（环境工程专业论文）呼和浩特市多热源联网技术研究.pdf

中文摘要 多热源联网是集中供热系统的发展趋势。但是怎样联网、联网的意义究竟有 多大，仍是e l 前很多专家、学者、企业的生产技术人员需要深入探讨的问题。本 文就呼和浩特市集中供热系统两座集中供热热源联网的技术进行了计算分析，阐 述了双热源联网环网技术在实践中的具体运用和取得的实际成效。 本文共分三大部分。 第一部分主要论述了本联网可研项目的必要性。分析了和本项目相关的气 象、热负荷、热源等基础参数，以及本可行性研究的设计原则和依据。进一步分 析了国内外集中供热发展的现状，国内集中供热存在的问题，以及集中供热改革 的必要性。 第二部分深入细致地调研了呼和浩特热电厂和金桥热电厂联网供热工程的 基础资料，主要从管网的热负荷详细进行阐述。在此基础上确定了本联网的供热 介质及参数，管网的敷设方式，管材及管道、附件的防腐及保温，管道的结构形 式，管道试压标准及冲洗方案。从而确定了本次联网工程的供热工况，并且根据 一级网供回水设计温度、管道局部阻力系数以及热水管网单位压降分近期、远期 进行了联网的水力计算，并且绘制了水力计算简图和水压图。另外详细论述了联 网的调节方式并绘制了水温调节曲线。 第三部分论述了本联网产生的环境节能效益，以及在工程的施工、运行和管 理中应注意的一些问题。 关键词：多热源联网环状管网热网水力计算 a b s t r a c t c o m b i n e do p e r a t i o no fm u l t i - s o u r c e si s t h ed e v e l o p i n gc u r r e n to fc e n t r a l l z e d h e a t s u p p l ys y s t e r n b u th o w t oc o m b i n e do p e r a t i o na n dw h a ts i g n i f i c a n c et h e yh a v e , i ss t i l lt h ep r o b l e m st h a tp u z z l e dal o to fe x p e r t ，s c h o l a r , t e c h n i c a lp e r s o n n e lo f t h e b u s i n e s se n t e r p r i s e sd e m a n dd i s c u s st h o r o u g h t h i sa r t i c l ec a l c u l a t e da n da n a l y z e d t h et e c h n i c l u eo f t h et w i n s o u r c e sc o m b i n e do p e r a t i o ni nt h ec i t yo fh u h e h a o t e ，s t a t e d t h ec o n c r e t e l ye x e r c i s e sa n d a c t u a lr e s u l tt h a th a da c q u i r e d t h i st e x ti st o t a lb ed i v i d e di n t ot h r e eb i gp a r t t h ef i r s tp a r tm a i n l yd i s c u s s e dt h en e c e s s i t yo f t h i sc o m b i n e do p e r a t i o n a n a j y z e d t h eb a s i cp a r a m e t e r si n c l u d i n gw e a t h e r , h e a t i n gl o a d ，h e a t s o u r c e ，a n ds t a t e dt h e d e s i g nt e n e ta n dt h e r e u n d e r u l t e r i o r l ys t a t e dt h ed e v e l o p i n ga c t u a l i t yo f c e n t r a l l z e d h e a t s u p p l yi n s i d ea n do u t s i d et h e c o u n t r y , a n a l y z e dt h ep r o b l e m so fc e n t r a l l z e d h e a t s u p p l yi n s i d et h ec o u n t r y , a d v a n c e t h en e c e s s i t yo fc e n t r a l i z e dh e a t s u p p l y r e f o r m a t o r y t h es e c o n dp a r tt h o r o u g h l yi n v e s t i g a t e dt h eb a s i cd a t u mo ft h i sp r o j e c