城市供热工程系统规划.ppt

城市供热工程系统规划 第一节供热工程规划概述第二节城市集中供热负荷的预测与计算第三节城市集中供热热源规划第四节城市供热管网规划第五节热力站与制冷站设置 第一节供热工程规划概述 在南北回归线两侧的寒冷地区的冬季 为了维持日常生活 工作和享有一个舒适的环境 都存在着冬季供热采暖问题 目前 应用最广泛的是以蒸汽或热水作为热媒的集中供热系统 城市集中供热 又称区域供热 是在城市的某个或几个区域乃至整个城市 利用集中热源向工业企业 民用建筑供应热能的一种供热方式 是现代城市建设中公共事业的一项重要设施 一 城市供热工程规划的意义 1 提高能源利用率 节约大量燃料 集中供热可以使锅炉热效率提高20 2 改广泛的 面源 为比较集中的 点源 减少大气污染 也便于采用整改措施 进行集中治理 3 减少城市运输量 4 节省城市用地 一个集中热源可以代替多个分散的锅炉房 可以减少燃料和灰渣的堆放场地 对改善市容也十分有利 5 使用大型设备 容易实现机械化和自动化 减少管理人员数量 降低运行成本 也有利于管理科学化和现代化 提高供热质量 二 主要任务 根据当地气候条件 结合生活与生产需要 1 确定城市集中供热对象 供热标准 供热方式 2 合理选择气源 预测供热负荷 进行城市热源工程规划 确定城市热电厂 热力站等供热设施的数量和容量 3 科学布局各种供热设施和供热管网 4 制定节能保温的对策与措施 以及供热设施的防护措施 三 供热系统的构成与分类 供热工程系统由供热热源工程和供热管网工程构成按照采暖的规模与供热建筑物的种类 把众多的采暖方式分为4大类 1 城市集中热力网供热 城市供热 大区域供热 2 居住小区集中供热 小区集中供热 小区域供热 3 商业或公共建筑的独立供热 自备热源的独立建筑供热 4 分户供热 各户自备热源供热 1 城市集中供热系统的组成城市集中供热系统由热源 热力网和热用户三部分组成 热源包括热电厂 又称热电联供 换热站 锅炉房和热泵机房 热力网包括城市一次 高温 热网和小区二次 低温 热网 热用户包括一次水热用户 换热站 二次水热用户 末端用户 等 2 城市集中供热系统的分类按照服务对象可分为 民用供热和工业供热 按照供热系统的作用范围可分为 区域供热 集中供热和局部供热按照热源供应的热媒种类不同可分为 热水供热 蒸汽供热和热风供热 按照热媒参数的不同可分为 高温水 t 115 和低温水 t 115 系统 高压蒸汽 P 70kPa 通常为过热蒸汽 低压蒸汽 P 70kPa 通常为饱和蒸汽 系统 四 城市集中供热规划的主要内容 一 总体规划内容及图纸1 内容 1 确定城市供热对象和供热标准 预测城市供热负荷 2 选择城市热源和供热方式 3 确定热源设施的供热能力 数量和布局 4 布局城市供热设施和供热干线管网 5 制定城市供热设施保护措施 2 图纸 1 城市供热系统现状图 主要反映城市现状集中供热设施布局和干线管网布局情况2 城市供热系统规划图 主要反映规划期末城市集中供热的热源 供热输配设施的容量 位置和用地状况 3 必要的附图 一 分区规划内容及图纸1 内容 1 估算分区的供热负荷 2 布局分区供热设施和供热干线管网 3 计算城市供热干管的管径 2 图纸 1 分区供热系统现状图 表示分区范围内现状集中供热设施的位置 规模 用地范围 供热管网分布 管径等情况 2 分区供热系统规划图 表示分区范围内规划集中供热设施的位置 规模 用地范围 供热管网分布 管径等情况 3 必要的附图 如分区供热负荷分布图 一 详细规划规划内容及图纸1 内容 1 计算规划范围内供热负荷 