国阳新能三电厂供热机组冷凝热回收节能技术改造工程 可行性研究报告

.国阳新能三电厂供热机组冷凝热回收节能技术改造工程可行性研究报告太原理工大学建筑设计研究院2007年1月文 件 签 署院 长 陈新华院 总 工 冯文化所 长 苏保青所 总 工 梁则智项目负责人 苏保青主要参编人员苏保青 梁则智 郝存中 王美萍 刘霞 孙春艳目 录1概述1.1阳泉市地貌与气候特征1.2国阳新能的基本情况1.3城市供热规划情况1.4可行性研究的编制依据1.5可行性研究的范围1.6可行性研究的技术原则1.7利用热电厂冷凝热集中供热的意义1.8利用热电厂冷凝热集中供热的方法2热负荷2.1自然气象条件2.2供热范围及热负荷2.3供热系统划分2.4耗热量指标与供热参数确定2.5热负荷确定2.6年供热量3热源3.1冷凝热回收与节水估算3.2冷凝热利用方法3.3热泵机组选择3.4热泵系统与原供热系统联合运行方式3.5热源系统运行调节4一次供热管网4.1 管网布置设计4.1.1 管网布置原则与思路4.1.2 主干线走向及定位4.1.3 敷设方式及热补偿方式4.1.4 阀门与补偿器设置4.1.5 管道防腐保温4.2一次管网水力计算与工作压力确定4.2.1水力计算依据4.2.2水力计算成果4.3运行调节4.3.1运行调节依据4.3.2运行调节方式 4.4 水锤防范5热力站5.1热力站选址5.2热力站规模的确定5.3热力站工艺方案5.4 热力站运行调节5.5 热力站设备选择6热工测量与自动控制6.1热工测量与自动控制设计的指导思想6.2热泵站热工测量与自动控制6.3 热力站热工测量与自动控制6.4集中供热系统监控7 节能分析7.1节能设计依据与原则7.2节能效益分析8 环境保护8.1噪声控制8.1.1概述8.1.2主要噪声源8.1.3降噪声措施8.2社会效益与环境效益分析9劳动安全和职业卫生9.1编制依据9.2生产过程中职业危险、危害因素的分析9.3防范措施9.4劳动安全卫生机构9.5本工程劳动安全卫生预评价10管理机构及人员编制10.1管理机构10.2人员编制11项目实施计划12投资估算及经济评价12.1投资估算12.2 资金筹措12.3经济评价13结论与建议13.1结论13.1建议与问题附件：1 国阳新能股份有限责任公司可行性研究委托书2阳泉市规划局关于国阳新能桃南集中供热工程规划意见3阳泉市环保局关于国阳新能桃南集中供热工程的环保意见附表：附表1 冷凝热集中供热工程主要材料设备表附表2 新桃北供热系统水力计算成果表附表3 新桃北供热工程总成本估算表附表4 新桃北供热工程损益表附表5 新桃北供热工程现金流量表附表6 冷凝热集中供热工程估算表附图：附图1 热泵站工艺流程图附图2 热泵站工艺平面图附图3 热泵站热工测量与自动控制原理图附图4 新桃北供热系统热区划分图附图5 新桃北供热系统一次管网平面图附图6 新桃北供热系统管网水压图附图7 新桃北供热系统水力计算简图附图8 热力站工艺系统图1概述1.1阳泉市地貌与气候特征阳泉市位于山西省东部中侧，山西黄土高原东北部，地处太行山脉北段，地理位置：北纬37度51分；东经113度33分。地势：西北高，东南低。阳泉地区属温带较寒冷的大陆性气候，空气干燥，蒸发量大于降雨量34倍，冬季少雪，春季多风，秋季较短，夏季雨量集中。冬季长约5个多月，月份最冷，月平均温度-3.9；6月中旬至8月中旬为夏季，7月最热，月平均温度23.9，年极端最高温度39.4，每年最高温度天数平均为4天。年平均降水量565.8毫米，降水量年际变化差距很大，多雨年（1963）达995.7毫米，少雨年仅为302.6毫米（1972年）。年内分配差距也较大，其中50%以上降水量集中在7、8月。1966年8月23日阳泉市一天降雨量达271.4毫米，造成历史上最大的桃河洪水灾害。年平均相对湿度54%，夏季偏高，冬季偏低。桃河自西向东穿越阳泉市区，四季干枯无水，夏季行洪，夏季流量一般为2-4m3/s，最大流量为2200m3/s。本区风向多变，全年以西北偏西风为主，年平均风速2.0m/s。春冬季风大，冬季平均风速2.5m/s。夏秋季风小，8月份平均风速1.1m/s。区内冰冻期为11月至次年3月,土壤冻结深度：向阳面0.50.7米；背阳面0.71.2米，最大积雪厚度23厘米.根据地震局资料,阳泉矿区地震基本烈度为7度。1.2国阳新能的基本情况国阳新能股份有限公司系我省大型煤矿企业之一。国阳新能以煤为主，同时非煤产业也在不断的发展与壮大。所属企业地处市区中西部，生活区沿桃河两岸分布，矿区总面积为45平方公里，人口27.5万。矿区地势西高东低，桃河南北两岸山脉叠起，国阳新能公司矿区座落于河两岸山脚下及山腰间。矿区地势复杂，地形高差之大，最高点标高超过860米，最低处标高不到680米。东西距离约12公里，南北平均距离不足4公里。矿区地处山西黄土高原,山高坡陡,沟豁连绵,基岩上覆第四系黄土,厚度不均,为非自重湿陷性黄土。在低洼处存在新近堆积黄土层,压缩性高,承载力低,局部也存在一般粘性土及砂层.进行地面建设时,需分地段做工程地质勘查工作,相应作场地稳定性评价和各类土壤物理力学指标。矿区自50年代以来不断发展壮大，工业建筑、公用建筑及住宅建筑面积相应增加。