,安裝10×1.8MW燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組,置換下3臺6MW汽輪機組,4臺35t/h鍋爐中的2臺用于成莊礦供熱,另2臺備用?？紤]到成莊50MW電廠目前環(huán)評未通過驗收,時刻面臨關(guān)停的風險,擬利用成莊50MW電廠和成莊熱電廠現(xiàn)有鍋爐及配套設(shè)施,輸送蒸汽或高溫熱水至晉城市北石店區(qū)王臺熱電分公司南側(cè)新建換熱站,換熱后供北石店區(qū)居民集中用熱,替代近期擬建熱源廠供熱鍋爐,這樣不僅可以充分利用現(xiàn)有成莊兩個電廠固定資產(chǎn),解決成莊礦污水、煤矸石以及煤泥的排放和電廠現(xiàn)有職工就業(yè)問題,而且還可以減少擬建熱源廠對晉城市的環(huán)境污染。1北石店區(qū)供熱概況《晉城市城市供熱專項規(guī)劃》中將晉城市集中供熱系統(tǒng)分為11個熱區(qū),而北石店區(qū)是其中之一。北石店區(qū)是晉城市“六區(qū)聯(lián)動、組團發(fā)展”的重要組成部分,建設(shè)用地8.65km2,城市人口8萬,主要用于居住、公建、工業(yè)、倉儲用地,為城市生產(chǎn)生活的綜合片區(qū)。根據(jù)供熱專項規(guī)劃,北石店城市化改造區(qū)域近期(2009—2015年)形成500萬m2的供熱能力,遠期(2009—2020年)滿足700萬m2的供熱需求。目前,北石店區(qū)集中供熱熱源主要來自王臺熱電分公司現(xiàn)有的4臺40t/h和1臺80t/h循環(huán)流化床鍋爐,供熱能力為180萬m2。隨著北石店區(qū)城市化改造工程的實施和各項公用建筑、居民建筑相繼竣工,北石店區(qū)近期集中供熱缺口為320萬m2,按規(guī)劃建筑綜合熱指標58W/m2計算,缺口供熱負荷為185.6MW;遠期總規(guī)劃供熱面積為520萬m2,供熱負荷為262.08MW。供熱規(guī)劃中供熱介質(zhì)選用高溫熱水,采用二次網(wǎng)供熱系統(tǒng),一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃,經(jīng)過換熱站交換為85/60℃低溫熱水向用戶供熱。成莊50MW電廠安裝有1臺240t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,額定蒸發(fā)量240t/h,最大連續(xù)蒸發(fā)量260t/h,蒸汽參數(shù)為9.8MPa、540℃,現(xiàn)主要用于發(fā)電;成莊熱電廠原有的3臺6MW汽輪機組已經(jīng)拆除,剩下4臺35t/h鏈條爐冬季供成莊礦用熱,單臺鍋爐額定蒸發(fā)量35t/h,蒸汽參數(shù)為3.82MPa、450℃。成莊50MW電廠汽機停運后,鍋爐蒸發(fā)量按240t/h計算,除去自用蒸汽18t/h,可對外供蒸汽量222t/h,換熱后凝結(jié)水按90℃計算,則每噸蒸汽供熱量為0.86MW,可對外供熱量190.92MW。成莊熱電廠4臺鍋爐總蒸汽量為140t/h,而成莊礦現(xiàn)有供熱面積約50萬m2,考慮將來供暖面積的增加,自用蒸汽量按66t/h考慮,則可對外供蒸汽量74t/h,換熱后凝結(jié)水按90℃計算,則每噸蒸汽供熱量為0.82MW,可對外供熱量60.68MW,2個電廠對外供熱量合計約251.6MW。3供熱管網(wǎng)現(xiàn)狀集中供熱管網(wǎng)供熱介質(zhì)有熱水和蒸汽兩種。通過對華電大同第一熱電廠及長治襄垣誠豐電力有限公司的長距離輸送熱水、江蘇南通天生港發(fā)電有限公司及太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司的長距離輸送蒸汽項目進行調(diào)研。