2 布局供热设施和供热管网 3 计算供热管道管径 4 估算规划范围内供热管网造价 2 图纸 1 供热系统规划图 标明供热设施容量 位置和用地范围 供热管网走向 管径 管位 敷设方式 若有现状供热管线 应区分现状与规划的管线 2 必要的附图 第二节城市集中供热负荷的预测和计算 一 城市集中供热负荷的类型与特征1 分类 1 根据热负荷用途分类1 室温调节2 生活热水3 生产用热 2 根据热负荷性质分类1 民用热负荷包括采暖 通风和热水供应三类在计算和预测热负荷时 一般分类进行 最后求和 民用热用户通常以热水为热媒 使用的热媒参数较低 2 工业热负荷包括生产过程用于加热 烘干 蒸煮 熔化等工艺的用热 同时还包括部分动力热负荷 用于带动机械设备如汽锤 气泵等 使用的热媒参数较高 3 根据用热时间规律分类 1 季节性热负荷采暖 通风 空气调节属于季节性热负荷 2 常年性热负荷 生活热水和生产工艺系统用热属于常年性热负荷 与气候条件关系不大 即一年中用热状况变化不大 但全日中用热状况变化较大 热水供应热负荷主要取决于使用人数和生活习惯 生活水平 作息制度等 生产工艺热负荷取决于生产性质 生产规模 生产工艺 用热设备数量和生产作业班次等因素 二 城市供热对象的选择由于资源有限 对于各类热用户 不可能全部满足需要 必须对供热对象进行合理选择 1 在供热规模有限的情况下 应以 先小后大 为原则 首先满足分散用热 规模较小的热用户 如居民家庭 中小型公共建筑和小型企业 以便发挥城市集中供热的最大效益 一般大型公共建筑和大中型企业的余热资源丰富 用热条件比较复杂 可以自成体系 独立解决 2 选择布局较集中的热用户作为供热对象 先集中后分散 以使系统经济合理 城市供热系统与其他能源供应系统比较 损耗大 成本高 维护难 因此 供热系统的服务半径较小 如果热用户在空间分布上较集中 则有利于热网布置 减少投资和运营成本 选择供热对象还有一个指标 即 集中供热普及率 集中供热普及率是指已经实行集中供热的面积与需要供热的建筑面积的比值百分数 三 城市供热负荷的预测和计算 1 热负荷计算的步骤 1 收集热负荷现状资料热负荷现状资料既是计算的依据 又可作为预测取值的参数 2 分析热负荷的种类和特点对采暖 通风 生活热水 生产工艺等各类用热来说 需采用不同方法 不同指标进行预测和计算 必须对热负荷进行准确分析 然后才能进行计算与预测 3 预测与计算供热总负荷地区的供热总负荷是布局供热设施和进行管网计算的依据 在各类热负荷计算与预测结果得出后 经校核后相加 同时考虑一些其他变数 最后计算出供热总负荷 供热总负荷一般体现为功率 单位取瓦 千瓦或兆瓦 W kW MW 2 民用热负荷预测计算我国的民用热负荷主要是满足住宅和公共建筑的采暖热负荷 生活热水和通风热负荷所占的比例很小 1 采暖热负荷在冬季 由于室内与室外温度不同 房屋通过其围护结构 如门 窗 地板 墙体 屋顶等 将发生热量散失 在一定室温下 室外温度越低 房间的热损失越大 为了保证室内温度符合有关规定 满足人们正常工作 学习和其他活动的需要 就必须用采暖设备向室内补充与损失相等的热量 采暖热负荷 1 冬季 采暖房间的气温高于室外气温 这样 室内的热量就要通过建筑的围护结构 如外墙 外门 外窗 地面和屋顶等 传向室外 这种热量的传递叫做围护结构的传热 采暖房间的热平衡采暖热负荷是指采暖房间在某一时间内 要求室内具有一定设计温度的情况下 散热设备在单位时间内需要补充给室内的热量 采暖热负荷应根据设计条件下建筑物的热平衡进行计算 即房间的失热量 房间的得热量 W 采暖热负荷 