特别是近年来，公司发展迅猛，同时以人为本，十分重视职工的工作、生活和居住条件的改善，职工住宅改造每年以810万平方米的速度增加，为全体职工全面实现小康生活不懈努力。国阳新能股份有限公司注重环保，关心职工冷暖，大力发展集中供热，但由于历史欠账和全面实现小康生活的需求，集中供热仍有较大缺口。1.3城市供热规划情况根据阳泉市规划设计院编制的“2006年阳泉市集中供热规划调整说明”，阳泉市集中供热是以热电厂为主要热源，区域锅炉房为调峰热源和补充热源的供热方式。为充分利用当地电厂资源优势，减少城市污染源，先后启动了河坡电厂、阳煤集团第二、第三电厂作为城市供热的热源，保留部分区域供热锅炉房作为作为调峰使用。在地形相对复杂、布局分散、热电厂管网能力达不到的局部区预先间或保留区域锅炉房供热。1.4可行性研究的编制依据1) 关于三电厂冷凝热集中供热工程设计委托2) 国阳新能第三热电厂提供的有关冷凝热利用资料3) 国阳新能公司房地产总公司提供的建筑物明细4) 升华公司热力中心提供的升华热力中心热力消耗分布流向图5) 国家四部委关于发展热电联产的若干规定计交能（1998）2206) 中华人民共和国大气污染防治法(1995.8.29)。7) 中华人民共和国大气污染防治法实施细则(1995.8.29)。8) 中华人民共和国节约能源法9) 中华人民共和国节约能源法10) 中华人民共和国电力法11) 中华人民共和国建筑法12) 中华人民共和国清洁能原促进法13) 民用建筑节能管理规定（建设部部帐令第76号）14) 中华人民共和国清洁能原促进法15) 山西省人民政府关于印发山西省节能减排综合性工作方案的通知晋政发200732号16) 节能中长期专项规划(发改环资【2004】2505号)17) 山西省节约能源条例（2000年5月28日山西省第九届人民代表大会常务委员会第十六次会议通过）18) 采暖通风与空气调节设计规范（2003年版）（GB 50019-2003）。19) 民用建筑与节能设计标准（JGJ 26-95）。20) 城市热力管网设计规范（CJJ34 2002）。21) 城镇直埋管道工程技术规程（CJJ与T 81-98）。22) 城市热力管网工程施工及验收规范（CJJ28-89）。23) 直埋式预制保温管道工程设计技术规程（TB19-94）。24) 低压锅炉水质标准（GB51576-1962）。25) 建筑给水排水设计规范（GBJ 15-88）。26) 民用建筑电气设计规范（JGJ与T 16-92）。27) 建筑设计防火规范（2001年版）（GBJ16-87）。28) 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）。29) 工业企业噪声控制设计规范（GBJ87-85）。30) 建设项目（工程）劳动安全卫生检察规定（劳动部1997）31) 工业企业设计卫生标准（GBZ1-2002）32) 城市管线工程综合规划规范（GB50289-98）33) 国阳新能股份有限责任公司发供电分公司第三热电厂技改工程可行心研究报告（山西意迪光华电力勘测设计院）34) 三矿热电车间热网站施工图1.5可行性研究的范围热泵站：在第三热电厂新建热泵站，研究的范围包括热泵站的工艺、电气、控制及土建部分，管线至站外米。 一次网：自国阳新能公司第三热电厂热泵站外一米至供热区域内的各热力站外米。 热力站：各热力站工艺、电气、控制及土建部分1.6可行性研究的技术原则本工程利用三电厂235+160MW热电机组冷凝热，提供302万平方米供热面积，可基本缓解矿区集中供热问题。本工程应体现以下几个技术原则。1技术先进2经济合理3节约能量4节约水量5节约资金6余热利用7环境保护8运行稳定9安全可靠1.7利用热电厂冷凝热集中供热的意义火力发电厂冷凝热排空是我国发电厂普遍存在的问题。严重影响能源使用效率，是浪费，也是无奈。国阳新能公司第三热电厂利用抽汽已经实现热电联产，供热能力468万平方米，但其冷凝热也是按照目前常规的方法排入大气。235MW热电机组排入大气的冷凝热最大为124MW。160MW热电机组排入排入大气的冷凝热最大为113MW。在供热工况下，可回收的冷凝热为140-163MW。235MW热电机组排入大气的冷凝热可供热202万平方米，160MW热电机组排入大气的冷凝热可供热100万平方米。国阳新能公司集中供热热源缺口较大。四矿区域内集中供热尚未涉入，现有段家背、刘家垴和沸腾炉三座锅炉房供热，锅炉房容量分别为35MW、14MW 和15.4MW，共计64.4MW。西山锅炉房容量为8.4MW。这些锅炉房不符合环保要求，需要改造或集中供热。另外，每年新增的住宅和公建也需要集中供热。根据矿务局规划，矿区供热规划总面积为789万平方米，除桃南、桃北和一矿供热系统已供热面积分别为260、208、80万平方米外，还有241万平方米供热面积（不含矿区内非矿区热用户）的缺口。随着我国热泵技术的发展，特别是高温水源热泵的问世，使得发电机组冷凝热回收成为可能。利用热泵技术可以将电厂冷却水中的低品位热能转换为可以用来供热的能量，现在的高温热泵的能效比COP可以达到4以上，即用1kW的电提供4kW以上的热。大大提高电厂的热能利用率。利用热泵技术235+160MW热电机组排入大气的冷凝热可供热302万平方米。近期内可基本解决矿区内集中供热问题。