西安某廠集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、1 概況西安 XX 廠集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案西 XX 廠原由自備鍋爐房供應(yīng)廠區(qū)熱力，安裝有兩臺(tái) SZL10-1.27-P 型燃煤鏈條鍋爐，冬季運(yùn)行兩臺(tái)鍋爐，夏季運(yùn)行一臺(tái)鍋爐，冬季最大蒸汽流量 15t/h，夏季最大蒸汽流量 4.14t/h。因西安市西郊熱電廠建成投產(chǎn)，熱電廠集中供熱管道已敷設(shè)至西安 XX 廠圍墻外，為減少環(huán)境污染、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,決定采用熱電廠蒸汽對(duì)廠區(qū)進(jìn)行集中供熱。熱電廠供汽為壓力 0.65-0.92Mpa、溫度 170-220的過熱蒸汽，熱電廠不回收凝結(jié)水。因廠區(qū)用汽設(shè)備使用壓力 0.6Mpa、溫度 164.9的飽和蒸汽，故熱電廠過熱蒸汽需經(jīng)減溫減壓后方可使用。進(jìn)戶熱力管道及

2、計(jì)量裝置由熱電廠設(shè)計(jì)施工，減溫減壓裝置及廠區(qū)熱力管網(wǎng)和凝結(jié)水回收利用改造由西安 XX 廠設(shè)計(jì)施工。2 供汽用汽狀況西安 XX 廠主要用汽點(diǎn)為：熱交換站、凹印污水處理站、浴室、空調(diào)加濕器、溴化鋰吸收式制冷機(jī)，生產(chǎn)為兩班制，用汽流量變化較大，為保障設(shè)計(jì)成功，對(duì)西安 XX 廠用汽流量和熱電廠供汽情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，分析了冬季和夏季日 24 小時(shí)運(yùn)行情況，熱電廠供汽壓力、溫度和西安 XX 廠用汽流量見表 1 所示：表 1 熱電廠供汽溫度、壓力及 XX 廠用汽流量表時(shí)間（24 小時(shí)）熱電廠夏季供汽壓 力（Mpa）熱電廠夏季供汽溫 度（）XX 廠夏季用汽流 量（t/h）熱電廠冬季供汽壓 力（Mpa）熱電

3、廠冬季供汽溫 度（）XX 廠冬季用汽流量 （t/h）00.871811.260.921871.1010.861790.820.901890.7020.871800.510.881920.6030.881810.200.921970.6040.881810.000.882090.4050.851830.000.792070.3060.791800.230.742068.1070.721772.040.722079.7080.661764.140.662088.6090.691702.920.622139.30100.801712.690.6321912.90110.801752.890.7021

4、910.80120.841772.510.662199.36130.791792.810.672218.45140.741782.740.6621912.67150.781742.290.6921814.58160.761743.350.682198.84170.741763.500.622186.49180.721733.680.712237.32190.741744.050.762127.05200.761752.800.812116.39210.731733.150.862052.17220.811732.900.911981.25230.851742.050.901921.02由上表可

5、以看出，熱電廠供汽溫度在 170-223范圍內(nèi)波動(dòng)，熱電廠供汽壓力在 0.65-0.92Mpa 范圍內(nèi)波動(dòng)，XX 廠用汽流量在 0.2-15t/h 范圍內(nèi)波動(dòng)，熱電廠供汽壓力、溫度及西安 XX 廠用汽流量波動(dòng)范圍較大，給蒸汽減溫減壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了較大的難度，查閱了國內(nèi)多家減溫減壓器生產(chǎn)廠家產(chǎn)品樣本，其減溫減壓特性不能滿足我廠技術(shù)要求，主要反映在流量變化范圍，我廠蒸汽流量在 0.2t/h-15t/h 范圍內(nèi)變化，變化幅度為 1.3%-100%，目前生產(chǎn)的減溫減壓器其壓力、溫度可在 20%-100%流量范圍內(nèi)控制，超過流量范圍則溫度、壓力失控，即流量小于 3t/h 則不能滿足生產(chǎn)控制工藝要求。因

6、此需自行設(shè)計(jì)蒸汽減溫減壓系統(tǒng)。3 蒸汽減壓方案蒸汽減壓是通過流體在閥門中節(jié)流實(shí)現(xiàn)的，流體通過減壓閥時(shí)的流動(dòng)過程為絕熱節(jié)流過程，這種過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動(dòng)，對(duì)于過熱蒸汽，節(jié)流后焓值不變，溫度有所降低，比容和熵都有所增加。目前工程上通常采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)蒸汽進(jìn)行減壓。3.1 機(jī)械式蒸汽減壓閥機(jī)械式蒸汽減壓閥靠調(diào)節(jié)閥芯與閥座流通截面積以穩(wěn)定閥后壓力的穩(wěn)定，XX 公司生產(chǎn)的 GP2000 型蒸汽減壓閥為先導(dǎo)式隔膜減壓閥，由壓力反饋管把閥后壓力傳遞至膜盒，膜盒產(chǎn)生位移使閥芯與閥座流通截面積改變而維持閥后壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，機(jī)械式蒸汽減壓閥有以下特點(diǎn)：a、閥門阻力較大，閥門前