t ，m a i n l y s 协t e dt h eh e a t i n gl o a d b a s e dt h e s ed a t e s ，s o m e t h i n g l i k ep a r a m e t e r so fh e a t l n g m e d i u m i n s t a l l a t i o n f a s h i o no fh e a t i n gp i p e l i n e ，p i p em a t e r i a l ，a n t i c o 咖s l o n p r o t e “o na n di n s u l a t i o n ，c o n s t r u c t i o n f a s h i o no fh e a t i n gp i p e l i n e ，p r e s s u r e t e s t s t a n d a r d ，p u r g i n gs c h e m ec a nb ec o n f i r m e d t h e nm a k e t h eh y d r a u l i c a la n a l y s l sb y s t a g e sb a s e dt h ed e s i g nt e m p e r a t u r eo fs u p p l ya n dr e t u r n w a t e r , f l o w - 陀s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i cc o e f f i c i e n to fp i p e l i n e ，s p e c i f i cp r e s s u r ed r o p d r a wt h es k e t c ho ft h e h v d r a u l i c a la n a l y s i sa n dt h ep r e s s u r ed i a g r a m t h e ns t a t e dt h er e g u l a t i o n f a s h l o na n d d r a w i n gt h et e m p e r a t u r ea d j u s t m e n tc u r v e t h et h i r dp a r td i s c u s s e dt h eb e n e f i to ft h i sc o m b i n e do p e r a t i o no f m u l t i - s o u 心e s1 n e n v i r o n m e n ta n de n e r g ys a y i n g ，a n ds t a t e ds o m ep r o b l e m st h a t s h o u l dn o t l c e1 nt h e c o n s t r u c t i o no f t h ee n g i n e e r i n g ，c i r c u l a t ea n dm a n a g e k e yw o r d s ：c o m b i n e do p e r a t i o no f n e t w o r k ，h y d r a u l i c a la n a l y s i so fh e a t 。s u p p l y m u l t i s o u r c e s ，r i n g - s h a p e dh e a t s u p p l y n e t w o i r k 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨叠盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一虢彳曩恸签专嗍肭嘲尸同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 一学位论文作者签名：i 雨物。 签字同期：。年6 月亚日 二豢签字同期。易镪斌汐月f 秒同 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 集中供热系统是将大量的热用户，用热力管网连接起来，由统一的热源提供 所需热量的一种供热系统。该系统一般由三部分组成，即热源、热力管网和热用 户；有4 种类型的热负荷，即供暖负荷、通风与空调负荷、生活热力负荷以及生 产工艺负荷。集中供热，特别是热电联产供热，对于节约一次能源，改善环境污 染，提高人民的生活水平有着重要的意义；也充分显示了现代化城市的便利性、 舒适性、美观性及安全可靠性，因而在欧美日等国获得了普遍运用。随着经济蓬 勃发展和人民生活水平的迅速提高，从节能、提高人民生活质量。改善城市基础 设施状况、保护环境、建设现代化城市等方面来看，城市集中供热的发展前景将 十分宽阔。 1 1 课题的提出及研究意义 1 1 1 研究范围 本次课题研究范围为呼和浩特热电厂与金桥热电厂之间联网管道部分。