熱水供熱管網(wǎng)中,襄垣誠豐電力有限公司最長輸送距離11km,管徑700mm,供熱一次管網(wǎng)溫降為0.5℃/km,壓降為0.05MPa/km。根據(jù)相關(guān)資料,國內(nèi)大落差、復(fù)雜地形熱水供熱系統(tǒng)設(shè)計超過100m落差的熱水供熱系統(tǒng)有新疆烏魯木齊南區(qū)熱網(wǎng)工程(落差144m)、國電新疆紅雁池發(fā)電有限公司熱網(wǎng)工程(落差143m)等大型熱網(wǎng)工程。蒸汽供熱管網(wǎng)中,太倉港協(xié)鑫發(fā)電有限公司輸送管線設(shè)計31km,一期工程已投運,管線長20km,管徑700mm,供汽管網(wǎng)溫降為5℃/km~7℃/km,壓降為0.02~0.04MPa/km。通過調(diào)研并結(jié)合目前國內(nèi)已投入運行的熱網(wǎng)工程實例來看,長距離、大落差供熱工程輸送方案技術(shù)可行,輸水方案主要用于城市集中供熱,輸汽方案主要用于工業(yè)生產(chǎn)。4公路兩側(cè)地質(zhì)高度根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況,以及業(yè)主提供的地形圖資料,本著供熱管線布置便于安裝和維護的原則,盡量沿公路兩側(cè)敷設(shè),選定總長度約23km,起點成莊礦地形標高830m,終點王臺熱電分公司地形標高798m,沿途最高點地形標高1041m,最低點地形標高約790m,全程地勢落差約為251m。5傳輸方案5.1熱水設(shè)備5.1.1成莊至王臺供熱1)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》(CJJ34-2002)第1.0.2條規(guī)定,供熱熱水介質(zhì)設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa,設(shè)計溫度小于或等于200℃,故成莊至王臺供熱管道以設(shè)計壓力不超過2.5MPa為基準進行設(shè)計。2)晉城市供熱規(guī)劃中一次網(wǎng)供回水溫度為130/70℃,管網(wǎng)設(shè)計壓力為1.6MPa。為了保證與規(guī)劃中供熱管網(wǎng)的壓力等級匹配及日后與王臺新建熱源廠聯(lián)網(wǎng)運行,在王臺熱電分公司儲氣柜南側(cè)設(shè)一座隔壓換熱站。3)供熱管道散熱損失參照調(diào)研數(shù)據(jù),供水管道溫降按0.5℃/km,回水管道溫降按0.3℃/km。5.1.2回水溫降計算50MW機組停運,加上熱電廠富余80t/h汽量,蒸汽換成高溫熱水全部外供,供水管道溫降按0.5℃/km,回水管道溫降按0.3℃/km,輸送距離23km,王臺隔壓換熱站一次網(wǎng)供回水溫度130/70℃,則成莊電廠供回水溫度為150/90℃。成莊電廠起點供熱量251.6MW,管路熱損失67.3MW,送至王臺換熱站供熱量184.3MW,可帶供熱面積354萬m2。5.1.3供熱管網(wǎng)回收量根據(jù)地形圖,通過上述水力計算,繪制出線路1供熱管網(wǎng)的水壓圖。通過水力計算分析,設(shè)計管徑為供水DN800,回水DN800,設(shè)計壓力2.5MPa,最大工作壓力2.45MPa,設(shè)計供回水溫度為150/90℃,管道壓力降48.2Pa/m,整個供水、回水管路阻力損失合計約2217kPa(221.7mH2O),需在供熱管網(wǎng)回水管路上設(shè)3處加壓泵,分別是成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺隔壓換熱站,中繼泵站設(shè)在距成莊約9km處的靳溝村東側(cè)。