利用热泵技术还可以将冷却水的飘散减少到零，235MW热电机组每日补水可节省3000-4000吨，同时提高了电厂运行的经济性。1.8利用热电厂冷凝热集中供热的方法利用热泵技术将60左右的回水加热到75-80，再用抽汽加热至120-130，作为供水送到各热力站。2热负荷2.1自然气象条件地理位置：（1） 北纬37度51分（2） 东经113度33分（3） 海拔高度769-787M大气压力：（1） 冬季室外大气压936.8hpa（2） 夏季室外大气压923.4hpa室外风速:(1) 冬季室外风速2.4m/s(2) 夏季室外风速1.5m/s室外计算温度:(1) 采暖室外计算温度-8(2) 冬季空调室外计算温度计-11(3) 冬季通风室外计算温度计-4(4) 冬季室外平均计算温度计-1.1(5) 极端最低温度计-17.4(6) 极端最高温度计39.4(7) 最低日平均温度-13.4其它：（1） 采暖天数135天（11月1日3月15日）（2） 采暖度日数2443（3） 最大冻土深度0.68m2.2供热范围及热负荷新桃北供热系统供热范围: 桃河北路以北，三电厂以东，局机关以西范围内（不含一矿）未集中供热矿区。现状热负荷：三矿竖井、七尺煤和麻地巷锅炉房装机容量49MW，工业区热负荷5.43MW，工业建筑供热面积5万平方米，洗澡热负荷7.5MW。四矿三座锅炉房装机容量64.4MW，总供热面积53.2万平方米，其中段家背锅炉房供热面积33.2万平方米，刘家垴锅炉房供热面积12.8万平方米，沸腾锅炉房供热面积7.2万平方米，洗澡热负荷5MW。机关西山锅炉房，供热能力为24.2MW，供热面积8万平方米。三矿竖井、七尺煤和麻地巷锅炉房工业区热负荷及洗澡热负荷由集中供热承担，非采暖季新建一所7.5MW的燃气锅炉房；四矿段家背锅炉房、刘家垴锅炉房的采暖热负荷由集中供热承担，沸腾锅炉房的工业区热负荷及洗澡热负荷由集中供热承担，非采暖季新建一所5MW的燃气锅炉房。机关西山锅炉房的采暖热负荷由集中供热承担。本项目实施后，可拆除的锅炉房有段家背锅炉房（225t/h），刘家垴锅炉房（210t/h），西山锅炉房（26t/h）。共计82t/h。沸腾锅炉房的工业区热负荷及洗澡热负荷由集中供热承担，非采暖季新建一所5MW的燃气锅炉房，沸腾锅炉房（10+12t/h）拆除。竖井、七尺煤和麻地巷锅炉房工业区热负荷及洗澡热负荷由集中供热承担，非采暖季新建一所7.5MW的燃气锅炉房，竖井、七尺煤和麻地巷锅炉房（710t/h）拆除。拆除锅炉总装机容量121.8MW(174t/h) 。另外，考虑到桃北集中供热系统压力较大，现在实际供热面积接近230万平方米，除西川（供热面积23万平方米）站按原计划切给桃南集中供热系统外，再将麻地巷热交换站（供热面积33万平方米，其中现有面积23.4万平方米）切出桃北系统，使桃北集中供热系统供热面积控制在设计能力（208万平方米）以内，并留有一定的发展余地。新桃北供热系统现状供热面积共计108.5万平方米，热负荷75.47MW，其中，采暖热负荷67.27MW，洗澡热负荷8.2MW。规划热负荷：三矿供热面积31万平方米，其中三矿医院北东西沙台棚户区改造供热面积15万平方米，中沙坪供热面积7万平方米，麻地巷供热面积9万平方米。考虑到工业区、煤台等三矿规划供热面积为44.6万平方米。四矿供热面积共计25.8万平方米（估）。三处卫生队供热面积1.5万平方米，俱乐部供热面积4万平方米，工程处木厂供热面积4万平方米，水泥厂供热面积8万平方米，宏泉三期四期供热面积7万平方米。马家坪西区供热面积20万平方米，西河路馨安家园供热面积7万平方米，东山西区供热面积5万平方米，东山棚户区改造供热面积70万平方米。新桃北供热系统规划供热面积共计193.5万平方米，热负荷104.49MW。新桃北供热系统供热面积共计302万平方米，热负荷179.96MW，其中，洗澡热负荷8.2MW。新增热源供热能力：235MW热电机组120MW，供热面积202万平方米。160MW热电机组60MW，供热面积100万平方米。供热能力共计180MW，供热面积共计302万平方米。新桃北供热系统分15个热力站，新桃北供热系统热区划分和热力站分布见附图4。各热力站供热范围、供热面积、供热负荷见表2-1。2.3供热系统划分供热系统划分力求经济合理，符合实际。方案1：桃南和桃北集中供热系统供热范围不变。新增的新桃北供热系统供热范围为：桃河北路（赛鱼路）以北，三电厂以东，局机关以西范围内（不含一矿）未集中供热矿区，含西山锅炉房、段家背锅炉房、刘家垴锅炉房、沸腾炉锅炉房、竖井、七尺煤和麻地巷锅炉房等所带的热用户。新桃北供热系统负荷表 表2-1序号站号站名供热范围供热面积(万平米)热负荷(MW)现状规划总计1N101马西站马家坪西区7202715.142N102西山站西山锅炉房东山西区7.97.1158.733N103东山西站东山一期353518.94N104东山东站东山二期353518.95N201宏泉站宏泉三四期萝卜台12126.486N202刘家垴西站刘家垴锅炉房俱乐部12.87.22011.827N203四矿工业站沸腾炉水泵房洗澡(3.5MW)7.26.81411.648N204段家背东站段家背东区105158.99N205段家背西站段家背西区23.26.83018.0610N301煤台站三矿住宅、国际城、煤台等123159.0611N302亚美站水泥厂工程处木厂14147.5612N303麻地巷站麻地巷1-10楼蒙河1-27,58-6218.411.63017.713N304三矿工业站工业区洗澡(4.7MW)551010.514N305沙台站东西沙台3172011.0415N306沙坪站沙坪28105.56供热面积合计(万平方米)108.5193.5302供热负荷合计(MW)洗澡(8.2MW)67.27104.49198179.96方案2：桃南集中供热系统供热范围基本不变。