2 1 房间失热量 包括 最大负荷班的工艺设备吸热量Q1 由于室内外温差引起围护结构的耗热量Q2 加热由外部运人的冷物料和运输工具的耗热量Q3 加热由门 窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量Q4 加热由门 孔洞和其他生产跨间进入的冷空气耗热量Q5 室内水分蒸发耗热量Q6 通风换气的耗热量Q7 其他方面散失的热量Q8 2 房间得热量 包括 最小负荷班的工艺设备散热量Q9 热物料在车间内的散热量Q10 热管道及其他热表面的散热量Q11 人体散热量Q12 灯具及其他电气设施的散热量Q13 通过其他途径获得的热量Q14 散热器的散热量Q15 采暖热负荷Q值也表明散热器向房间应放出的热量 从热平衡得到 Q Q15 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 采暖设计热负荷的确定 影响采暖热负荷的因素很多 而这些因素又是一刻不停地在变化着 计算热负荷的目的是决定散热器的放热能力 为决定管道的输热能力和热源的产热能力提供重要的数据 采暖工程设计首先要正确计算出建筑物的热耗失量采暖工程技术通常以稳定传热过程的简单计算来代替不稳定传热过程的复杂计算 并对一些影响传热量的因素加以适当修正 对于一般民用建筑和产生热量很少的工业建筑 计算采暖设计热负荷时不考虑房间的得热量 而仅计算以下三项的房间耗热量 通过房间围护结构的基本耗热量 即在一定传热条件下 通过房间各部分围护结构从室内传向室外的热量 冷风渗透耗热量 即加热由于房间的外门 外窗缝隙不密封而由室外渗入到室内的冷空气所消耗的热量 外门冷风侵人耗热量 即冬季外门开启时由于风力和热压作用而进入室内的冷空气 从室外温度加热到室内温度所消耗的热量 以上三项耗热量之和就是房间的总耗热量 也就是采暖设计热负荷 采暖房间围护结构的耗热量 包括基本的和附加的两部分 围护结构的基本耗热量围护结构基本耗热量指经过墙 窗 门 地面和屋顶等 由于室内外的气温差而造成从室内传向室外的稳定热量 各部分围护结构的基本耗热量 应按下式计算 Q K F tn tw 式中 Q为围护结构的基本耗热量 W K为围护结构的传热系数 W F为围护结构的传热面积 tn为冬季室内空气计算温度 tw为采暖室外空气计算温度 为围护结构的空气温差修正系数 采暖房间围护结构基本耗热量是它各部分围护结构基本耗热量的总和 为了计算和以后修正的方便 我们把围护结构按朝向 材料结构和室内外温差的不同 而划分为各个计算部分 对一侧不与室外空气直接接触的围护结构 当两侧温差大于5 时 要计算通过该围护结构的传热量 供暖设计室内计算温度室内计算温度一般是指距地面2 以内 人们活动地区的空气温度 室内计算温度的高低应满足人们的生活 学习 工作要求和生产的工艺要求 民用及公共建筑室内计算温度可参照表1 1选取 或参照有关手册选取 供暖设计室外计算温度在计算围护结构的基本耗热量时 假定传热过程是在稳定状态下进行的 即围护结构的各种传热参数都不随时间而改变 其中室外计算温度也是采用某一个固定值 我国 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 里规定 采暖室外计算温度应采用当地历年平均每年不保证5天的日平均温度 围护结构的传热系数围护结构的传热系数值是指在单位时间内 单位面积的围护结构 在两侧温差为1 由一侧传至另一侧的热量 传热系数的倒数称为传热热阻 传热系数越大 其传热热阻就越小 面积热指标法 已知规划区内各建筑物的建筑面积 