节能评估换热站建设方案节能评估.docx
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节能评估换热站建设方案节能评估
3建设方案节能评估
3.1供热方案、参数及热指标评估
3.1.1供热参数评估
1、可研供热参数概述
**市已有三座集中供热热源,各电厂的设计参数如下:
**热电厂一级网供回水温度110/60℃,工作压力1.6Mpa
**热电厂一级网供回水温度130/70℃,工作压力1.6Mpa
**供热厂一级网供回水温度120/60℃,工作压力1.6Mpa
根据漳山热电厂的实际供热能力和管道输送能力,考虑并网后的压力和温度需求,本工程的设计参数确定为供/回水温度为120/60℃,工作压力1.6Mpa。
二级网设计参数:
暖气片采暖75/50℃,地板采暖45/35℃。
2、供热参数评估
可研热媒参数选取符合《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)要求“以热电厂或锅炉房为热源时,设计供水温度可取110~150℃,回水温度不应高于70℃”的要求,符合《民用建筑供暖通风及空气调节设计规范》(GB50736-2012)中5.3.1条“散热器供热系统热媒温度宜按75/50℃或85/60℃”的要求,同时根据全省范围内多家热力公司的运行经验,该参数可以满足供热要求。
3.1.2热指标及热负荷评估
1、可研热指标及热负荷
根据中华人民共和国行业标准《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)中各类建筑物采暖热指标推荐值和山西省工程建设地方标准《居住建筑节能设计标准》(DBJ04-242-2012)中推荐的热指标,确定建筑物采暖热指标值如下:
1)现状建筑综合热指标(结合现状)
居住建筑采暖热指标按50W/㎡;
公共建筑采暖热指标按60W/㎡;
2)规划建筑(参照山西省标准)
居住建筑采暖热指标按35W/㎡;
公共建筑采暖热指标按50W/㎡。
3)工业建筑
工业建筑采暖热指标按70W/㎡。
根据中华人民共和国行业标准《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)中各类建筑物采暖热指标推荐值和山西省工程建设地方标准《山西省居住建筑节能设计标准》(DBJ04-242-2012)中推荐的热指标,结合**市现有建筑实际情况,对**市漳山热源供热范围内的建筑进行统计,统计结果如下表:
综合热指标计算表
表3.1-1
项目名称
建筑用途
现状公建
现状民建
规划公建
规划民建
工业建筑
所占比例
%
22.22
77.78
22.22
77.78
/
面积
万平米
70
245
30
105
50
热指标
w/㎡
65
58
50
35
70
平均热指标
w/㎡
59.56
38.33
70
热量
MW
187.6
51.75
35
综合热指标
w/㎡
54.87
根据统计的热负荷资料,经过整理、分析和计算本区域内的综合热指标为55W/㎡,与规划保持一致。
2016年工程热指标也取55W/㎡。
2、热指标及热负荷节能评估
可研按建筑年代、功能分类,分别统计其所占比例,老旧建筑以及新建公共建筑热指标按《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)取值,新建居住建筑热指标按《居住建筑节能设计标准》(DBJ04-242-2012)取值,按加权平均法最终确定本工程热指标。
可研热指标合理。
3.2总平面布置节能评估
3.2.1管网总平面布置分析
1、管网总平面概述
为配合集中供热环网需要,**市2016年集中供热设计对以下道路管网进行建设:
2、管网总平面布置方案节能评估
管网平面布置图见附图(供热管网平面布置图),经现场踏勘,供热管网的布置满足以下原则:
1)靠近热负荷集中地区,避免长距离穿越没有热负荷的地段。
2)管线沿人行道或绿化带敷设,减少拆迁量。
3)尽量避免穿越主要交通道路和繁华街道,以免给施工和运行管理带来困难。
4)尽量使管段始末两端距离最短,以节省投资和减少热损。
5)为避免管网对镇区景观影响,减少热损,应采用直埋敷设方式。
6)管线在满足设计的情况下,力求平直,尽量选择人行道下敷设。
7)穿越主干道、河流和铁路时,采取顶管、架空或地下管廊方式。
8)适当考虑今后热用户的增加,管道应预留三通,方便连接。