考虑到桃北集中供热系统在超载运行,桃北集中供热系统中西川站按原设计由桃南集中供热系统供热，再从桃北集中供热系统摘除麻地巷热交换站，麻地巷热交换站由新桃北集中供热系统供热。通过方案1和方案2比较。方案2更为合理，推荐方案2。 2.4耗热量指标与供热参数确定2.4.1耗热量指标根据阳泉的实际情况和桃南桃北供热系统的运行经验,现状面积热负荷指标取62w/m2。规划面积热负荷指标取54w/m2。2.4.2供热参数确定方案1：一次供水温度130，回水温度70；二次供水温度85，回水温度60。方案2：一次供水温度120，回水温度60；二次供水温度80，回水温度55。考虑到热泵机组的经济运行和供热机组的抽汽供热能力,以及桃南桃北供热系统的实际运行参数，供热参数确定推荐采用方案2。2.5热负荷确定桃南供热系统供热能力152MW，供热面积约260万平方米。桃北供热系统供热能力122MW，供热面积约208万平方米。新景矿供热能力44MW。新增新桃北供热系统分两期完成，一期供热能力120MW，供热面积约202万平方米；二期供热能力60MW，供热面积约100万平方米。现状供热能力318MW，二期完成后，供热能力498MW，供热能力提高56.6%。2.6年供热量年供热量计算条件: 采暖室外计算温度-8，采暖天数135天（11月1日3月15日），采暖季室外平均计算温度-1.1，采暖季室内平均计算温度18。桃南供热系统年供热量130.242104GJ。桃北供热系统年供热量104.536104GJ。新增的新桃北供热系统年供热量154.234104GJ，一期年供热量139.968104GJ；二期年供热量69.984104GJ。三电厂年供热量共计：426.714104GJ(含新景矿年供热量37.702104GJ)。其中，回收冷凝热的热泵机组年供热量209.952104GJ，供热发电机组抽汽年供热量216.762104GJ。利用热泵技术回收冷凝热改造后年供热量可以提高96.9%。与改造前相比，桃南供热系统和桃北供热系统年供热量共计234.788104GJ，改造后，供热发电机组抽汽年供热量减少18.016104GJ，占7.67%。阳泉市实际采暖期为当年11月1日至第二年3月31日，共计151天，年累计采暖小时为3624小时。年供热量(不含新景矿): 408.7104GJ。其中，回收冷凝热的热泵机组年供热量234.8104GJ，供热发电机组抽汽年供热量173.9104GJ。改造前，桃南供热系统和桃北供热系统年供热量共计246.6104GJ，改造后，供热发电机组抽汽年供热量减少72.7104GJ。根据阳泉市气象资料，采暖期室外计算温度为-8，采暖季室外平均计算温度0.06，采暖季室内平均计算温度18。绘制年负荷曲线见图2-1，不同室外温度的热负荷、延续时间及供热量见表2-2。不同室外温度的热负荷、延续时间及供热量表 表2-2室外温度TW（）低于TW（天）低于TW的的小时数（h）热负荷（GJ/h）供热量（GJ）延续天数天数累计延续时数时数累计热量热量累计-855120001200016344196128196128-8561710617134812548116344220333416461-737261434389423442315715140523556984-6652120864156505007315087236112793096-5927630142226272335144583218641114960-410998411382639598731138303650431480003-3126975383530473129204132014022741882277-2103736420824895154099125723129802195257-111031752392647518057411944316217251147401067485913256172061911131528985628013301630292215151252213161068616162629629562691899133166032379191005816699331299493852210765520453258372942919285133228004711611477117078275450880115030334731035670112147216083291533817213143036045336827712974919865311398754314984237543757884513759418828330226691513019638845718134061510003217436240062862022464086817合计151362440868173热源3.1冷凝热回收与节水估算国阳新能公司第三热电厂现有三台供热发电机组，35MW水冷热电机组两台，60MW空冷热电机组一台。