建筑用途及层数等基本情况 常采用面积热指标法来确定热负荷 热指标是在采暖室外计算温度下单位面积每小时所需要的热量 用 W m2 表示 体积热指标法 集中采暖系统热负荷的概算 可根据建筑物的性质和外轮廓体积按下式确定 2 通风热负荷计算为了在室内营造良好的空气环境 使空气具有一定的清洁度和湿度 必须不断向房间送入新鲜空气 进行通风调节 当冬季室外温度较低时 室外进入室内的新鲜空气必须经过加热后方可进入室内 才能使室内温度不降低 加热新鲜空气所消耗的热量 称为通风热负荷 以上公式计算较复杂 且需要大量详细资料在一般情况下 可用下式计算通风热负荷 3 生活热水热负荷生活热水热负荷的计算 主要涉及两个重要参数 一是水温 二是热水用水标准 一般情况下 生活热水的使用温度为40 60 采用的生活热水计算温度为65 不同的热工分区中 采用的冷水计算温度也不尽相同 我国主要有五个热工分区 第一分区包括东北三省及内蒙 河北 山西和陕西北部 第二分区包括北京 天津 河北 山东 山西 陕西大部 甘肃 宁夏南部 河南北部 江苏北部 第三分区包括上海 浙江 江西 安徽 江苏大部 福建北部 湖南东部 湖北东部和河南南部 第四分区包括两广 台湾 福建和云南南部 第五分区包括云贵川大部 湖南 湖北西部 陕西 甘肃秦岭以南部分 各分区冷水计算水温如表所示 计算生活热水热负荷一般采用以下公式 4 生活空调冷负荷空调冷负荷一般可采用指标概算法进行估算 其公式为 5 工业热负荷预测计算对规划的工厂 可以采用设计热负荷资料或根据相同企业的实际负荷资料进行估算 生产热负荷的大小 主要取决于工业产品的种类 生产工艺过程的性质 用热设备的形式以及工厂企业的工作制度 由于工厂企业产品及生产设备多种多样 工艺过程对用热要求的介质种类和参数各异 因此生产热负荷应由工艺设计人员提供 计算集中供热系统最大生产工艺设计热负荷时 应以核实的各工厂 或车间 的最大生产工艺热负荷之和乘以同时使用系数 即 四 供热总负荷的计算 供热总负荷 是将上述各类负荷的计算结果相加 进行适当的校核处理后得出的数值 必须说明的是 供热总负荷中的采暖通风热负荷与空调冷负荷实际上是一类负荷 在相加时应取两者中较大的一个进行计算 五 供热总负荷的计算实例 例题 某北方城市规划总人口20万人 规划用地面积20平方千米 到规划期末 规划集中供热普及率为70 现状生产热负荷约为20MW 预计生产热负荷的年增长率为10 规划期为15年 试估算规划期末城市热负荷的规模 解 在城市总体规划的供热专项规划中 对热负荷的估测一般是粗线条 通常采用综合指标概算的方法 首先根据一般城市用地比例构成情况 公建与居住用地占总用地的比例约为40 50 在该城市中 公建与居住用地的面积约为8 9km2 按建筑容积率平均为0 8计 则居住与公建建筑面积为6 7km2 集中供热普及率为70 则民用建筑供热面积约为400 500万m2 在得出民用建筑供热面积后 采用综合热指标75W m2 则可得出民用热负荷为300 400MW 已知在未来15年内生产热负荷以每年10 的速度递增 据此可得出规划期末的热负荷为85MW 将民用热负荷和生产热负荷相加 可知规划期末该城市的总用热规模在400 500MW左右 第三节城市集中供热热源规划 一 城市集中供热热源的种类与特点城市集中供热的热源主要是热电厂和锅炉房 另外还有工业余热和地热 核能 太阳能等 1 热电厂热电厂是联合生产电能和热能的火电厂 它是在凝气式电厂的基础上发展而来的 凝气式电厂的工作过程实际上是一个能量转换的过程 将不可避免地产生能量损失 2 