熱水蓄熱器在區(qū)域供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、區(qū)域供熱20056期熱水蓄熱器在區(qū)域供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用?？轮Z能源有限公司(ElectrowattEkono)張殿軍北京市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司聞作祥【摘要】區(qū)域供熱蓄熱器是節(jié)能設(shè)施，因此在芬蘭等北歐國(guó)家以及韓國(guó)得到了很普遍的應(yīng)用，但是在中國(guó)仍然是新事物而未大規(guī)模應(yīng)用。蓄熱器將熱負(fù)荷低谷時(shí)熱源的部分供熱量蓄存，在熱負(fù)荷高峰時(shí)段與熱源共同向熱用戶供熱。蓄熱器的投資遠(yuǎn)低于建設(shè)調(diào)峰熱源，它可以最大限度地發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)以及最經(jīng)濟(jì)熱源的優(yōu)勢(shì)，降低供熱系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，使熱電廠與熱力公司在經(jīng)濟(jì)與運(yùn)行方面獲得最大的收益。熱電廠建設(shè)的蓄熱器是熱電廠優(yōu)化其運(yùn)行的有效手段；而熱力公司建設(shè)的蓄熱器可使其優(yōu)化外購(gòu)熱與自產(chǎn)熱，滿

2、足供熱系統(tǒng)的成本優(yōu)化，減少高成本尖峰熱源的建設(shè)與運(yùn)行，提高供熱系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性以及安全性。在舉國(guó)上下建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的形勢(shì)下，蓄熱器是熱電聯(lián)產(chǎn)與區(qū)域供熱行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能以及優(yōu)化運(yùn)行的最切合實(shí)際的舉措。本文旨在通過(guò)介紹熱水型蓄熱器的應(yīng)用原理與功能，企盼越來(lái)越多的熱電企業(yè)與熱力公司逐步認(rèn)識(shí)它，到最終投資建設(shè)并使用它，使蓄熱器成為熱電與供熱領(lǐng)域?qū)?jié)約型社會(huì)建設(shè)的重要舉措之一。【關(guān)鍵詞】熱電聯(lián)產(chǎn)供熱節(jié)能蓄熱器一、現(xiàn)代區(qū)域供熱系統(tǒng)現(xiàn)代區(qū)域供熱系統(tǒng)普遍采用以熱電廠為主熱源而區(qū)域鍋爐為尖峰熱源的聯(lián)合供熱系統(tǒng)。熱電廠以其最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行，不僅提高了能源利用率，更重要的是熱電聯(lián)產(chǎn)是減少CO排放的重要手段。與此

3、同時(shí)現(xiàn)代供熱系統(tǒng)普遍應(yīng)用蓄熱器來(lái)平衡熱電廠的生產(chǎn)與供熱系統(tǒng)的供需，因此在芬蘭，瑞典，丹麥，韓國(guó)等地得到了廣泛的應(yīng)用，而韓國(guó)的區(qū)域供熱系統(tǒng)就是在埃柯諾能源有限公司的全面支持下發(fā)展建設(shè)起來(lái)的。圖1為埃柯諾能源有限公司設(shè)計(jì)供應(yīng)的安裝在韓國(guó)某熱電廠的2×20000m大型區(qū)域供熱熱水蓄熱器。二、蓄熱器的結(jié)構(gòu)與工作原理蓄熱器為具有一定容積的罐，可用鋼板焊接而成或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其體積與高度由供熱系統(tǒng)的需要而決定的。蓄熱器通常設(shè)計(jì)為圓柱形立式鋼罐，類(lèi)似于儲(chǔ)油罐，對(duì)罐體進(jìn)行隔熱保溫。蓄熱器內(nèi)部安裝上下布水盤(pán)用于對(duì)蓄熱放熱的水流控制，蓄熱器外部系統(tǒng)蓄熱放熱的水泵與相應(yīng)的控制閥。蓄熱器分為常壓與有壓蓄熱