三台供热发电机组所用的蒸汽为母管制。供热工况：235MW热电机组，抽汽2120t/h，抽汽焓2800kj/kg，排汽20t/h，排汽焓2357kj/kg，凝水焓251kj/kg，冷却水循环流量为13000t/h，冷却水耗量为3000-4000t/d；160MW热电机组，抽汽160t/h，抽汽焓2800kj/kg，排汽110t/h，排汽焓2357kj/kg，凝水焓251kj/kg。235MW热电机组供热工况排入大气的冷凝热为105MW，冷凝工况排入大气的冷凝热为124MW。160MW热电机组供热工况排入大气的冷凝热为58MW，冷凝工况排入大气的冷凝热为113MW。利用热泵技术还可以回收235MW热电机组冷凝热为105MW，热泵供热能力为120MW，可供热202万平方米。235MW热电机组每日节省冷却水耗量3000-4000吨，取平均数每日节水3500吨，年节水量47.25万吨。利用热泵技术还可以回收160MW热电机组冷凝热为58MW，热泵供热能力为60MW，可供热100万平方米。3.2冷凝热利用方法）冷凝热排空(丢弃)热电厂做功后的蒸汽需要冷凝成水回到锅炉。目前普遍采用的方法是通过水冷或空冷冷凝蒸汽，冷凝热排入大气。）冷凝热回收 由于冷凝热属于低品位热源，难以利用,极少回收。随着我国热泵技术的发展，特别是高温水源热泵的问世，使得发电机组冷凝热回收成为可能。利用热泵技术可以从低品位热源获取热能。电厂冷却水中的热能属低品位热能，利用热泵技术可以从电厂冷却水中获取热能。一般热泵机组制出的热水为40-50，这个温度对于集中供热显然太低，集中供热要求的水温度最低为70-80，即这样的水源热泵为高温水源热泵，而且要求平均制热能效比COP不低于4。这种热泵机组产家尽管很少，但在市场上是可以找到的。利用高温水源热泵的蒸发器吸收在汽轮机中做功后的蒸汽的冷凝热，冷凝器放出热量，将集中供热50-60的回水加热到70-80，再经过加热器使水温提高到120-130。高温水源热泵对电厂冷却水制冷，吸收蒸汽的冷凝热，冷却水无需在冷却塔冷却，可减少水耗、功耗及其它运行费用。高温水源热泵对热用户制热，冬季采暖，夏季空调，四季提供卫生热水。利用热泵技术回收235+160MW供热发电机组冷凝热，并利用抽汽将供水加热到110，在夏季可新增空调面积300万平方米，可以为25万人提供卫生热水。鉴于目前供热系统中空调和卫生热水热负荷较小，经济性差，因此暂时不考虑卫生热水和夏季空调。3.3高温水源热泵简介水源热泵由四个部分组成：压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀。经过压缩的高温高压气体在冷凝器放热变为液体，经膨胀阀节流膨胀，在蒸发器吸热变为低温低压气体，进入压缩机压缩，依次循环。在冷凝器放出的热供给热用户，蒸发器吸收电厂冷却水中的热。空调中热泵机组制出的冷水温度为7，制出的热水温度为4050。而所谓高温水源热泵制出的冷热水温度均高。制出的冷水温度为25-45，制出的热水温度为7080。高温水源热泵工作原理图如图1所示。 图1 水源热泵工作原理图3.4热泵系统与原供热系统联合运行方式利用235+160MW供热发电机组冷却水采暖季供暖，新增供热量180MW，新增供热面积302万平方米。包括原桃南、桃北供热系统首站，总供热能力454MW，总供热面积770万平方米。热泵站工艺流程图和热泵站工艺平面图分别见附图1和附图2。热泵站热工测量与自动控制图见附图3。热泵系统由6台30 MW热泵机组并联运行，冷却水进出水管和热水进出水管均为母管制。冷却水进口温度40，出口温度35；热水进口温度60，出口温度80。桃南供热系统循环水设计流量2600m3/h；桃北供热系统循环水设计流量2080m3/h；新桃北供热系统循环水设计流量3180m3/h。循环水设计总流量7860m3/h。三个集中供热系统的回水进热泵站，温度为60，进热泵机组后升温至80。桃南和桃北集中供热系统在原首站将供水加热到120。新桃北供热系统在热泵站内设加热器，把供水温度提高到120。由于三电厂标高是三个供热系统的最高点，故三个集中供热系统的定压相同, 定压值0.28MPa。补水点设置于各循环水泵入口处，压力传感器设置于热泵机组热水进水母管上。3.5设备选择桃南和桃北集中供热系统原首站设备不变。新桃北供热系统：软化和除氧设备1套，处理能力80m3/h；补水泵2台（一用一备），流量87m3/h，扬程38m，转速1480r/min，功率18.5kW），除氧水泵2台（一用一备），流量87m3/h，扬程38m，转速1480r/min，功率18.5kW）。汽水换热器4台，单台换热面积1000m。总换热量120MW，进汽170t/h。水水换热器2台，单台换热面积60m。总换热量5.9MW。凝结水泵台（一用一备），流量190m3/h，扬程40m，转速1480r/min，功率37kW。循环水泵两台（一用一备），流量3435m3/h，扬程83m，转速1480r/min，功率1000kW，电压10kV。热泵机组6台。