具体 为：由金桥热电厂昭乌达路d n l 0 0 0 主干线上分出d n 8 0 0 联网管道，沿世纪五 路、呼伦贝尔路、二环南路、石羊桥路，最终与呼和浩特热电厂在鄂尔多斯大街 d n l 0 0 0 主管网联网，以上联网管道为本次课题研究范围。 1 1 2 项目建设必要性 1 1 2 1 近期解决呼和浩特热电厂改造过程中现有负荷供热问题性 呼和浩特热电厂已于2 0 0 7 年拆除原有2 x12 m w 、2 x 2 5 m w 、2 x 5 0 m w 机组， 扩建2 x 3 0 0 m w 供热机组，建设周期大约为3 年。在此3 年时间中，原由此6 台 机组所供热负荷，在本热源厂内没有富余热源可供热。 同时，金桥热电厂于2 0 0 7 年新建供热管网，主干线1 3 k m ，由热电厂出线后， 沿兴安南路，昭乌达路向北敷设至鄂尔多斯大街，沿途供各热力站。依据国家规 范，管网建设规模按热源的最终规模确定，但供热初期，由于该区域热负荷发展 不足，该管网存在管径偏大，运行不经济，调节不灵活等弊端。 呼和浩特热电厂与金桥热电厂的供热范围相邻，呼仑贝尔路以西为呼和浩特 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 热电厂供热范围，以东为金桥热电厂供热范围。在该相邻区域，金桥热网的主管 径为d n l 0 0 0 ，呼和浩特热电厂供热区域内负荷为将要拆除的2 x 1 2 m w 、 2 x 2 5 m w 、2 x 5 0 m w 机组所供，因老机组将要拆除，面临无法保障供热的状况。 因此，将金桥热电厂富余供热能力向呼和浩特热电厂供热范围内供热，解决 因其老机组改造，新机组建设，中间过渡期无法保障供热的问题，是可行和必要 的。同时也使金桥热电厂建成初期，由于未达到该区域建设规模而热负荷不足， 运行经济性较差的问题得到了一定程度的解决。 1 1 2 2 远期热网之间联网的需求 在远期，呼和浩特热电厂扩建2 x 3 0 0 m w 供热机组建成后，可恢复向原有区 域供热，同时供热能力增加，在金桥热电厂供热能力不足或设备故障等紧急情况 下，可通过该d n 8 0 0 联网管道，向金桥供热区域内供热，达到优势互补的目的。 这也符合联网运行，提高供热质量的先进思想。这对呼和浩特市远期形成多热源 联合供热的合理布局具有积极作用和深远意义。 1 1 3 城市自然概括 呼和浩特市是内蒙古自治区的首府，全区政治、经济、文化、科技、教育、 信息中心。地处阴山山脉中段、黄河北岸土默川平原的中南部。地理坐标在北纬 3 9 0 3 5 4 1 0 2 37 ，东经l l 0 0 3 0 1 1 2 0 1 8 之间。呈南北略长于东西之势，东与乌兰 察布盟毗临，西与包头接壤，南与山西省相邻。境内地势南北高，中间低，平均 坡度3 5 o ，平均海拔为1 0 5 0 m 。行政管辖四区、五旗( 县) ，即回民区、玉泉 区、新城区、赛汗区、托克托县、土默特左旗和林格尔县、清水河县、武川县。 城市交通便利，呼和浩特市现公路对外出入口主要有1 0 个，国道11 0 线横穿市 区，呼集汽车专用二级公路已全线开通，呼包高速公路已经铺通。京包铁路干线 东西向行经城市，京包复线及站后配套工程已于1 9 9 5 年投入使用。白塔机场位 于城市东北7 7 0 方向，距市中心1 3 6k m 。 呼和浩特市地势平坦开阔。土壤类型为灰褐土、黑垆土、草甸土、盐土和沼 泽土，除现有的耕地和居住用地外，大部分为天然草地、荒地、砖窑、废弃地及 鱼池。呼和浩特市地处土默川平原，属典型的中温带大陆性气候。冬季漫长寒冷， 夏季短而温热，其主要气象条件为： 极端最高气温 3 6 9 极端最低气温3 1 2 。c 年平均气温 6 2 天津大学硕士学位论文第一章绪论 采暖季室外平均温度 6 2 采暖季室外计算温度 1 9 。c 采暖季室内设计温度 1 8 采暖天数 18 0 天 平均风速 1 8 m s 平均相对湿度5 5 最大积雪深度12 0 c m 最大冻土深度 14 3 c m 呼和浩特市静风频率较高( 一月份为4 6 ，七月份为3 6 ) ，不利于大气污 染物的水平扩散。由于受西伯利亚、蒙古气团及地面长波辐射的影响，呼和浩特 市区逆温现象发生频繁，年频率达9 1 6 ，使垂直湍流交换受到抑制，特别是受 城北大青山的阻挡，气流水平运动受阻，使风速减缓，多种排放气体聚集在市区 上空不能顺利扩散。 1 1 4 热源及热负荷概括 1 1 4 1 呼和浩特热电厂( 丰泰发电有限公司、科林热电有限公司) ( 1 ) 热电厂供热范围 呼和浩特热电厂( 丰泰发电有限公司) 热网工程的供热范围为东至呼伦贝尔 南路，南至滨河北路，西至二环西路，北至新华西街、新华大街区域内的各类建 筑物的采暖用热。 ( 2 ) 热电厂规模及热负荷 呼和浩特热电厂现有2 0 世纪6 0 年代中期建成的2 x 1 2 m w 汽轮发电机组、 7 0 年代中期建成的2 x 2 5 m w 汽轮发电机组以及9 0 年代中期建成的2 x 5 0 m w 供 热机组，1 9 8 6 年对2 1 2 m w + 2 2 5 m w 机组进行了供热改造，开始向呼和浩特市 实施集中供热，供热面积约为3 5 0 万m 2 ，目前呼和浩特市热网一期供热工程的 供热热源即为科林热电公司的2 1 2 m w + 2 2 5 m w + 2 5 0 m w 汽轮机组。