锅炉房1 锅炉房的分类锅炉房的核心部分是锅炉 锅炉根据制备热媒的种类不同 可分为蒸汽锅炉和热水锅炉 蒸汽锅炉通过加热水产生高温高压蒸汽 向用户进行供热 蒸汽锅炉通过调压装置 可向用户提供参数不同的蒸汽 还可通过换热装置向用户提供热水 热水锅炉不产生蒸汽 只提高进入锅炉水的温度 以高温水或低温水供应热用户 二 城市热源选择1 城市热源种类的选择热源种类的选择 要根据具体情况 进行技术经济比较后再行确定 1 热电厂的适用性与经济性热电厂实行热电联产 可有效提高能源利用率 节约燃料 同时产热规模大 能向大面积区域和用热大户供热 在有一定的常年工业热负荷而电力供应不足的地区 应建设热电厂 当主要供热对象是民用建筑和生活用热水时 地区的气象条件直接影响热电厂的经济效益 在气候冷 采暖期长的地区 热电合产运行时间长 节能效果明显 有些地方已开始尝试建设 热 电 冷三联供 系统 以提高热电厂的效率 2 区域锅炉房的适用性与经济性区域锅炉房与一般的工业和民用锅炉房相比 它的供热面积大 供热对象多 热效率高 机械化程度高 与热电厂相比 区域锅炉房节能效果较差 但是其建设费用少 建设周期短 能较快收到节能和减轻污染的效果 区域锅炉房建设运行灵活 除可作为中 小城市的供热主热源外 还可在大中城市内作为区域主热源或过渡性主热源 2 城市热源规模的选择 1 供暖平均负荷按供暖室外设计温度计算出来的热指标为最大小时热指标 用最大小时热指标乘以平均负荷系数 即可得到平均热指标 平均负荷系数可由下式得出 实际工作中 常应用平均热指标概念 以平均热指标计算出来的热负荷 即为供暖平均负荷 主热源的规模应能基本满足供暖平均负荷的需要 超出这一负荷的热负荷 为高峰负荷 则需要以辅助热源来满足 我国黄河以北地区供暖平均负荷可按供暖设计计算负荷的60 70 计 2 热化系数热化系数是指热电联产的最大供热能力占供热区域最大热负荷的比例 在选择热电厂供热能力时 应根据热化系数来确定 针对不同供热的主要对象 热电厂应选定不同的热化系数 一般来说 以工业热负荷为主的系统 热化系数宜取0 8 0 85 以采暖热负荷为主的系统 热化系数宜取0 52 0 6 工业和采暖负荷大致相当的系统 热化系数宜取0 65 0 75 稳定的常年负荷值越大 热化系数越高 反之 则热化系数越低 三 热电厂 锅炉房的选址 1 热电厂的选址条件1 厂址应符合城市规划的要求 并征得规划部门和电力 水利 环保 消防等主管部门的同意 2 热电厂应尽量靠近热负荷中心 热电厂蒸汽的输送距离一般为3 4km比较经济 如果热电厂远离热用户 压降和温降过大 则会降低供热质量 与此同时 由于供热管网造价较高 如输热管道较长 将使热网投资增大 显著降低集中供热的经济性 3 水路交通方便4 供水条件好5 要有妥善解决排灰的条件 6 有方便的出线条件 7 有一定的防护距离 8 尽量占用荒地 次地和低产田 不占或少占良田 9 厂址应避开滑坡 溶洞 塌方 断裂带 淤泥等不良地质的地段 10 选址时也应考虑方便职工居住和上下班等因素 2 锅炉房的选址条件1 靠近热负荷比较集中的地区 2 便于引出管道 并使室外管道的布置在技术 经济上合理 3 便于燃料贮运和灰渣排除 并使人流和煤 灰车流分开 4 有利于自然通风与采光 5 位于地质条件较好的地区 6 有利于减少烟尘及有害气体对居民区和主要环境保护区的影响 全年运行的锅炉房宜位于居住区和主要环境保护区的全年最小频率风的上风侧 季节性运行的锅炉房宜位于该季节盛行风的下风侧 7 有利于凝结水的回收 第四节城市供热管网规划 城市供热管网又称热力网 