7、后最小壓降 P0.1Mpa，如閥門前壓力為 0.65Mpa 時(shí)閥后壓力為 0.55Mpa，不能滿足我廠供汽要求。b、閥門在小流量下后端壓力變化較小，在小流量大壓差工況下減壓效果較好。 c、閥門在大流量情況下閥后壓力下降較大。3.2 蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3.2.1 蒸汽壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理由壓力傳感器將閥后壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成 4-20MA 電流信號(hào)送至 PID 調(diào)節(jié)器，在 PID 調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)定閥后壓力，由 PID 調(diào)節(jié)器經(jīng)過計(jì)算向電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥輸出 4-20MA 控制信號(hào)，控制閥門開啟度，以維持閥后壓力穩(wěn)定。3.2.2 電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥在前后壓差隨流量變化的工

8、作條件下，調(diào)節(jié)閥相對(duì)開度與相對(duì)流量之間的關(guān)系。由于熱電廠供汽壓力不穩(wěn)定，當(dāng)熱電廠供汽壓力為 0.65MPa 時(shí)，閥后壓力需要調(diào)節(jié)至 0.6MPa 則閥門全開時(shí)壓降為 0.05MPa，閥后的壓力用以克服全廠供熱系統(tǒng)管道及設(shè)備阻力，閥門的 S 值為 0.083（S 為閥權(quán)度，表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)壓降占該支路全部壓降的百分?jǐn)?shù)），這時(shí)閥門的工作流量偏離理想流量特性。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有以下特點(diǎn)：a在蒸汽流量較小時(shí)（<1.5t/h）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能精確控制流量和閥后壓力。 b.在蒸汽流量較大時(shí)（>5t/h）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制蒸汽流量和閥后壓力較為精確。 c.蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度較大時(shí)阻力較小，壓降<0.

9、05Mpa。3.2.3 蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型為合理選定調(diào)節(jié)閥，應(yīng)正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力，否則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的口徑選得過大或過小。如果口徑選得過大，不僅浪費(fèi)投資，而且會(huì)使閥門經(jīng)常處于小開度位置，從而造成調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。反之，如果口徑選得過小，即使閥門處于全開狀態(tài)，也不能適應(yīng)最大負(fù)荷的需要，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈。流通能力的定義是：當(dāng)閥門全開，閥兩端的壓力降為 0.1Mpa，流體的密度為 1g/cm3 時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量。用符號(hào) C 來表示，單位為 m3/h。對(duì)于蒸汽 C 值按下式計(jì)算：C=GMAX/（2（P1-P2）1/2式中： 流量系數(shù)，m4/（kg*h），取 10GMAX 蒸汽流量，kg/h2 閥

10、后蒸汽密度，kg/m3P1 閥前蒸汽絕對(duì)壓力，PaP2 閥后蒸汽絕對(duì)壓力，Pa按照上式，GMAX 蒸汽流量取 15000kg/h，2 閥后蒸汽密度查過熱蒸汽密度表得出 3.65kg/m3，P1 閥前蒸汽絕對(duì)壓力取 7.5*105Pa，P2 閥后蒸汽絕對(duì)壓力取 7.0*105Pa，代入上式得，C=351.12m3/h。根據(jù) C 值，查閱閥門樣本，選擇 DN150 電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥，閥門最大流量系數(shù)CMAX=410m3/h。3.3 減壓系統(tǒng)優(yōu)化方案為保證廠供熱系統(tǒng)壓力穩(wěn)定,根據(jù)機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽閥的不同特性,集中供熱減壓系統(tǒng)采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的控制方式，系統(tǒng)圖如下:

11、當(dāng)流量較小時(shí)機(jī)械式蒸汽減壓閥對(duì)蒸汽進(jìn)行減壓,壓力設(shè)定值 0.62MPa,這時(shí)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,當(dāng)蒸汽流量逐步增加時(shí),機(jī)械式蒸汽減壓閥不能滿足要求,閥后壓力下降當(dāng)閥內(nèi)壓力下降至 0.6Mpa 以下時(shí),電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥開啟,將壓力穩(wěn)定控制在 0.6Mpa。4 蒸汽減溫方案蒸汽減溫的目的是將減壓后的過熱蒸汽溫度降低成飽和蒸汽溫度，以符合工藝參數(shù)。采用向蒸汽中噴入減溫水與過熱蒸汽混合，水與過熱蒸汽混合后汽化變成蒸汽，吸收熱量以降低過熱蒸汽溫度，這種減溫方案是目前工程上普遍采用的減溫方案，本次集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)也采用此減溫方案。4.1 蒸汽減溫器的熱力計(jì)算減溫器熱力計(jì)算的目的是確定在不同蒸汽流量下所需要的減溫