4、器兩類(lèi)，有壓蓄熱器蓄熱水溫度通常小于120，而常壓蓄熱器其蓄熱水溫度小于98。蓄熱器的運(yùn)行依據(jù)不同溫度的水其密度差異的冷熱水分層原理，溫度高的供水處于蓄熱罐的一h部區(qū)域，而溫度低的回水處于蓄熱罐的下部區(qū)域。蓄熱時(shí)，冷水從蓄熱罐底部排出；而熱水從蓄熱罐上部區(qū)域蓄入罐內(nèi)；放熱過(guò)程，則流向相反。為了保證蓄熱器的可靠運(yùn)行，最重要的是控制進(jìn)入流出的水流量，以防止蓄熱器內(nèi)冷熱水層的混合，參見(jiàn)圖2。盡管有壓蓄熱器可以蓄存高于100的熱水，但其投資高，而很少在區(qū)域供熱系統(tǒng)得到應(yīng)用。實(shí)際工程中 常采用常壓蓄熱器，蓄存溫度低于100的熱水。蓄熱器可與供熱管網(wǎng)直接連接或間接連接，在多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的供熱系統(tǒng)中，僅有一

5、個(gè)熱源的蓄熱器與熱網(wǎng)直接連接并作為熱網(wǎng)的定壓系統(tǒng)，而其余的必須與熱網(wǎng)通過(guò)換熱器間接連接。三、熱水蓄熱器的應(yīng)用熱用戶的熱負(fù)荷是隨著室外氣溫與用戶的用熱習(xí)慣而變化的，因此存在著用熱負(fù)荷的高峰與低谷，尤其當(dāng)用戶實(shí)現(xiàn)了控制與熱計(jì)量收費(fèi)。為了滿足用戶供熱的需求，熱源必須根據(jù)熱負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的供熱量調(diào)整。但是受熱電廠自控水平的限制以及熱電廠增減負(fù)荷的復(fù)雜性，熱源的供熱量不可能?chē)?yán)格地隨用戶熱需求的變化而及時(shí)調(diào)整，因此室外氣溫的變化將導(dǎo)致用戶室溫的相應(yīng)變化。如突來(lái)寒流，熱源供熱量的調(diào)節(jié)滯后與不及時(shí)將導(dǎo)致用戶室溫的降低，影響了供暖質(zhì)量；氣溫升高將導(dǎo)致室溫的超高，因而浪費(fèi)能源，同時(shí)頻繁地調(diào)整負(fù)荷將降低設(shè)備的使用壽命

6、。為了平衡熱源的運(yùn)行，使之相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行，在熱電廠建設(shè)蓄熱器對(duì)提高熱電廠的供熱能力降低熱電廠的供熱量波動(dòng)提高供熱質(zhì)量節(jié)約能源都具有重要的作用與意義。蓄熱器的應(yīng)用可保持電廠供熱機(jī)組恒定負(fù)荷運(yùn)行，在用戶熱負(fù)荷較低時(shí)，蓄熱器將多余的供熱量?jī)?chǔ)存在罐體內(nèi)，當(dāng)室外氣溫降低，熱負(fù)荷增加，而供熱機(jī)組的供熱能力不能滿足用戶熱負(fù)荷的需要，此時(shí)蓄熱器將放熱，將儲(chǔ)存在罐體內(nèi)的熱量與供熱機(jī)組的恒定供熱量共同供給用戶，以滿足高峰熱負(fù)荷的需要。通常蓄熱器可以向供熱系統(tǒng)提供l0一15的消峰能力，如圖3。另外一種情況是，夜晚用電負(fù)荷較低，可從凝汽式汽輪機(jī)抽取相當(dāng)量的蒸汽與蓄熱器系統(tǒng)進(jìn)行汽水熱交換，將熱蓄存于蓄熱器內(nèi)，在白天用電負(fù)