2 0 0 2 年 丰泰发电有限公司一期工程( 2 x 2 0 0 m w 机组) 投产运行，向呼和浩特市热网三 期供热工程提供6 6 4 万m 2 的采暖供热。现两个电厂总供热能力约为1 1 5 0 万m 2 。 依据国家能源产业政策和呼和浩特市城市供热规划及呼和浩特热电厂现运行 情况，计划将2 1 2 m w 、2 x 2 5 m w 、2 x 5 0 m w 机组拆除，并扩建2 x 3 0 0 m w 供热 机组。 丰泰发电有限公司二期扩建2 x 3 0 0 m w 热电联产机组位于丰泰发电有限公 天津大学硕士学位论文第一章绪论 司厂区内。工程建成后，两个电厂最终规划容量将达到1 0 0 0 m w ( 2 x 2 0 0 m w + 2 3 0 0 m w ) 。 丰泰发电有限公司位于呼和浩特市西部，距市中心约5 5 k m ，东侧为电厂东 规划路，北侧为新华西街，西侧为电厂西规划路，南侧为鄂尔多斯西街，交通方 便，适于扩建热电厂，符合呼和浩特市城市供热规划的要求。 随着城市建设速度的飞快发展，规划丰泰发电有限公司供热区内的公共及住 宅建筑面积将达到1 7 5 9 万r l l 2 ，丰泰发电有限公司二期扩建工程建成后，其建 设规模为2 x 3 0 0 m w ，其额定抽汽量为2 x 5 0 0 t h ，最大抽汽量2 x 6 4 0 t h 。可供热 面积约为10 5 3 万m 2 ，加上现有2 x 2 0 0 m w 供热机组对外供热面积，总供热面积 约为1 7 0 0 万m 2 ，可满足其供热区域内热负荷的需要。 1 1 4 2 金桥热电厂 ( 1 ) 热电厂供热范围 金桥热电厂的供热范围包括市区东南部的部分城区和金桥新市区的近期建 设范围。即大黑河以北，呼伦贝尔路以东，鄂尔多斯大街以南以及二环东路以西 地区。鄂尔多斯大街以北区域为东区扩建项目供热范围，呼伦贝尔路以西为呼和 浩特热电厂供热区。 ( 2 ) 热电厂规模及热负荷 金桥热电厂厂址位于呼和浩特市南郊的内蒙古化肥厂与呼和浩特炼油厂南 1 5 k m 处，太平营村与茂盛营村之间，厂址西侧有2 0 9 国道，北侧有1 0 2 省道， 交通方便。热电厂装机规模为：近期2 x 3 0 0 m w 供热机组，远期再建设2 x 3 0 0 m w 供热机组，总装机规模为4 x 3 0 0 m w 。 金桥热电厂供热区域内采暖建筑面积近期将达到9 7 0 万m 2 ，远期将达至u 2 0 0 0 万m 2 。 1 2 主要研究目标、内容、方法概述 1 2 1 项目建设内容及规模 本可研研究的主要内容是在呼和浩特热电厂拆除原2 x1 2 m w 、2 x 2 5 m w 、 2 x 5 0 m w 机组，扩建2 x 3 0 0 m w 供热机组的建设过程中( 大约为3 年) ，原先由 2 x 1 2 m w 、2 x 2 5 m w 和2 x 5 0 m w 机组所供的原有热负荷，过渡性的由金桥热电 厂暂时供热的方案。结合金桥热电厂现有热网，在技术经济比较合理的前提下， 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 综合考虑供热系统与热网的建设及改造， 具体内容如下： ( 1 ) 联网管道的管径选择及敷设问题； ( 2 ) 管网间热计量的技术措施。 项目建设规模如下： ( 1 ) 新建约5 k m 一级热水联网管道( d n 8 0 0 ) ； ( 2 ) 在联网管道上设置热量计量室一座。 1 2 2 编制依据 ( 1 ) 呼和浩特市城市供热规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 年) ( 中国市政工程华北设 计研究院、呼和浩特市公用事业管理局编制) ； ( 2 ) 呼和浩特丰泰发电有限公司2 3 0 0 m w 机组配套热网工程可行性研 究报告( 中国市政工程华北设计研究院编制) ； ( 3 ) 内蒙古丰泰发电有限公司二期扩建工程( 2 x 3 0 0 m w 供热机组) 可 行性研究报告( 山西省电力勘测设计院编制，2 0 0 4 年4 月) ； ( 4 ) 呼和浩特市集中供热热网三期工程可行性研究报告( 内蒙古电力勘 测设计院编制，2 0 0 1 年5 月) ： ( 5 ) 呼和浩特热电厂2 x 5 0 m w 机组供热改造方案说明书； ( 6 ) 呼和浩特市金桥新市区热网工程一初步设计( 中国市政工程华北 设计研究院编制) ； ( 7 ) 城市热力网设计规范c j j 3 4 - - - 2 0 0 2 ( 8 ) 城市供热管网工程施工及验收规范c j j 2 8 - - 2 0 0 4 ( 9 ) 供热工程制图标准c j j t 7 8 9 7 ( 1 0 ) 城镇直埋供热管道工程技术规程c j j t 8 1 - - 9 8 1 2 3 主要技术原则 本可研在编制过程中所遵循的主要技术原则如下： ( 1 ) 采用新工艺、新设备、新材料和新技术，做到技术先进、安全可靠、 经济合理、管理方便。 ( 2 ) 坚持节约原则，尽可能降低工程造价，减少不必要的投资，缩短建设 周期。