12、水量 Dj。在進(jìn)行減溫器熱力計(jì)算時(shí),已知數(shù)據(jù)為:減溫前蒸汽絕對(duì)壓力 P1 和溫度 t1，減溫前蒸汽流量 D1，減溫后蒸汽溫度 t2 和流量 D2，減溫水熱焓 hj，減溫器局部熱力系統(tǒng)示意圖如圖 2質(zhì)量和熱量平衡式如下: D1 +Dj =D2D1 h1 +Dj hj =D2 h2式中：D1 減溫前蒸汽流量，kg/hh1 減溫前蒸汽熱焓，kJ/kgDj 減溫水量，kg/hhj 減溫水熱焓，kJ/kgD2 減溫后蒸汽流量，kg/hh2 減溫后蒸汽熱焓，kJ/kg根據(jù)上式，可計(jì)算出在不同蒸汽溫度和流量下所需要的減溫水量。4.2 減溫水控制方案為保證減溫后蒸汽溫度恒定,需根據(jù)蒸汽流量和溫度的不同控制減溫

13、水噴入量,減溫水流量控制系統(tǒng)如下圖:x 由溫度傳感器將減溫后蒸汽溫度信號(hào)傳至 PID 調(diào)節(jié)器,在 PID 調(diào)節(jié)器上設(shè)定蒸汽溫度,由 PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)蒸汽溫度設(shè)定值和實(shí)際值比較計(jì)算,給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出信號(hào),控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度,使減溫后蒸汽溫度恒定。5 凝結(jié)水回收利用廠區(qū)蒸汽凝結(jié)水每天最高回水量約 80m3，回水溫度約 80，其中蘊(yùn)涵著大量熱能，應(yīng)加以充分利用。廠區(qū)浴室每日耗水 200 噸左右，每日耗汽約 16 噸，是一個(gè)用水用汽大戶，浴室開放時(shí)間為每日下午 16 時(shí)至晚 23 時(shí)。廠區(qū)蒸汽凝結(jié)水經(jīng)取樣化驗(yàn)，其水質(zhì)符合自來水衛(wèi)生指標(biāo)，可用作浴室洗浴用水。將凝結(jié)水用于浴室洗浴，既可以節(jié)約水，又可以利

14、用凝結(jié)水中的熱能，是一種較為合理的利用途徑。全廠蒸汽凝結(jié)水每時(shí)每刻均在產(chǎn)生，而浴室是定時(shí)開放，故應(yīng)將凝結(jié)水回收儲(chǔ)存，考慮到浴室用水時(shí)蒸汽凝結(jié)水仍在產(chǎn)生，這一部分凝結(jié)水及時(shí)用掉不需存儲(chǔ)，凝結(jié)水蓄水池蓄水量需 60m3，待浴室使用時(shí)將凝結(jié)水用凝結(jié)水泵供入浴室熱交換器。6 效益分析集中供熱不但具有良好的社會(huì)效益，還具有持續(xù)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。其社會(huì)效益有：提高了社會(huì)能源的綜合利用率，消除了鍋爐運(yùn)行的不安全因素，徹底解決了鍋爐產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水、噪聲的環(huán)境污染問題。其經(jīng)濟(jì)效益有：廠自產(chǎn)蒸汽成本為 61.15 元/噸，2000 年全廠耗汽 28413 噸，合計(jì)成本為 173.75 萬元；熱電廠供熱蒸汽售價(jià)為 61.43 元/噸，因熱電廠供熱蒸汽為過熱蒸汽，其壓力和溫度均高于廠自產(chǎn)蒸汽，故其每噸蒸汽含熱量高于廠自產(chǎn)蒸汽，雖然 2001 年生產(chǎn)任務(wù)比去年多，加班加點(diǎn)又多于 2000 年，但 2001 年汽耗較上年仍有下降，2001 年全廠耗汽 23459噸，合計(jì)成本為 144.11 萬元，較 2000 年減少用汽 4954 噸，年節(jié)約蒸汽合計(jì)成本 29.64 萬元。7 結(jié)論7.1 通過一年多時(shí)間的運(yùn)行，集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，供汽壓力、溫度穩(wěn)定，滿足了廠生產(chǎn)生活用汽需要。7.2 蒸汽減壓方案采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，可