9)主要干线之间连通连接,事故时保证最低供热的需要。
评估认为,可研主干线路由方案避免了在山区敷设管线的困难,并且沿途可直接承担**新区,减少了工程投资,各支干线管网布置分区合理,采用环状管网布置方式,有利于减少管网阻力,节约热源循环泵电耗;
同时采用环状管网布置方式,漳电、**及**热源厂的热源分别接入环网,热负荷分别从环网上接出,在供热初期、末期只能启用其中供热能力大、能效高的一个(或二个)主热源满足全网的供热需求,在供热尖峰期(即寒冷的季节〕再逐个启运调峰热源,辅助主热源满足全系统的供热,有利于提高热源能效,节约热源热耗;
环状管网各热源联合供热时会根据各自供热能力的大小自动形成自己的供热范围,无需用热网关断阀人为的控制。
当某个热源因事故而无法供热时,会由其他热源自动替代,不会中断供热,提高了供热系统的可靠性。
3、管网水力平衡的评估
本工程管网水平衡评估内容主要针对**市供热管网,以规划管网和规划负荷为依据,计算热水管网和用户的参数,确定各管段的展开长度、计算长度;利用水力计算软件Flowra32做出管网拓扑结构,进行可及性分析,调整管径使得用户资用压头满足要求且压头分布尽量均匀。
通过可及性分析,得到各节点以及子网额定供回水压力、资用压头、流量,各管段的比摩阻,使之满足规范要求,从而合理布置管径。
由于漳山电厂将并入**市整体供热环网,为优化**各热源供热范围,水力计算针对**市全市进行,**市现有供热管网可承担3300万平米的供热负荷,2016年新增管网可承担500万平米的供热负荷,本工程完工后**市管网所集中供热面积将达3800万平方米。
**市现有热源可承担3720万平米的供热负荷(**供热厂供热面积320万平米,**电厂供热面积1000万平米,**电厂供热面积1000万平米,漳山电厂供热面积1400万平米)。
本项目水力计算按**市3720万平米的供热面积进行水力计算,其中2016年
新增加供热面积500万平米。
工程热源水力计算表如下:
热源2016年水力计算表
表3.2-1
名称
热负荷(MW)
流量(t/h)
压差(Mpa)
压力(Mpa)
温度(℃)
供水
回水
供水
回水
**供热厂
176
3027.2
0.747
1.099
0.352
110
60
**电厂
550
9460
1.449
1.45
0.001
110
60
漳山电厂
770
13244
1.396
1.423
0.027
110
60
**热源
550
9460
0.807
1.129
0.322
110
60
根据水力计算,2016年**市集中供热满负荷运行时**热电厂和漳山热电厂的回水压力过低,为保证冬季热稳定运行,两座热电厂均需在回水主管增设回水加压泵。
**电厂增设回水加压泵扬程24米,漳山电厂增设回水加压泵扬程22米。
各电厂按上表同比调节,当**电厂供热主管道流量达到8290t/h时需要开启**电厂的回水加压泵;当漳山电厂的流量达到11610t/h时需要开启漳山电厂的回水加压泵。
**市供热管网全网静水压力为24米,定压点设在**热电厂内,补水点分布在各个热源厂内。
3.2.2换热站总平面布置分析
1、换热站概况
本工程供热范围内供热面积500万m2,共设置换热站58座,全部为新建换热站。
可研换热站选址及设置具有如下特点:
①布置在热负荷密集区域;新建的居住小区,以每小区只设一个换热站为宜。
旧的居住小区,在减少原有采暖系统改造量的前提下,尽量减少换热站的数目;
②尽可能利用的庭院管网变为二级网;
③新建换热站应设在负荷中心,减少二级网长度,节省投资和运行费用;
④换热站尽可能设在供热负荷中心地区,密度大公建和住宅小区,换热站供热规模一般不大于10万m2;
⑤将供热半径控制在一个合理的范围内(500m),便于水力平衡与保证供热效果;
⑥换热站的建设应考虑近、远期相结合。
2016年换热站供热面积汇总表
表3.2-2
2、换热站节能评估
评估认为,既有换热站、新建换热站选址及设置基本符合《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)的要求;热力站位于负荷中心,管网敷设距离最短;新建换热站供热规模不超过10万m2,有利于充分利用一级管网输送资用压差,进一步减少用户侧循环泵输送电耗。
3.3主要用能系统节能评估
3.3.1主要用能系统评估
本工程用能系统包括中继泵站系统、换热站系统、供热管网系统。
3.3.1.1中继泵站系统节能评估
1、中继泵站系统概述