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 国内集中供热发展现状 1 3 1 发展状况 我国集中供热发展到今天，经历了从无到有、从小到大、从弱到强、艰苦奋 斗、竞争发展的历程。我国传统的集中供热主要采取热电联产、区域联合供热和 小区锅炉房供暖等几种方式。从2 0 世纪4 0 年代至今，近6 0 年的历史大致分为 4 个阶段：单纯利用阶段单纯管理阶段基础建设阶段综合发展阶段。 2 0 世纪8 0 年代以前，从北方采暖地区大城市来看，以分散锅炉房供暖比重 最大。据对2 9 个大中城市集中供热方式的统计显示，分散锅炉房供热占我国总 供暖面积的8 4 ，其中，9 0 以上的锅炉房的容量一般只维持在7 m w 以下的水 平。2 0 世纪8 0 年代以后，进入到综合发展阶段。热电联产、热交换站以及相配 套的尖峰锅炉房等集中供热系统在许多城市相继建成。建设部综合财务司2 0 0 4 年6 月发布的“2 0 0 3 年城市建设统计公报”显示，2 0 0 3 年集中供热取得新成绩， 据统计集中供热面积18 9 亿m 2 ，比2 0 0 2 年增长2 1 2 。许多城市的大型热源已 不止一个，如北京、沈阳等集中供热系统较发达的城市，已经实现初级多热源并 网运行。 1 3 2 国内城市集中供热管网布置的类型 ( 1 ) 网格状管网布置 城市供热系统的特点是热用户分布区域广、分支多。在管网发生事故时，通 常允许有若干小时的停供修复时间。有些热网为提高供热可靠性和应付供热发展 的不确定性，在规划设计时就将热网像市政给水管网一样成网格状布置，但这样 存在一定的问题，热水力工况和控制十分复杂，同时网格状管网投资非常高。 ( 2 ) 环状管网布置 在城市多热源联合供热时，有些规划设计时将热网主干线设计成环管网环状 布置，用户管网是从大环网上接出的枝状管网，这种布置方式具有供热的后备性 能，运行安全可靠，但热网水力工况和控制比较复杂，投资很高。 ( 3 ) 枝状管网放射型布置 在充分考虑系统的安全性和经济性的前提下，城市热力管网应是多条枝状管 网放射型布置。在规划设计时，根据城市规模、热用户分布及热源位置布置几条 输配主干线，在实施过程中根据供热能力和热用户情况，逐步完善不同的主干线。 当城市供热主干线骨架形成后，适当徽设连通管，正常工作时关闭连通管上 天津大学硕士学位论文第一章绪论 的阀门，而当主干线某段出事故时，又可利用连通管进行供热。这种热网布置形 式保证了枝状管网适应不确定热用户的发展，如果一条干管供热能力不够，敷设 相邻干管时加大其供热能力就可以解决，以达到供热管网翰配能力最优化，不必 像环状管网那样先埋人较大管道去等负荷确定的热用户。 1 3 3 存在的问题 总的来说，与国外相比，我国的集中供热系统还很落后，具体表现在如下几 个方面： ( 1 ) 除城市热电联产的集中供热外，不同规模的燃煤锅炉房，由于环保要 求面临煤改气的任务。煤改气使供暖成本和供暖费用大幅度上升，能源消耗有效 控制的任务更加突出。 ( 2 ) 当采用城市热网或地区供热厂为热源时，其二级换热站的供热规模， 宜趋向于小型化，以利于二次管网的水力平衡和调节。 ( 3 ) 分户热计量和收费问题。分户热计量必然要求改变传统的室内供暖系 统制式，并涉及整体供热网和热源系统。 1 ) 户与户之间的热传递。户间的每1 温差，仅通过楼板的传热量，就相 当于设计耗热量的5 左右，相当于供暖期平均耗热量的1 5 左右，由于此因素， 不仅难以合理确定设计热负荷，分户热计量也只有是一个近似值。 2 ) 一户一表单户独立系统户内系统的管道布置，在居住者对装饰要求日益 高档化的情况下，可能只有采取在地面垫层内敷设的办法，将涉及到管材、建筑 层高和散热器布置方式等问题。 3 ) 对供热部门的供暖质量、运行和管理水平，会有更高的要求。 ( 4 ) 系统失调、冷热不均、不能自主控制室温等低水平供暖状况，要求实现 分室温度控制。实施分室温度调节的调节阀，使居住者能自行控制室温，可以解 决局部房间室温过高，有助于间接改善系统中室温偏低房间的供暖效果。目前， 主要是通过安装调节阀。通过安装调节阀可增大各末端设备的阻力，有待于并联 环路间的水力平衡，线性调节性能则可地改变环路的流量。如在双管式供热系统 上安装高阻特性的恒温阀、在单管系统应采用低阻力阀门。 ( 5 ) 铸铁散热器或其它散热器加罩等陈旧的供暖设施，已难以满足居住者对 于建筑装饰的要求。传统的铸铁四柱散热器虽具有价格低廉和经久耐用等优势， 但由于铸造工艺的原因，使其成为系统堵塞的主要原因。而且建筑环境很不协调， 应积极采用体型较薄和较易清扫的散热器，如钢板材质的钢制散热器、铝合金散 热器。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 国外集中供热发展现状 1 4 1 供热概况 国外的集中供热发展大致分为4 个阶段：单纯管理阶段基础建设阶段综 合发展阶段自动化控制阶段。在综合发展阶段开始投入实时监测系统的建设， 人工调整配合，最后发展到远程控制、无人值守热力站，实现自动化控制。 美国、日本、俄罗斯( 包括前苏联) 、丹麦、瑞典、德国等国是集中供热发展 很快的国家，从设备、技术、管理等诸方面都居世界领先的水平，其中日本、丹 麦、挪威将天然气、油、垃圾、生物能、热泵等作为集中供热的主要热源，社会 效益、节能效益、经济效益明显。