系指由热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统 又称为热力网 供热管网主要由热源至压力站及热力站至用户之间的管道 管道附件和管道支座组成 一 城市供热管网的分类根据热媒介质的不同 热力网可分为蒸汽管网 热水管网和热风三种 一般情况下 从热源到热力站的管网多采取蒸汽管网 而在热力站向民用建筑供暖的管网中 更多采用的是热水管网 主要原因是卫生条件较好 而且安全 根据用户对介质的使用情况 供热管网可分为开式和闭式 在开式管网中 热用户可以使用供热介质 如蒸汽和热水 系统须不断补充新的热介质 在闭式管网中 热介质只许在系统内部循环 不供给用户 系统只需补充运行过程中泄漏损失的少量介质 供热管网还可根据一条管路上敷设的管道数目 分为单管制 双管制和多管制 单管制的热力网在一条管路上只有一根输送热介质的管道 没有供介质回流的管道 此类型主要用于用户对介质用量稳定的开式热力网中 双管制的热力网在一条管路上有一根输送热介质管道的同时 还有一根介质回流管 此类型较多用于闭式热力网中 对于用户种类多 对介质需用工况要求复杂的热力网 一般采用多管制 多管制管网网路复杂 投资较大 管理亦较困难 二 城市供热管网的布置形式供热管网的布置方式按平面布置类型 可分为枝状管网和环状管网两种 枝状管网又有单级枝状管网和两级枝状管网两种形式 1 枝状管网1 单级枝状管网从热源出发经供热管网直接接到各热用户的布置形式称为单级枝状管网 枝状管网是呈树枝状布置的形式 2 两级枝状管网由热源至热力站的供热管道系统称为一级管网 由热力站至热用户的供热管道系统称为二级管网 两级枝状管网的规模较大 2 环状管网环状管网是一具有2个以上的热源所组成的大型集中供热系统 三 城市供热管网选择要点1 热水供热系统1 以采暖和热水供应热负荷为主的供热系统 一般均采用热水管网 2 热水热力网宜采用闭式双管制 3 以热电厂为热源的热水热力网 同时有生产工艺 采暖 通风 空调 生活热水等多种热负荷 或季节性热负荷占总负荷比例较大 经技术经济合理时 可采用闭式多管制 4 当热水热力网满足下列条件 可采用开式热力网 具有水处理费用低的补给水源和具有与生活热水热负荷相适应的廉价低位热能 5 开式热水热力网在热水热负荷足够大时可不设回水管 2 蒸汽供热系统1 蒸汽供热系统一般适用于以生产工艺热负荷为主的供热系统 2 蒸汽热力网的蒸汽管道 宜采用单管制 当符合下列情况时 可采用双管或多管制 A 各热用户用蒸汽的参数相差较大 或季节性热负荷占总热负荷的比例较大且技术经济合理时 可采用双管或多管制 B 当热用户按规划分期建设时 可采用双管或多管制 C 蒸汽供热系统中 如用户凝结水质量差 凝结水回水率低 或凝结水能够回收 但凝结水管经技术经济比较不合算时 可不设凝结水管网 第五节城市供热管网的布置 一 供热管网的平面布置应根据热源布局 热负荷分布和管线敷设条件等情况 按照全面规划 远近结合的原则 做出分期建设安排 并遵循以下原则 1 主干管应该靠近大型用户和热负荷集中的地区 2 供热管道要尽量避开主要交通干道和繁华的街道 3 供热管道通常敷设在道路的一边 或者是敷设在人行道下面 要尽量少敷设横穿街道的引入管 应尽可能使相邻建筑物的供热管道相互连接 对于有很厚的混凝土层的现代新式路面 应采用在街坊内敷设管线的方法 4 供热管道穿越河流或大型渠道时 可随桥架设或单独设置管桥 也可采用虹吸管由河底通过 5 和其他管线保持一定的间距 二 供热管网的竖向布置 1 地沟管线敷设深度应尽量浅一些 以减少土方工