7、荷較高時(shí)，汽輪機(jī)減少抽汽而增加發(fā)電，蓄熱器與降低了供熱出力的供熱機(jī)組同時(shí)供熱，以滿足熱網(wǎng)需求。四、蓄熱器的功能與作用在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)中應(yīng)用蓄熱器具有多方面的作用與效益：1加強(qiáng)熱電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，穩(wěn)定熱電廠運(yùn)行使用蓄熱器的主要效益是在同樣熱負(fù)荷狀態(tài)下能夠提高熱電廠的發(fā)電生產(chǎn)(減少熱電廠的凝汽運(yùn)行)，減少熱電廠部分負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)蓄熱器可被看作為熱源與熱用戶之間的緩沖器，主要用于平衡熱負(fù)荷(消除峰值)并為熱源(與輸配)提供靈活性。在供熱系統(tǒng)若干個(gè)熱電廠中利用最經(jīng)濟(jì)的熱電廠(最廉價(jià)燃料)更好地利用成本最優(yōu)熱能生產(chǎn)與燃料。考慮峰谷電價(jià)，在熱電廠應(yīng)用蓄熱器實(shí)現(xiàn)發(fā)電的靈活性與自由度，提高熱電廠的經(jīng)濟(jì)性。蓄熱

8、器尤其對(duì)背壓機(jī)組與抽汽凝汽式汽輪機(jī)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，它充分地利用了熱電廠的供熱。它將熱電廠廉價(jià)的熱能態(tài)下，蓄熱器與熱電廠聯(lián)合供熱，可降低高價(jià)尖峰熱源的供熱量，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行。2蓄熱器是熱網(wǎng)安全運(yùn)行的保障當(dāng)供熱系統(tǒng)水泵因意外原因而突然停止運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生水擊，使電廠內(nèi)部與熱力管網(wǎng)遭到很大的破壞。如果供熱系統(tǒng)裝備有蓄熱器，它將大大緩解水擊造成的高壓振蕩，減輕水擊造成的破壞與災(zāi)難。3蓄熱器是供熱系統(tǒng)的備用熱源某熱源因故而停止供熱時(shí)，蓄熱器可以及時(shí)運(yùn)行補(bǔ)充供熱，防止造成大面停熱狀態(tài)。4蓄熱器是突發(fā)事故時(shí)熱網(wǎng)的緊急補(bǔ)水系統(tǒng)當(dāng)熱網(wǎng)某處突然爆裂而大量失水時(shí)，與熱網(wǎng)直接連接的蓄熱器立即向熱網(wǎng)補(bǔ)水維持

9、系統(tǒng)壓力，以防整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的事故與停運(yùn)。5建設(shè)蓄熱器可以代替尖峰熱源的建設(shè)蓄熱器一個(gè)重要作用是對(duì)供熱系統(tǒng)的削峰填谷，它的調(diào)峰能力可取代建設(shè)尖峰熱源，節(jié)約尖峰供熱廠的燃料消耗。6蓄熱器與供熱系統(tǒng)直接連接，可作為熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)由于蓄熱器始終保持恒定的液位高度，它可保證供熱系統(tǒng)靜壓值恒定，因此它可作為熱網(wǎng)的定壓系統(tǒng)。7蓄熱器可緩解夏季熱網(wǎng)壓力波動(dòng)供熱系統(tǒng)夏季只供應(yīng)生活熱水負(fù)荷，由于熱水負(fù)荷的隨時(shí)變化，導(dǎo)致熱網(wǎng)循環(huán)水流量的劇烈變化，由于熱網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)轉(zhuǎn)，因而致使熱網(wǎng)的壓力劇烈變化，在低峰負(fù)荷時(shí)，熱網(wǎng)壓力急劇上升，威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。如果建設(shè)了蓄熱器，它可緩解熱網(wǎng)的壓力急劇升高，使供熱系統(tǒng)安全運(yùn)行。四、