美国是世界第一个冷热联供系统在h a r f o r dc i t y 建成并投入运行的国家。2 0 世纪7 0 年代纽约世界贸易中心采用新技术向建筑物 群集中供冷供热，成为当时世界上规模最大的供冷供热工程。目前美国有众多的 学者从事有关区域供冷供热方面的研究，并在多项技术上保持优势。近年来，日 本集中供热( 冷) 系统发展速度也较快，特别是以东京为中心的关东地区尤为明 显，已占日本全国的6 0 。日本集中供热( 冷) 系统比较注重节能和环保，如采用 热电供给系统、蓄热槽及利用城市废热作为能源等，以提高能源的利用效率。考 虑到保证能源的稳定供应和应对地球温暖化等环境问题等，日本今后期望朝扩大 应用、开发新能源等方向发展。俄罗斯( 包括前苏联) 作为世界大国，由于受地理 环境的影响，发展供热系统较早，也比较完善，其集中供热事业无论是从热负荷 的数量、热网的规模、热电厂的层次和效益，还是从供热综合技术各方面来衡量， 在国际上都占有极其重要的地位，是世界上集中供热最发达的国家之一，其中莫 斯科有世界上最大的熟网、最大直径的供热管道、最大功率的热电厂。德国集中 供热总热量为19 6 1 万g j ，也是集中供热发展较好的国家。 1 4 2 智能监控系统 美国、日本、俄罗斯、德国等国集中供热系统都已实现了系统的自动监测和 控制。自动化监测和控制是集中供热系统供热可靠、节能运行、提高运行效率和 降低运行成本的重要手段，其内容有流量、温度、压力、热量和报警等。从北欧 w r o c t a wm p e c 的监控系统可看出，监测和控制系统的主要特点是：采暖用户的 散热器入口都安装温控阀，自主调节室内温度；热力站根据室外温度调节供水温 度；中央控制检测热阀和热力站运行参数，通过不利点用户压差控制和调节变速 泵，实施变流量运行。 目前，国外集中供热发展较快的国家( 如北欧诸国，美国、日本等国) ，在实时 天津大学硕士学位论文第一章绪论 监测系统的设计、施工、安装以及设备质量、技术含量，还有设备安装环境等方 面都要比我国现有水平高。资料表明，瑞典集中供热的热损失比我国少4 0 - 6 0 。 当然，这中间不排除设备质量、安装工艺、人员素质等方面的原因。但主要还是 热网运行中，热源分配、参数调整、工况变化、调温曲线控制等方面缺乏控制造 成的。如果有了实时监测系统，就可以把热源厂和热网关键点、热力站的温度、 压力、流量、补水量等参数实时传输至中央调度室，调度人员可随时观察各点参 数，了解当前和历史的参数，实现全网的统一调配，协调工作的状态，及时调整 运行工况达到最合理的水平。远程控制设备更体现出热网全局控制、调整的优越 性。比如，在用户线上发生问题，中央调度室的调度人员可以通过参数变化，迅 速判断故障点，隔离管线，组织抢修部门迅速抢修，恢复生产。 1 4 3 计量收费 在收费方式方面，美国和北欧诸国从按面积收费开始，发展到现在，其技术 与设备水平已十分先进。例如，在6 0 年代，采暖按每户建筑面积分摊热费；7 0 年代，改为按流量收费；从2 0 世纪8 0 年代初至今，则按热量收费。欧美等国最 初根据热分配表所记录的数据来计算热量，由于误差较大，后来又安装机械式热 量表并按热量收取采暖费，误差较小。 1 5 城市集中供热改革的必然性 ( 1 ) 城市环境保护的压力越来越高。 我国能源的构成状况决定了长期以来一直把煤碳作为主要能源，煤碳在一次 能源中的比例约占了7 0 以上。长期以煤炭作为主要能源对我国的大气环境造 成了严重的破坏。资料显示，9 0 的s 0 2 、7 0 的tsp 、60 的n o x 、8 5 的 c 0 2 均来自于煤炭燃烧。虽然我国制定的空气环境二级标准远远低于发达国家的 同类标准，但是实际监测结果表明，我国绝大多数城市仍然难以达到此项标准。 特别是对北方城市来说，在采暖季更是大大超过标准的好几倍。可以说城市空气 环境问题与我国城市采暖还主要依靠煤炭直接燃烧、绝大多数燃煤采暖系统管理 运行水平低下、除尘消烟设施未能很好地运行等因素息息相关。 ( 2 ) 城市能源结构正在进行调整。 面对改善环境的压力，我国正在规划改变以煤为主的能源结构，计划到2 0 1 0 年使我国能源结构中煤炭的比重降到6 0 以下，天然气的比重上升到8 左右， 其中增加的清洁燃料部分将主要用于大型、特大型城市的能源结构调整，改善这 些城市环境日益恶化的状况，增强其可持续发展的能力。城市能源供应结构的调 天津大学硕士学位论文第一章绪论 整和能源供应发展的现实背景，使得采暖用能系统的选择趋于多元化，从而使得 优化整个城市的采暖能源系统成为可能。 ( 3 ) 经济体制改革的深化迫切要求改革旧的供热体制。 我国的经济体制正在向市场经济体制过渡，住房已经从实物分配变为商品货 币化分配，由此极大的刺激了我国的房地产业的发展，使之成为我国经济发展中 一只重要的带动力量。 ( 4 ) 建筑节能的更高要求。 随着我国建筑业的飞速发展，建筑能耗占总能耗的比重越来越大，已经达到 2 7 。其中约有5 5 为采暖能耗，是建筑能耗的最主要部分，也是浪费最为严 重和节能潜力最大的部分。特别是按照节能和管理要求，对城市集中供热系统运 行改造，实现分户热计量和收费。 ( 5 ) 经济利益的需要。 