单台参数：制冷量25000kW，制热量30000kW，电功率7000kW，电压10kV。高压变频柜1台，功率1000kW，电压10kV，可定时自动倒机。低压变频柜1台，功率18.5kW，电压380V，可定时自动倒机。开关柜2台，配电柜7台，控制台1台。3.6热源系统运行调节采暖季热泵机组承担稳定不变的基本热负荷（180MW），约占235+160MW热电机组总共热负荷（454MW）的40%以上。热泵机组承担的年供热量为209.952104GJ，占235+160MW热电机组年总供热量（389.012104GJ）的54.0%。负荷变化时，通过调整抽汽量改变热源出力。负荷小时，调小抽汽量，排汽量略微增大；负荷大时，调大抽汽量，排汽量略微减小。或者说，负荷变化时，通过改变汽水换热器的换热量改变热源的供热能力。桃南、桃北及新桃北集中供热系统运行调节方式均为质调节。一期工程完成后，桃南、桃北及新桃北三个供热系统总流量为6000m3/h，其中, 桃北供热系统流量为2080m3/h，桃南供热系统流量为2000m3/h，新桃北三个供热系统总流量为1920m3/h。二期工程完成后，桃南、桃北及新桃北三个供热系统总流量为7860m3/h，其中, 桃北供热系统流量为2080m3/h，桃南供热系统流量为2600m3/h，新桃北三个供热系统总流量为3180m3/h。一期工程完成后，热负荷在30%以下，供热机组不抽汽，热泵机组供热；热负荷在30%以上，除热泵机组供热外，还要使用供热发电机组抽汽，通过增加抽汽量提高系统供热能力。二期工程完成后，热负荷在40%以下，供热机组不抽汽，热泵机组供热；热负荷在40%以上，除热泵机组供热外，还要使用供热发电机组抽汽，通过增加抽汽量提高系统供热能力。新桃北集中供热系统运行方式：一期工程：循环水泵流量1920m3/h；供水管网出口压力0.6MPa；回水管网入口压力0.28MPa。供热系统末端热力站回水加压泵运行。供水压力超压保护上限值0.62MPa。回水压力超压保护上限值为0.3MPa。二期工程：新桃北集中供热系统循环水泵流量3180m3/h；供水管网出口压力0.7MPa；回水管网入口压力0.28MPa。供热系统末端热力站回水加压泵运行。供水压力超压保护上限值0.72MPa。回水压力超压保护上限值为0.3MPa。新桃北集中供热系统一次循环水泵仍采用变频泵，以减小启动电流，调节合适的一期流量和二期流量。一次供回水平均温度随室外温度自动按照调节曲线变化。能量控制系统被控参数选一次供回水平均温度，给定值随室外温度变化，操作量选换热器一次侧蒸汽流量或凝结水水位。一次供回水平均温度随室外温度调节曲线见图2。4一次供热管网4.1 管网布置设计4.1.1 管网布置原则与思路1 符合国家有关法规、标准及城市建设总体规划2 主干线和支干线尽可能靠近负荷中心3 考虑到管网的可扩展性、水力稳定性及运行的安全可靠性，适当增加主干线和支干线管径。4 节省投资、施工方便、运行可靠5 桃南和桃北供热系统已运行，管网布置尽可能不变，必要时进行适当改造。6 新桃北供热系统主要解决桃北集中供热缺口问题，同时要考虑到与桃南和桃北供热系统的关系。7 新桃北供热系统可以承担桃北供热系统一部分位于西部的负荷，以扩大桃北供热系统东部的供热能力。4.1.2 主干线走向及定位新桃北供热系统主干线自热源向东沿皮带廊北侧敷设，于新景矿办公楼前涵洞向南入桃河并沿河北岸向东敷设，主干线距赛鱼路中心线大约30-50m。自热源的主干线管径DN900，在距赛鱼桥中心线西侧200m处向北分支对三矿供热，主干线管径变为DN700，向南至桃南路并沿路向东敷设。分支管径DN500，承担N301（煤台站）、N302（亚美站）、N303（麻地巷站）、N304（三矿工业站）、N305（沙台站）、N306（沙坪站）供热，DN700主干线管至四矿口东侧100m处向北拐直埋过桃河及桃北路，至小东街主干线向东拐，且向北分支（管径DN450）为四矿的N201（宏泉站）、N203（四矿工业站）、N204（段家背东站）、N205（段家背西站）供热，主干线管径变为DN600，沿小东街主干线继续向东，约80米处向北分支（DN250）对N202（刘家垴西站）供热，再向东向北沿西河对N101（马西站）、N102（西山站）、N103（东山西站）和N104（东山东站）供热。分支主干线和支干线在矿区沿道路直埋敷设。新桃北供热系统一次管网平面图如附图5所示。4.1.3 敷设方式及热补偿方式一次管网主干线及支干线以无补偿直埋为主，架空等其它敷设方式为辅。4.1.4 阀门与补偿器设置一次管网主干线设分段阀，以便施工和检修。分段阀选焊接蝶阀，设置间隔2-3km。分支处设关断阀和调节阀，关断阀DN350及以下选焊接球阀，DN350以上选焊接蝶阀，调节阀选手动调节阀。阀门设在阀门井内。分支处支管Z形连接，三通披肩加固，条件不满足时设置补偿器，以减小三通受力。补偿器采用波纹管伸缩器。 一次性补偿器采用直埋式波纹管伸缩器。4.1.5 管道防腐保温直埋管道采用工厂预制的聚氨脂保温管，保护壳为高密度聚乙稀。阀门采用工厂预制保温焊接阀门，弯头、三通、变径等管件工厂预制保温，直管、阀门及管件连接处用工厂预制高密度聚乙稀套袖熔焊连接并打压(试压压力0.2MPa)合格后充入聚氨酯发泡封口。管道接口连接由专业厂家实施。