為保證整個供熱管道系統(tǒng)不倒空、不汽化,須在李山村和宋家掌村之間開鑿隧道,長度約2.8km,凈截面尺寸寬4m,高2.5m。供熱管網(wǎng)定壓方式采用補水泵定壓,定壓點設(shè)在成莊汽水換熱首站循環(huán)泵出口。5.1.4土、建、換熱站項目經(jīng)初步估算,包括成莊汽水換熱首站、中繼泵站和王臺隔壓換熱站的全部土建工程費、設(shè)備及工器具購置費、安裝工程費及工程建設(shè)其他費用,23km輸送管道和征地費用,總投資約30301萬元。5.2蒸汽長距離輸送方案5.2.1型長輸熱網(wǎng)技術(shù)長輸距離及影響1)常規(guī)蒸汽管道輸送距離一般為6~8km,最長不超過10km,每公里溫度降15℃~20℃,壓降0.06~0.1MPa,管網(wǎng)漏損、疏水15%~30%。根據(jù)調(diào)研情況,新型長輸熱網(wǎng)技術(shù)長輸距離可達30km,每公里溫降5℃~7℃,壓降0.01~0.02MPa,管網(wǎng)漏損、疏水損失初期7%~8%,正常為2%。2)因本項目供熱區(qū)域內(nèi)的熱用戶為采暖熱用戶,采暖換熱站一般采用0.4MPa飽和蒸汽進行熱交換集中供熱水,故確定王臺換熱站末端蒸汽參數(shù)為0.5MPa,160℃。3)根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》(CJJ34-2002)第1.0.2條規(guī)定,供熱蒸汽介質(zhì)設(shè)計壓力小于或等于1.6MPa,設(shè)計溫度小于或等于350℃,故2個電廠蒸汽分別減溫減壓至1.5MPa、340℃后,進入輸汽管道。5.2.2投資及可靠性分析供汽方案根據(jù)敷設(shè)管道數(shù)量不同,有敷設(shè)1根DN1000管路和敷設(shè)2根DN700管路兩種方案,通過水力計算,兩種方案輸送管道末端蒸汽參數(shù)均能滿足要求,方案一管線投資略低,但管徑大,不便于安裝和維護;方案二供汽可靠性高,當1條管路故障時,還能保證50%供熱負荷。故從保證供熱管道安全、穩(wěn)定運行方面考慮,建議采用方案二,即從成莊電廠敷設(shè)兩路蒸汽管線至王臺換熱站。換熱后的冷凝水進行回收,將296t/h蒸汽冷凝后,按98%回收率,凝結(jié)水量約290t/h,管徑DN300,凝結(jié)水泵選用高壓給水泵,布置在王臺換熱站內(nèi)。5.2.3凝結(jié)水管道成莊電廠外供蒸汽量296t/h,2根蒸汽輸送管道管徑DN700,凝結(jié)水管道1根,管徑DN300,管路熱損失40MW,送至王臺換熱站供熱量206.3MW,可帶供熱面積366萬m2。5.2.4土、建、換熱站的工程投資經(jīng)初步估算,包括成莊電廠蒸汽減溫減壓和調(diào)壓裝置改造、王臺換熱站的全部土建工程費、設(shè)備及工器具購置費、安裝工程費及工程建設(shè)其他費用,23km輸送管道和征地費用,總投資約32391萬元。5.3在熱水和蒸汽傳輸系統(tǒng)的運營成本分析中熱水和蒸汽輸送方案運行成本見表1。5.4蒸汽輸送方案比選熱水和蒸汽兩種輸送方案相比較,熱水輸送方案便于調(diào)節(jié)、熱水蓄熱能力強、熱穩(wěn)定性好,但需要設(shè)置中繼泵站和開鑿隧道,施工和運行維護難度大、運行費用高;蒸汽輸送方案靠自身壓力,不用泵送和耗電,不必考慮靜壓,但熱穩(wěn)定性差、安全性差、出現(xiàn)故障時容易造成燙傷事故,常規(guī)的蒸汽輸送距離不能滿足本項目要求,需要采用長輸管網(wǎng)專利技術(shù),投資偏高。綜