对城市供热进行单户独立式供暖不需设置区域集中热源和管网，可以简化建 设程序和物业管理，因系统规模较小又可避免集中系统室温的冷热不均。 ( 6 ) 用户的要求的提高。 现有城市集中供暖方式普遍存在着系统供热失调的问题，以及单一的冬季供 暖功能，已不能适应居住者日益提高的对于热舒适度的要求。同时传统的散热器 供暖方式，已不能适应居住者日益提高的装饰要求。 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 2 1 热力部分 2 1 1 热负荷 第二章工程方案论述 2 1 1 1 供热分区及供热面积 ( 1 ) 呼和浩特热电厂供热区域内近期由于老机组拆除，影响供热的区域为 供热规划中呼和浩特热电厂供热分区内，具体是呼伦贝尔南路以西，旧大南路以 东，水上公园北街、三里营街以北，大学西路、五十家街以南所围成的区域。该 供热区域内各供热分区的供热面积约1 9 6 万m 2 ，见表2 1 。各供热分区分布图见 附图l 。远期该热电厂2 x 3 0 0 m w 机组建成投产，以上受影响的区域恢复由呼和 浩特热电厂供热。 表2 一l呼和浩特热电厂联网供热区域供热面积统计表 ( 2 ) 金桥热电厂供热区域内 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 近期由于该供热范围内负荷发展不足，其热源向网外供热能力充足。远期考 虑呼和浩特市热电厂2 x 3 0 0 m w 机组故障时，可以临时减少本网内部分热负荷， 通过联网管道，向呼和浩特热电厂范围内供约1 9 6 万m 2 的供热负荷。 2 1 1 2 热指标 根据呼和浩特市建筑物围护结构实际情况、呼和浩特市城市供热规划及室 外气象条件和城市热力网设计规范c j j 3 4 - - 2 0 0 2 ，确定采暖热指标取值如下： 现状：民用住宅：7 0 w m 2 公共建筑：9 0 w m 2 现状综合热指标为7 5 6 w m 2 近期：民用住宅：5 5 w m 2 公共建筑：7 0 w m 2 近期综合热指标 6 0 w m 2 。 2 1 1 3 设计热负荷 采暖热指标值中已经包含了热网输送过程的损失，根据采暖热指标计算的热 负荷即为设计热负荷，经计算呼和浩特热电厂，老机组拆除过程中，供热受到影 响的供热区域内采暖设计热负荷为1 4 8 m w 。设计热负荷按下列公式计算： q 。= q xax1 0 3 式中q n 一采暖最大设计热负荷，( k w ) ； q 一采暖热指标，( w m 2 ) ； a 一采暖建筑物的建筑面积( m 2 ) 。 ( 2 一1 ) 2 1 1 4 热负荷曲线 采暖需热量是随室外温度变化而变化的。当室内采暖设计温度为1 8 。c ，采 暖室外计算温度为t 。，时，如在任意室外温度t 。时，采暖需热量q i i 为： ”q 岫慧 p 2 ， 根据式2 2 ，可计算出采暖期内不同室外温度下建筑物的采暖热负荷和相应 的延时小时数，由此绘出采暖热负荷曲线。联网区域全年采暖热负荷表见表2 2 。 从表中可以看出呼和浩特市热电厂老机组所供区域内全年总供热量：1 5 0 8 1 4 0 g j ， 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 最大负荷利用小时数为2 8 3 1 小时。全年采暖热负荷曲线，详见图2 - 1 。 表2 - 2联网区域全年采暖热负荷表 2 9 最大负荷利用小时数 1 3 2 8 3 0 5 9 q - - - p - 器 一 州 匝搽组梧斌霰整米廿剞鼙凶匿誉 下n 匝 高夸=意。n 。_ 。n 。n 。一 。n一。i_=-9l-2毒【-10i-11。1o口-。甲了-n。i-。 一n n ，n o s j、寸 鬲 一 o 价 忑 薹 芝 一 一 三 姜 二 l0 一 占 一 t 聂 一 l 善 一 l 营 一 t妻 一 矧秘帐仅氍h褂酞 议袋辽扑书隧扑k赞k 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 2 1 2 供热介质和参数 2 1 2 1 供热介质 本工程建设内容为两个热网之间的联网管道，由金桥热电厂热网向呼和浩 特热电厂热网供热，两网供热介质均为高温热水，所以本工程供热介质为高温 热水。 2 1 2 2 供热参数 由于热量是由金桥热电厂热网向呼和浩特热电厂热网供热，供热参数应以 金桥热电厂热网参数为准，所以本工程热水介质的温度为1 3 0 7 0 。两热网均 为供热一级管网，压力等级均为1 6 m p a ，所以本工程压力等级也为1 6m p a 。 2 1 3 热力网系统和敷设方式 2 1 3 1 供热工况的确定 ( 1 ) 换热首站 由于一级网供热介质用高温水，在金桥热电厂内部设置一座汽水换热首站， 将汽轮机抽汽换成高温热水。 1 ) 供热量 近期金桥热电厂最大总供热量为3 1 4 7m w ，并要求随室外温度变化而变化， 其变化范围为1 1 0 5 7 3 1 4 7m w ，其中含呼和浩特热电厂供热区域内热负荷 1 4 8 m w 。 