**市漳山热源集中供热管网工程供热区域地形平缓,总体来说为东高西低。
漳山电厂915m,中继泵站925m,供热管网最高处945m。
本工程在距漳山电厂6KM的李村处设置中继泵站。
中继泵站为回水加压泵站。
在DN1200回水主管线上引出1根同管径的管道进入泵站,经加压泵增压后,回到原管道,每根管道上的两个接口之间加旁通阀。
中继泵站总建筑面积1078.0m2,主厂房尺寸49mX22m,单层布置,加压泵设置在水泵间,另外中继泵站内设有高低压配电室、变频器间、控制室及换热间。
中继泵站最大输送量10800t/h,选用单级双吸离心泵,共设置4台,单台水泵流量3600t/h,扬程30米,电机功率400KW。
可研中继泵站主要耗能设备见下表。
可研中继泵站主要用电设备明细表
表3.3.1-1
名称
数量
设备名称
型号及规格
安装数量
安装功率
运行数量
运行功率
座
中继泵站
合计
2、中继泵站系统节能评估
针对本工程,共给出两种中继泵站设置方案,分别是:
1)只在电厂内设置一级循环泵组;
2)在距漳山电厂6KM处设置一座中继泵站;
通过水力计算结果可知,采用方案一,电厂出口承压达到了2.5MPa,系统严重超压;采用方案二后,及设置一座中继泵站,管道主干线内共设置2级加压泵,循环泵扬程和管道承压大幅度降低,可保证管道内最高运行压力不超过管道设计压力1.6MPa且满足**市市区供热所需供热压头。
评估认为,为实现远距离、低压力输送,可研采用了‘分布式变频’供热输送技术,即设置了2级加压泵,将供热管网承压控制1.6Ma以下,大大降低了供热系统的承压,提高了系统的安全性;同时中继泵站循环泵采用四台互为设备的方案,也符合《城镇供热管网设计规范》中的要求。
3.3.1.1换热站系统节能评估
1、换热站系统概述
用户换热站负责采暖热负荷的交换、分配任务。
本工程一次网供、回水温度为120/60℃,压力为1.6MPa,二次网设计参数暂定为:
供、回温度为75/50℃,压力为1.0MPa施工图阶段根据用户室内采暖系统情况准确确定供热参数及分区情况。
一级管网120℃的高温供水,经换热器换热后水温为60℃,回到一级管网回水管。
二级管网50℃的回水经循环水泵后进入换热器将水温提高到75℃用于用户采暖供热。
为了换热器的安全运行,减少堵塞的发生,在一、二级管网的进水管上均设除污器。
二级网采用补水定压,补水泵变频调速,保证循环水泵前的压力恒定。
补水经钠离子交换器处理后进入软化水箱,通过补给水泵进入二级管网系统。
换热站设备主要换热器、吸收式大温差换热机组、循环泵、补水泵、水处理设备等。
1)换热器
换热器式换热站的核心设备。
在各类换热器中,常用于水-水换热的有管壳式和板式换热器两种。
管壳式换热器使用寿命长,耐压耐温能力高,但传热系数相对小、体积大,因而安装占地大。
水-水板式换热器传热系数高达3000-7000W/〔m2/℃),因此,板式换热器是一种传热效率高,结构紧凑、拆卸方便、热损失小、使用范围大的新型换热设备。
通过在国内外热力工程中广泛使用,反应效果良好。
因此本工程新建普通换热站采用板式换热器。
2)循环水泵
循环水泵采用变频调速水泵,满足调节要求。
循环泵较为常用的有立式泵、IS系列泵等。
本可研换热站所选循环泵呢过参数为初步选型,施工图阶段根据用户实际采暖系统情况准确确定。
3)定压设备
补水能力按照循环水流量的4%设计,设置2台补水泵,正常运行时1用1备,事故时两台同时运行。
补水泵选用单级离心泵,变频调速。
4)热计量
在一级网回水、二级网供水管上均设有热计量装置,采用超声波热计量表。
5)其他
二级水采暖系统的补水,一律由站内自备软化水设备解决。
换热站内装有计量仪表,设有换热站微机控制室装置。
每个换热站一次水系统均设有电动调节阀,二次水系统设有手动调节阀,用来调节热力网工况,保证供热的稳定性。
可研换热站主要耗能设备见下表。
2016年工程换热站主要耗能设备表
表3.3.1-2
换热站规模
数量
设备名称
型号及规格
安装数量
安装功率
运行数量
运行功率
2、换热站系统节能评估
〔1〕可研中换热站根据所带范围热负荷确定规模,符合《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》〔JGJ26-2010〕5.2.11条‘换热站规模不宜大于10万平方米’的要求。
新建换热站供热规模不宜超过10万平方米,有利于充分利用一级管网输送资用压差,进一步减少用户侧循环输送电耗。
