集中式大温差热力站供热方案技术经济性分析

1 概述

截至2023年末，全国城市集中供热管道长度为52.37×10⁴ km，同比增长6.13%；集中供热面积为115.49×10⁸ m²，同比增长3.81%。随着“双碳”政策的推进实施与各地热源结构的转型，我国城镇集中供热正由小型燃煤锅炉房、小型热电厂为主要热源向大型热电厂和工业余热为主要热源转型。受环境、土地成本、交通运输等因素影响，大型热电厂和工厂普遍位于郊区，远离城市中心，为高效利用大型热电厂热量和工业余热，需要提升长输管网供热能力。在热力站用吸收式换热机组替代常规换热器^[1]，长输管网回水温度可以由常规换热条件下的60 ℃降至30 ℃，供回水温差由常规换热条件下的50~60 ℃增至90~100 ℃，从而提升了管网供热能力，降低了管网输送成本。

本文介绍集中式大温差换热技术，结合工程实例，对集中式大温差热力站供热方案的技术经济性进行分析。

2 集中式大温差换热技术

2.1 吸收式换热技术

为了最大限度利用热电厂热量，提升管网输送能力，需要尽可能降低长输管网回水温度。付林等人^[2]采用吸收式热泵技术大幅降低长输管网回水温度。周勇等人^[3]的研究表明，吸收式热泵大温差供热可扩大热电厂供热半径，降低供能成本，可作为热电厂供热项目改造的借鉴方案。

吸收式换热机组是利用第一类吸收式热泵技术，大幅度降低长输管网回水温度，生产供热、生活热水的换热机组。吸收式换热机组工艺流程见图1。吸收式换热机组主要由吸收式热泵机组、换热器组成。长输管网供水（120 ℃）作为驱动热源先进入吸收式热泵机组发生器，加热溴化锂溶液，降温至90 ℃后由吸收式热泵机组流出，进入换热器加热二级网回水，降温至55 ℃后，返回吸收式热泵机组蒸发器作为低温热源，降温至30 ℃后返回热源。一级管网回水（45 ℃）分为两路进入吸收式换热机组：一路进入吸收式热泵机组，在吸收器和冷凝器（图1中未表示）中吸收热量，被加热到75 ℃后流出；另一路进入换热器，被加热升温至75 ℃后流出。两路热水混合后作为一级管网供水^[4]。

图1    吸收式换热机组工艺流程

2.2 集中式大温差换热技术

由上述内容可知，吸收式换热机组适合分散布置在城市热网中，但当部分现状热力站不具备改造条件时，可以考虑将吸收式换热机组集中布置，整体降低长输管网回水温度，这就是集中式大温差换热技术。

集中式大温差换热系统工艺流程见图2。吸收式换热机组布置在集中式大温差热力站内，若一级管网供水温度不足，可设置补充热源提升一级管网供水温度。

图2    集中式大温差换热系统工艺流程

3 工程案例

3.1 工程概况

山东某市供热负荷为1 350 MW，在引入东部大型热电联产热源前，该市城区供热由市区内的3座小型热电厂承担。采用低温循环水供热技术，供、回水温度为75、45 ℃，供回水温差小，流量大，小区热力站采用直接连接方式。由于某些原因，小型热电厂面临关停，因此考虑以市区东部大型热电厂作为热源，采用长输管网引热入市。

大型热电厂发电机组装机容量为2×320 MW+2×680 MW，配套蒸汽锅炉蒸发量为2×1 025 t/h+2×2 001 t/h，距离城市中心约20 km。经过供热改造后，对外供热能力达2 025 MW。

长输管网以大型热电厂为起点，敷设至距大型热电厂最近的现状小型热电厂。在小型热电厂内设置隔压站，隔压站后为市内各热力站。长输管网管径为DN 1 400 mm，供、回水温度为120、60 ℃，质量流量为12 900 t/h，供热能力为900 MW。与供热负荷1 350 MW相比，仍有450 MW缺口。若采用吸收式换热技术，长输管网回水温度可降至30 ℃，最大供热能力可增加450 MW。若采用常规换热技术，则需要在已建成的隔压站、DN 1 400 mm长输管道基础上，增加一条DN 1 000 mm长输管道敷设至市区。

3.2 技术方案

① 常规换热方案

常规换热方案供热系统流程见图3。长输管网供、回水温度为120、60 ℃。一部分热量通过现状DN 1 400 mm管道输送至隔压站，质量流量为12 900 t/h，供热能力为900 MW；另一部分热量通过新建DN 1 000 mm管道输送至隔压站（仍设置在小型热电厂），质量流量为6 450 t/h，供热能力为450 MW。一级管网供、回水温度为75、45 ℃，质量流量为38 700 t/h。

图3    常规换热方案供热系统流程

② 集中式大温差换热方案

集中式大温差换热方案供热系统流程见图4。长输管网供、回水温度为120、30 ℃，质量流量为12 900 t/h，供热能力为1 350 MW。一级管网供、回水温度为75、45 ℃，质量流量为38 700 t/h。

图4    集中式大温差换热方案供热系统流程

3.3 方案对比

项目投资包括工程费（含建筑工程费、设备购置费、安装费）、工程建设其他费和预备费。在既有DN 1 400 mm管道的基础上，常规换热方案工程量：新建DN 1 000 mm管道及隔压站。集中式大温差换热方案工程量：新建集中式大温差热力站。经过投资估算，常规换热方案投资为38 993.63×10⁴ 元，集中式大温差换热方案投资为42 693.75×10⁴ 元。与常规换热方案相比，集中式大温差换热方案投资高出3 700.12×10⁴  元。

两种方案的年运行费的主要区别在于长输管网循环泵（图3、4未表示）年电费，其他费用视为一致。电价按0.7 元/(kW·h)计算，最大热负荷利用时间为2 259 h^[5]。循环泵扬程为175 m，全效率取0.7。由计算结果可知，与集中式大温差换热方案相比，常规换热方案长输管网循环泵多耗电980.8×10⁴ kW·h/a，多产生电费686.56×10⁴ 元/a。集中式大温差换热方案高出的投资5.4 a即可收回。

4 结论

集中式大温差热力站的应用可有效降低长输管网回水温度，提高管网供热能力。与常规换热方案相比，集中式大温差换热方案大幅降低年运行费，高出的投资5.4 a即可收回。

参考文献：

[1] 李岩，付林，张世钢，等.  基于吸收式换热的热电联产集中供热系统的运行调节[J].  区域供热，2013(3)：1-4，35.

[2] 付林，李岩，张世钢，等.  吸收式换热的概念与应用[J].  建筑科学，2010(10)：136-140.

[3] 周勇，郝日鹏，魏航，等.  基于吸收式热泵技术的区域清洁供暖研究[J].  工业加热，2021(9)：5.

[4] 孙洪治，王鼎力，徐平平，等.  长输供热工程降低一级网回水温度的运行实践[J].  中国设备工程，2022(2)：207-208.

[5] 王雪惠，师文龙，张 杰.  动力集中式与动力分布式供热系统的经济性评价[J].  煤气与热力，2018(11)：A14-A18.

（本文责任编辑：贺明健）

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