2 ) 供热参数 热网供回水温度( 一级网)1 3 0 7 0 热网循环水量( 一级网) 4 5 1 0t h 热网工作压力( 一级网) 供水压力( 换热首站围墙外1 米) 1 2 5 m p a 回水压力( 换热首站围墙外l 米) 0 3 0 m p a 供回水压差( 供热站围墙外1 米) 0 9 5 m p a 3 ) 循环水泵 要求换热首站热网循环水泵的设置要满足一级网质量并调的要求，同时满 足热网最不利环路循环压头的要求。 4 ) 定压要求 循环水泵运行时，热网任意一点的压头均应 一3 0 0 k p a ，即静压线不低于 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 3 0 0 k p a ( 相对首站地面标高) 。 5 ) 补水要求 热网的正常补水量应2 的热网循环水量，选择补水泵时应按正常补水量 的2 倍来考虑。热网补水水质应符合c j j 3 4 - 2 0 0 2 城市热力网设计规范的规 定。 ( 2 ) 热力网水力计算及水压图 1 ) 计算参数 本工程一级管网设计供回水温度1 3 0 7 0 。 按金桥热电厂近期供热量3 1 4 7 唧计算联网管道的流量和管径，同时考虑 远期呼和浩特热电厂2 3 0 0 m w 机组故障时，部分金桥热网负荷停供，向受故障 影响区域供热的情况。 管径选择计算中采用的数据如下： 热水管网参数： 一级网供回水设计温度为1 3 0 7 0 管内壁绝对粗糙度为0 5 m m ； 管道局部阻力系数：干线：q = 0 2 ；支线：= 0 5 。 热水管网单位压降：主干线控制在3 0 - 7 0 p a m 之间。 2 ) 供回水流量按下式计算 g = 3 6 l 1 0 3 ( 2 3 ) c ( t 2 一t h ) 、 式中g 一供回水设计流量( m 3 h ) ； c 一水的比热，4 1 8 6k j k g , t g t 。一设计供回水温度。 3 ) 管段的管径按下式计算 眈划8 居 式中d n 一管道内径( 衄) ； g 一介质容积流量( m 3 h ) ； w 一介质流速( m s ) 。 4 ) 热网阻力损失按下式计算 ( 2 - 4 ) 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 尸= ( 1 + a ) x r x l x l 0 。3( 2 5 ) 式中p 一管网阻力损失( k p a ) ； r 一管道比摩阻( p a m ) ，主管网经济比摩阻控制在3 0 - 7 0p a m ； l 一管道平面长度( m ) ； a 一局部阻力损失与沿程阻力损失的比值，采用波纹补偿器，主管网 为0 3 ，分支网为0 5 。 5 ) 水力计算步骤 首先要确定计算管段，根据其计算流量和经济比压降，查城市供热手册 水力计算表( 表7 2 3 ) 初步选定各计算管段的适宜管径和相应的比压降。再根 据确定的管径及计算管段上各附件的类别、数量，在城市供热手册表7 - 3 7 中选定各附件的局部阻力当量长度，并计算其总和。最后根据管段的实际长度 和局部阻力长度之和( 即管段的计算长度) ，乘以比压降即为计算管段的总压降。 从热源至某个用户的各计算管段的总压降之和即为热源至该用户的总压降。 6 ) 水力计算结果 根据以上条件和水力计算图进行管网管径计算及阻力损失计算。按多种条 件的计算结果，分析研究，通过技术经济比较后，确定了联网管道管径，其计 算结果见附表1 。同时，运用远期工况校核了该管道，计算结果见附表2 。热网 近期、远期水力计算简图见图2 - 2 、2 - 3 。 经过水力计算表明：在呼和浩特热电厂老机组拆除，新机组建设过程中， 大约3 年时间中，由于金桥热网中供热负荷面积未饱满，所以有能力向呼和浩 特热电厂热网供热，此时金桥热网本区域内所供热负荷为1 6 6 7 m w ，约2 7 8 万 m 2 采暖面积，同时供呼和浩特热电厂热网1 4 8 姗，约1 9 6 万m 2 的采暖面积。此时， 当室外温度达到采暖季室外计算温度，热负荷达到最大时，金桥热电厂热网供 水压力为1 2 5 m p a ，回水0 3 m p a ，热水通过联通管送至石羊桥南路与鄂尔多斯 大街交口处，呼和浩特热电厂供热管网d n l 0 0 0 主干管位置的管网资用压力为4 6 0 k p a 。可以满足该热网的运行要求。 远期，当呼和浩特热电厂2 3 0 0 m w 机组建成运行后，设备故障时，此时金 桥热网热负荷已经发展比较充分，如果考虑向呼和浩特热网供热，只有减少本 区域一定面积的供热负荷。此时热水介质输送到浩特热电厂供热管网d n l 0 0 0 主 干管位置的管网资用压力为1 0 4k p a 。已不能满足供热需要。此时需设置回水加 压泵。考虑占用场地、位置、功耗、调节灵活性等诸多问题，建议在该区域各 热力站内设置分布式加压泵，以满足热力站工艺要求。 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 田爿 埋一蠢 量t ，h 亭二荟称直：“1 1 4 l 也一；1 o 热力站 救、 图2 - 2 近期水力算简图 一1 8 殴挺琳叁r簧暴卿 式匝 天津大学硕士学位论文第二章工程方案论述 7 ) 水压图 水压图绘制方法和步骤：一般以热源内循环水泵中心线高度为基准面，纵 坐标表示标高，横坐标表示距离，分别为0 - y 和。一x 轴。静水压线是循环水泵 停运