〔2〕换热站采用间接换热,高温侧温度为130/70℃或120/60℃,
另一侧为75/50℃,选用水-水版式换热器;供热网一、二次侧水温差相差较大,流量也较大,选用不等流截面版式换热器符合《全国民用建筑工程设计技术措施〔2009〕》要求。
个别换热站中的换热器的选型不满足《全国民用建筑工程设计技术措施〔2009〕》中‘服务于同一区域的换热器不易少于2台,当其中一台停止工作时,其余换热器的换热宜满足采暖负荷的70%’的要求。
〔3〕本工程供热能力10万平方米的换热站循环水泵采用两用一备的方案,不符合《全国民用建筑工程设计技术措施(2009)》中“换热站选择循环水泵采用一用一备是最节能的工况”的要求,建议可研优化换热站循环泵配置。
3.3.1.2供热管网系统节能评估
1、供热管网输送方案概述
管网管网设计供回水温度为120/60℃,管网采用双管闭式系统,环状布置。
根据供热现状,主干线在北外环、西一环、西二环、五针路、长兴路、南一环和城东路组成的环网,漳电、**及**热源厂的热源分别接入环网,热负荷分别从环网上接出。
本工程实施后,现状环网管网东扩至东外环,本工程热源(漳山电厂)同漳电、**及**热源厂三个热源一样,一级管网接入环网,提高供热可靠性。
供热管网供热参数见表3.3.1-3,供热管网布置见附图。
供热管网供热参数表
表3.3.1-3
序号
项目
参数
备注
1
供回水温度
120℃--60℃
2
2016年循环水量
13244t/h
3
管径规格
DN1400~DN1500
4
设计压力
1.6MPa
5
管道敷设方式
直埋敷设
6
保温方式
耐高温聚氨酯硬质泡沫塑料
2016年工程新建供热管网数量
表3.3.1-4
管径
设计压力(MPa)
管道长度(m)
备注
∮1220×14/1370×17
1.6
9465
沟槽长
∮1020×12/1155×15
1.6
431
沟槽长
∮820×10/955×14
1.6
5403
沟槽长
∮630×8/760×11
1.6
4666
沟槽长
∮529×8/655×9.8
1.6
2274
沟槽长
∮478×7/600×8.8
1.6
271
沟槽长
∮426×7/550×8.8
1.6
1355
沟槽长
∮377×7/500×7.8
1.6
1276
沟槽长
∮325×7/420×7
1.6
6202
沟槽长
∮273×6/365×5.6
1.6
4405
沟槽长
∮219×6/315×4.9
1.6
130
沟槽长
2、供热管网输送方案节能评估
(1)管道敷设方式的选择
供热系统管道的敷设按《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010、J216-2002)和《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T81-98)
执行。
《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T81-98)规定管径大于DN500采用地沟或架空敷设,管径小于等于DN500采用直埋敷设。
但根据近年来供热管道直埋技术的发展,并根据**市热力公司多年生产运行的经验,从技术安全角度出发,结合管线沿线地形情况,本项目确定采用直埋敷设。
本项目供热管网采用直埋敷设方式,管道选用整体式预制硬质聚氨酯泡沫塑料保温直埋管道。
采用直埋方式与采用岩棉保温管道架空敷设以及地沟敷设相比,管道散热损失明显降低,运行安全性提高;由于不需要设置混凝土支架或地沟,工程施工量、施工周期和工程造价都大大减小;同时管线布置弯头数量少,管网整体阻力减低,热网循环泵运行功耗下降。
太原热力公司曾对太原市集中供热(一电)工程原4.789㎞架空管道入地直埋改造进行了节能评估,在设计供回水温度130/70℃,直埋保温厚度76㎜,架空岩棉保温厚度90㎜的工况下,计算两者的管道散热损失和循环泵运行功耗;结果发现,采用直埋敷设方式,一个采暖季管道散热损失节省126.2t标煤/采暖季,运行功耗节省151.5t标煤/采暖季,综合节省277.7t标煤/采暖季(数据摘自《太原市集中供热(一电)工程旧晋祠路DN1200架空主管道入地改造工程节能评估报告表》)。
因此,本项目主要采用直埋敷设方式是合理的。
(2)管道保温材质及厚度的选择
1)保温材质
《可研》供热管道选用高密度聚乙烯外护管聚氨脂泡沫塑料预制
直埋保温管,保温层为聚氨脂泡沫塑料。