质量必须符合国家有关标准。4.2一次管网水力计算与工作压力确定4.2.1水力计算依据1.一次管网供回水设计温度120/60。2.热负荷：一期总负荷120MW，二期总负荷180MW。3.一次管网供回水设计流量按下式计算：Gj=3.6Qj/c(tg-th)103 t/h式中：Gj 一次管网供回水设计流量c水的比热4.186KJ/kg.tgth 一次供回水设计温度 Qj 供热设计热负荷 MW4.管网阻力损失计算管网阻力损失为扬程阻力损失与局部阻力损失之和。P=（1+）RL103 kPa式中：R 管道单位压降 Pa/mL 管道展开长度 m 局部阻力与扬程阻力之比4.2.2水力计算成果（1） 水力计算简图水力计算简图见附图7。（2） 水力计算表水力计算分两种工况（一期、二期），水力计算结果见附表2。（3） 绘制水压图120汽化压力是100kPa，热源处于系统最高点,首站高度为6 m，考虑留有40 kPa富裕压力，系统静压线为200kPa。根据静压线和水力计算绘制水压图。详见附图6。4.2.3一次管网工作压力确定热源和热力站阻力分别按250kPa和150kPa考虑。一期负荷：热源出口处供水压力0.6MPa，回水压力0.28MPa。循环水泵出口压力0.77MPa。二期负荷：热源出口处供水压力0.7MPa，回水压力0.28MPa。循环水泵出口压力0.87MPa。系统最终规模（100%负荷）供回水管网阻力为805.0kPa，系统总阻力为1205.0kPa，首站循环水泵克服阻力670.0kPa，占系统总阻力的55.6%。系统静压线按为200kPa，系统供水主管出口压力为700kPa，系统最低点与热源地形高差为109m，由两种工况（一期、二期负荷）水力计算和水压图可以看出，系统中压力最高点位于N102分支处，此处压力为1596kPa，管网工作压力确定为1600kPa。 4.3 水锤防范循环水泵突然停运，极易造成管路汽化及水锤，不仅影响供暖，而且处理不当会危机生命财产。因此，必须采取以下有效的可靠的防范错施。1循环水泵出口安装性能可靠的逆止阀，循环水泵进出口旁通管上安装性能可靠的逆止阀2循环水泵停运时，首先关小阀门（或降低运行频率），减小流量，再停泵。3分段阀前后设旁通阀，分段阀关闭时，首先打开旁通阀，再关分段阀。4设于热力站的回水加压泵出口安装性能可靠的逆止阀，加压泵进出口旁通管上安装性能可靠的逆止阀。5热力站5.1热力站选址热力站尽可能选在热负荷中心。避免热用户与热力站地形高差相差过大。热用户与热力站单程管道距离控制在500-800米左右。热力站尽可能选在原锅炉房或原汽水交换站附近，以便利用原有的电源水源及分集水器。5.2热力站规模的确定热力站规模过大会给管网平衡和压力控制带来困难，热力站规模过小会造成一次投资和运行费用增加。优化热力站规模的约缩条件应该取供热半径与地形高差。供热半径限制在500-800米以内，地形高差限制在35米以内，在此条件下尽可能增大热力站规模，以减小一次投资和运行费用。热力站的一个系统供热面积一般控制在20万m2以内。5.3热力站工艺方案热力站工艺设计见热力站系统流程图（附图8）。供暖换热器采用体积小传热系数高的水水板式热交换器。一次水经手动调节阀、除污器、水过滤器、安全阀进入热交换器换热后返回热源。一次供水管上安装温度计、压力表，手动调节阀、除污器、水过滤器前后安装压力表。一次回水管上安装温度计、压力表、流量计，换热器出口侧安装温度计。来自热用户的二次回水汇于集水器，经除污器、循环水泵、安全阀、水过滤器进入热交换器换热后由分水器送至热用户。二次供水管、分水器上安装温度计、压力表，分水器各支路安装关断阀、手动调节阀，手动调节阀下游安装压力表。二次供回水管上安装温度计、压力表、流量计，除污器、水过滤器前后安装压力表，集水器上安装温度计、压力表，集水器各支路安装关断阀、温度计。有条件的热力站采用直接混水换热系统,以降低一次回水温度。二次管网补水由安装在一、二次回水管之间的补水管补给，二次管网静压线由安装在补水管上的自力式调节阀控制，补水管上设关断阀、水过滤器、热水表、逆止阀、自力式调节阀、旁通阀、压力表。循环水泵一用一备，变频调速。循环水泵进出口管上安装关断阀压力表，出口管上安装逆止阀。循环水泵进出口管上安装旁通管，旁通管上安装逆止阀。热力站一次进口侧、二次出口侧供回水管之间接旁通管，旁通管上安装关断阀，以备一、二次管网冲洗使用。旁通管里侧安装关断阀。冲洗时，将关断阀关闭，旁通阀打开；冲洗完毕，将旁通阀关闭，关断阀打开。循环水泵进出口管上安装软接头，循环水泵机座下安装减振器。对于七层（21米）以上热用户, 热力站内设高区系统独立对热用户供热。5.4 热力站运行调节热力站输出的热量随热负荷升高而增加，同时，输送流体的流量也随着增加，反之减少。或着说，热力站输出的热量既要满足热用户的需要，还要使输送流体所消耗的能量尽可能减少。这个功能由能量控制系统来实现。能量控制系统被控参数选二次供回水平均温度，室外温度反应供暖热负荷，作为补偿信号，一用一备变频调速循环水泵和一次回水加压泵作为执行器。热力站能量控制系统属随动调节系统，其给定值随室外温度降低而生高。二次供回水平均温度随室外温度调节曲线见图3。5.5 热力站设备选择5.5.1循环水泵采暖循环水泵一用一备。