热力站的优化设计

发布于：2022-09-13 13:30:13 来自：暖通空调/采暖供热 0 11 [复制转发]

知识点：热力站

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1 热力站规模

根据我们近年来总结的经验，以单座热力站的供热面积宜控制在（5~10）×10⁴ m²，供热半径不宜超过1 km为设计原则。此设计原则主要考虑以下因素。

若供热面积和供热半径过大，易影响二级管网水力工况，导致用户冷热不均。若出现水力失调，供热公司一般会加大循环泵流量，导致耗电量、用热量增大。水力失调也易使得末端用户大量放水，不仅影响热力站安全运行，还导致补水量增大。若供热面积和供热半径过小，易导致供热区域内热力站建设数量过多，热力站建设成本大幅提高，管理人员增多，运行管理费用增加。

2 换热机组生产安装方式

目前，换热机组主要有两种生产安装方式：一种为将板式换热器、水泵（包括循环泵、补水泵）等设备在生产车间组装成整装换热机组，然后运送到热力站内与站内预留口（一级管网、二级管网接口）对接，从而完成站内设备安装。另一种为将板式换热器、水泵等设备直接运送至热力站，在站内进行现场组装。

①整装换热机组

在兰州某集中供热项目中，热源锅炉房及热力站均由同一公司建设运营。由于兰州供暖室外计算温度为-9 ℃，属于非严寒地区，当供暖期间热力站内设备发生故障时，在发生冻害之前有足够的时间对设备进行检修更换，并考虑到热力站空间有限，换热机组选用整装换热机组。由于锅炉房为自建，有条件利用一级侧回水对二级管网进行补水，因此整装换热机组未设置补水箱、补水泵等，操作简单。该住宅小区热力站整装换热机组工艺流程见图1。

图1 该住宅小区热力站整装换热机组工艺流程

1.球阀 2.Y型过滤器 3.蝶阀 4.热量表 5.板式换热器 6.流量计 7.电动调节阀 8.软连接 9.循环泵 10.减压阀 11.电磁阀 12.安全阀

整装换热机组的主要优点为：节省空间，可以实现标准模块化设计，控制柜可直接安装在整装换热机组上，可提前进行接线调试，简化了调试环节。

整装换热机组的主要缺点为：循环泵、板式换热器未设置备用，当出现故障时，若维修更换不及时，会造成停热事故。若二级管网突然大量失水，易导致一级网压力剧烈波动，锅炉房热负荷剧烈变化。若锅炉房不能及时为二级管网补水并调整热负荷，也将造成停热事故。由于整装换热机组的操作空间有限，检修与维护非常困难。规模较大的整装换热机组运输与进站都比较困难，若现场未预留适应的运输通道，需要将整装换热机组进行现场二次拆分进站，增加了运输与安装成本。整装换热机组中的设备底座通常固定在槽钢上并连成一体，运行时容易形成共振，噪声大，影响设备使用寿命。控制柜直接安装在整装换热机组上，当机组发生泄漏时，容易产生事故。

②现场组装换热机组

在呼伦贝尔某供热项目中，热源为热电厂（非自建）。由于呼伦贝尔冬季室外温度低，供暖室外计算温度达-31.6 ℃，热力站必须考虑水泵与板式换热器的备用，防止设备出现故障时由于维修不及时而造成停热事故。由于热源为非自建，因此应在二级侧设置补水箱、补水泵，为二级管网注水用的注水管道（注水来自一级管网）作为备用补水手段。由于该热力站设备较多，若采用整装换热机组，换热机组尺寸过大，运输、安装难度非常大，维护检修也比较困难，因此最终选用现场组装换热机组。该住宅小区热力站现场组装换热机组工艺流程见图2。

图2 该住宅小区热力站现场组装换热机组工艺流程

1.球阀 2.蝶阀 3.旋流除污器 4.热量表 5.板式换热器 6.流量计 7.电动调节阀 8.止回阀 9.软连接 10.循环泵 11.安全阀 12.减压阀 13.过滤器 14.电磁阀 15.补水箱 16.补水泵

与整装换热机组相比，现场组装换热机组占地空间大，但对运输条件要求不高，进站容易。能够根据热力站内实际情况进行设计安装，主要设备分别配置单独的基础，不会形成共振，噪声小，后期维护检修方便。控制柜单独隔离设置，安全性得到了保证。

3 设备与管道附件的设计与选型

①除污器

图1中二级管网回水管道上安装Y型过滤器，其优点是占地空间小，安装拆卸方便，缺点是过滤面积有限，易发生堵塞，堵塞时过滤器前后会产生较大压差，此时需拆分清洗滤网。因此，Y型过滤器仅适用于热负荷较小的热力站，当热力站热负荷较大时需安装扩容式除污器如旋流除污器、篮式除污器等。图2中二级管网回水管设计选用的旋流除污器，相比Y型过滤器具有过滤面积大、过滤精度高、排污方便等优点，但由于设备尺寸比较大，难以直接安装在整装机组上，需现场安装。

②存在局部阻力的设备和管道附件

热力站内的阻力主要有两部分，一部分为热水流经管道时的沿程阻力，另一部分为热水经过板式换热器、阀门、弯头、三通等产生的局部阻力。其中局部阻力约占热力站内总阻力的80%以上，因此通过优化设备选型可大幅降低局部阻力，节约电能。

a.板式换热器

在进行板式换热器选型时，应计算板式换热器二次侧在设计工况下的允许最大压降，以防止出现板式换热器阻力过高的情况。

b.止回阀

为防止并联水泵之间出现循环短路现象，并联水泵（如图2中二级管网循环泵、补水泵）出口须安装止回阀。目前市场上的止回阀质量参差不齐，对止回阀的阻力影响较大。根据我们对近年来采购安装的止回阀总结的数据，质量好的止回阀阻力为1~3 m，质量差的阻力达5~10 m。因此，选用质量过关的止回阀，对降低站内局部阻力有很大帮助。

c.弯头

热力站内管道弯头宜选用长半径弯头，以降低局部阻力。以DN 200 mm管道为例，热水质量流量取110 t/h，流速取1 m/s，密度取980 kg/m³，计算长半径弯头、短半径弯头的局部阻力。局部阻力Δp的计算式为：

将已知参数代入式（1），可计算得到长半径弯头、短半径弯头的局部阻力分别为294、392 Pa。由计算结果可知，长半径弯头的局部阻力比短半径弯头更低。

d.三通

热力站内管道三通不采用直角三通，而采用45°斜接三通，两种三通见图3。

图3 直角三通与斜接三通

仍以DN 200 mm管道为例，计算两种三通形式的局部阻力，直角三通的局部阻力系数取1.5，45°斜接三通局部阻力系数取0.5，热水密度取980 kg/m³，热水流速取1 m/s。由式（1）可计算得到，直角三通、45°斜接三通的局部阻力分别为735、490 Pa。由计算结果可知，45°斜接三通的局部阻力比直角三通更低。