根据《高密度聚乙烯外护管聚氨脂泡沫塑料预制直埋保温管》及《管道与设备绝热》中要求,聚氨酯保温管适用的介质温度不高于120℃,偶然峰值温度不高于140℃。
目前国内主流保温管道生产厂家所采用的聚氨酯材料试验测得的CCOT在140℃左右,根据相关检验报告表明,聚氨酯保温管CCOT值可以达到142.7℃,本工程设计供水温度为125℃,满足聚氨酯的安全工作温度,保温材料选择合理。
2)保温厚度
《可研》中直埋管道按《管道与设备绝热》中给出的推荐经济保温层保温厚度选取,评估对供、回水管道保温层厚度、热媒介质温度降分别进行校核计算。
管道保温厚度计算按以下步骤进行。
①初选保温层厚度,《可研》中未给出直埋供热管道保温厚度,能评根据《直埋供热管道工程设计》及《管道与设备绝热》确定保温管保温厚度,如下:
直埋保温厚度管参数表
表3.3.1-4
公称
直径
工作管外径×壁厚
外护管外径×壁厚
保温
厚度
公称直径
工作管外径×壁厚
外护管外径×壁厚
保温厚度
(㎜)
(㎜)
(㎜)
(㎜)
(㎜)
(㎜)
DN1200
∮1220×14
∮1370×17
58
DN1000
∮1020×12
∮1155×15
52.5
DN800
∮820×10
∮955×14
53.5
DN700
∮720×10
∮850×12
53
DN600
∮630×8
∮760×11
54
DN500
∮529×8
∮655×9.8
53.2
②根据附表06计算方法,计算供热管道单位长度热损失;
③根据附表07计算方法,校核供热介质沿途温度降;
计算结果如下:
保温厚度校核计算结果
表3.3.1-5
管径
保温厚度
Q
q
㎜
㎜
W/㎡
W/m
供水
回水
供水
回水
标准
供水
回水
∮1220*14
58
58
40.0
15.6
116.00
172.11
67.18
注:
单位表面积散热损失标准摘自《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》(CJ/T140-2001)。
2016年工程管道热损失计算结果
表3.3.1-6
管径
保温厚度
保温管径
单位长度散热量
管道
长度
总散
热量
㎜
㎜
㎜
W/m
m
MW
供水
回水
供水
回水
供水
回水
由上表计算结果可知,本项目选择直埋管道保温厚度及单位表面积散热损失符合《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》(CJ/T140-2001)的要求,2016年工程供热管道输送热损失合计5.9MW,约占总输送热量275MW的2.14%。
(3)管道管网形式的选择
大型集中供热基本分为二种热力网型式,一种是枝状管网,另一种是环状管网。
根据3.2.1节叙述,环状管网相比较枝状管网,具有减少管网阻力,节约热源循环泵电耗;提高热源能效,节约热源热耗;提高供热系统的可靠性等优点,尤其适应多热源供热系统的运行调度。
评估认为,可研根据热负荷使用性质及分布情况,结合供热规划,对供热主干线进行了多方案的比较,确定从漳山电厂至北外环路供热主干线采用枝状管网。
市区供热管网采用环状管网,技术合理可靠,符合本工程实际情况。
3.3.2主要用能系统能耗分析
3.3.2.1中继泵站系统能耗分析
中继泵站系统主要消耗的能源为电能。
本工程要求电厂首站、中继泵站、用户换热站均采用调速泵,供热一级管网采用分阶段改变流量的质调节,用户换热站采用质调节方式。
根据室外温度,改变一级网供回水流量及供水温度已达到理想的节能效果。
一级管网流量切换通过改变首站循环水泵的电机转速和开启台数来实现,在同一流量阶段一级网供水温度根据室外温度变化情况、一级网回水温度及末端热力站的反馈信号来调节。
二级网原则上采用质调节,与一级网流量及温度调节相适应。
循环水泵设置变频器,可根据热力站的情况调节流量降低耗电量。
1、主要用电设备
中继泵站主要用电设备明细表
表3.3.2-1
名称
数量
设备
名称
型号及规格
安装数量
安装功率
运行数量
运行
功率
座
台
kW
台
kW
中继泵站
1
循环泵
3600T/h,0.3Mpa,400kW
4
1600
4
1600
合计
1
4
1600
4
1600
2、运行方式
一级管网采用分阶段改变流量的质调节
3、耗电量计算
根据无因次热负荷延续时间计算方法反算不同室
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