流量：1.1(0.86Q/25)103 m3/h扬程：1.2(21.3100D10-4215) mH2OQ-热负荷 Mw，D-最远热用户与热力站之间距离，m。一个供热系统规模按供热面积分为：万平方米，5万平方米，万平方米，10万平方米，12万平方米，15万平方米，20万平方米七种，循环水泵计算流量分别为：100 m3 / h，125 m3 / h，200 m3 / h，250 m3 / h，300 m3 / h，375 m3 / h，500 m3 / h。循环水泵扬程为36-45 mH2O。 5.5.2热交换器热交换器均采用胶垫板换，每个供热系统选两台，每台承担75%热负荷，换热面积依热负荷而定。采暖供热面积为万平方米，5万平方米，万平方米，10万平方米，12万平方米，15万平方米，20万平方米七种供热系统，单台换热器换热面积分别为：30m2，40m2，60m2，70m2，80m2，110m2，150m2。换热器换总热面积4900m2。若部分热力站采用直接混水换热，可节省约3000m2换热面积的换热器。5.5.3集中补水装置为弥补热源补水不足,在麻地巷热交换站设集中补水装置。补水泵两台，一用一备，流量30m3/h，扬程100m，功率22kw。软化除氧设备两套，处理能力2x15m3/h。补水水质满足工业锅炉水质GB1576-2001对水质的要求：悬浮物5mg/L，总硬度0.6mmol/L，溶解氧0.1mg/L，PH值712，含油量2mg/L。5.5.4配电柜热力站按三级负荷供电。热力站位于原锅炉房附近时，不设变电室，利用原低压电源。对于新建热力站，附近变电室有能力对其供电时，也不设变电室。附近变电室无力对热力站供电时，热力站内设变电室。本工程热力站多数位于原锅炉房附近，或附近变电室有能力对其供电，因此，均不设变电室。低压配电柜选GGL10型，安装电流表电压表三相电能表和功率因数表，电能表动力照明分设。水泵电机功率因数为0.89，根据规范要求，可不设电容柜无功补偿。5.5.5变频柜供暖循环水泵一用一备变频调速。变频柜是热力站能量控制系统的执行器，要求变频柜运行可靠，稳定，寿命长，具有定时倒机功能和电机的过载、缺相、短路等各种保护功能。5.5.6控制台控制台面上设水泵启停按钮、信号灯、电压表、电流表，以及能量控制系统控制器、显示热力系统运行参数的无纸记录仪、供回水平均温度指示仪和室外温度指示仪。6热工测量与自动控制6.1热工测量与自动控制设计的指导思想本工程热工测量与自动控制设计的基本指导思想是：1功能必须满足工艺要求，在此基础上力求简单。2减小运行成本，热力站无人值守，定时巡检。3运行安全可靠。4投资小。6.2热泵站热工测量与自动控制热泵站热工测量与自动控制见附图3。6.2.1热泵站热工检测1热泵机组的热工检测热泵机组冷水进水母管上安装压力表、温度计；冷水进水支管上安装压力表；冷水出水支管上安装温度计、流量计；冷水出水母管上安装压力表、温度计。热泵机组热水进水母管上安装压力表、温度计；热水进水支管上安装压力表；热水出水支管上安装温度计、流量计；热水出水母管上安装压力表、温度计。热泵机组冷水进出水母管和热水进出水母管的水压和水温共8个参数，由无纸记录仪显示记录；每台热泵机组冷水和热水进水支管上的水压以及热泵机组冷水和热水出水支管上的水温和流量共6个参数，由无纸记录仪显示记录。2新桃北换热首站的热工检测汽-水换热器进汽管上安装压力表、温度计；凝结水管上安装压力表、温度计；水-水板式换热器出水管上安装压力表、温度计；凝结水泵出口安装压力表；汽-水换热器出水管上安装压力表、温度计。循环水泵出口安装压力表。补水泵出进口安装压力表。新桃北供热系统回水入口处安装压力表、温度计、流量计。新桃北供热系统供回水温度、供回水压力、流量、室外温度以及板式换热器二次出水温度共7个参数，由无纸记录仪显示记录。6.2.2热泵站自动控制1热泵机组流量控制在热泵机组冷热水进口侧安装自力式流量调节阀，确保热泵机组间的流量平衡。2汽-水换热器能量控制根据负荷调整汽-水换热器加热量，达到能量调节的目的。在凝结水管上安装电动调节阀，被控参数取一次网供回水平均温度，室外温度为补偿信号，根据一次网供回水平均温度和室外温度调节电动调节阀开度。负荷大时，调节阀开大，输出热能增大，反之，减小。3补水压力控制补水泵变频调速，手动控制热泵机组热水进水母管压力，时其保持在0.28MPa。6.2.3热泵站报警、保护与联锁 热泵机组具有高低压保护、水流保护和温度保护以及电机的过载、过流、欠压、缺相、短路等保护，同时为保证热泵机组的安全运行，除声光报警外应按下列程序电气联锁。顺序延时启动：打开冷却水（关闭凉水塔支路）启动循环水泵打开热泵机组冷热水进出口水阀门水流大于下限值，即水流开关接通启动热泵机组。顺序延时停止：停止热泵机组关闭热泵机组冷热水进出口水阀门关小循环水泵停止循环水泵关闭冷却水（打开凉水塔支路）。循环水泵与汽-水换热器联锁：顺序延时启动：启动循环水泵启动热泵机组（不能满足负荷要求时）启动汽-水换热器。顺序延时停止：（能满足负荷要求时）关闭汽-水换热器关闭热泵机组关小循环水泵关闭循环水泵。6.3热力站热工测量与自动控制6.3.1热力站热工检测一次供回水管上安装压力表、温度计；一次回水管上安装流量计；换热器一二次进出口处安装压