10、蓄熱器的經(jīng)濟(jì)性及其影響因素區(qū)域供熱系統(tǒng)應(yīng)用蓄熱器的經(jīng)濟(jì)性取決于熱電廠供熱與尖峰鍋爐房供熱熱價(jià)之差，電力峰谷電價(jià)，不同熱電廠之間的成本之差，蓄熱器的使用頻率，蓄熱器回水溫度，熱價(jià)與燃料價(jià)格等諸多因素。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，如果熱價(jià)相差大于20元GJ，則蓄熱器具有很好的經(jīng)濟(jì)性。而根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，燃煤供熱鍋爐的供熱成本超過(guò)熱電廠(25元GJ)供熱成本的2倍以上，而天然氣供熱鍋爐的熱生產(chǎn)成本是熱電廠的3倍，因此燃煤尖峰鍋爐的熱價(jià)高于60元GJ，而天然氣尖峰鍋爐的熱價(jià)高達(dá)96元GJ。顯而易見(jiàn)，對(duì)于中國(guó)的供熱系統(tǒng)，建設(shè)蓄熱器充分利用熱電聯(lián)產(chǎn)，減少啟動(dòng)尖峰鍋爐，將極大地提高熱力公司的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)中國(guó)供熱系

11、統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，供熱負(fù)荷尖峰時(shí)段僅為6小時(shí)，為滿足短期尖峰時(shí)段的供熱需求而投入大量資金建設(shè)鍋爐供熱廠顯然不甚合理。而建設(shè)蓄熱器來(lái)滿足同樣的供熱需求，其投資額遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建設(shè)供熱鍋爐房，實(shí)現(xiàn)合理的投資。對(duì)于蓄存98熱水的蓄熱器，回水溫度越低，其蓄熱量則越大，則效益越好，投資回收期越短。對(duì)于10000m3的蓄熱器，當(dāng)水溫為9865時(shí)，其蓄熱能力為380MWh；如果回水溫度降低至50，則蓄熱能力提高至495MWh，增長(zhǎng)30。建設(shè)單臺(tái)l0000m蓄熱器，如果用于取代建設(shè)天然氣供熱尖峰鍋爐，則投資回收年限僅僅為5年左右；若用于取代建設(shè)燃煤尖峰鍋爐，則蓄熱器的投資回收年限為l0年。蓄熱器建設(shè)規(guī)模越大，則蓄熱

12、器比投資額越低。10000m3蓄熱器蓄熱量380MWh，可以以63MW連續(xù)供熱6小時(shí)，滿足供熱系統(tǒng)的調(diào)峰。但如果建設(shè)一臺(tái)60MW或者2×30MW燃用天然氣熱水鍋爐供熱廠的投資額將達(dá)到2000萬(wàn)人民幣，建設(shè)安裝蓄熱器的投資低于建設(shè)同等規(guī)模供熱廠的投資，同時(shí)節(jié)約大量與燃料相關(guān)的費(fèi)用，以及大量運(yùn)行費(fèi)用。五、芬蘭赫爾辛基Vuosaari熱電廠蓄熱器項(xiàng)目Vuosaari燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電廠位于赫爾辛基東部，總發(fā)電能力為464MW，供熱能力為540MW，該熱電廠通過(guò)10公里DN1000輸配干線將熱力輸配至赫爾辛基市中心區(qū)。作為現(xiàn)代化供熱系統(tǒng)，在該電廠建設(shè)了一臺(tái)20000m3的熱水蓄熱器，罐直徑

13、29.15m，高度為39.5m，蓄充9865熱水，其蓄熱能力為1000MWh，其供熱能力為120MW，供熱8小時(shí)，蓄熱器采用冷熱水分層技術(shù)，并與熱網(wǎng)通過(guò)一換熱器間接連接。此蓄熱器的應(yīng)用大大提高了熱電廠的運(yùn)行靈活性與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。六、中國(guó)第一個(gè)區(qū)域供熱蓄熱器項(xiàng)目北京熱力集團(tuán)是中國(guó)最大的供熱公司，8座熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，所屬熱力站1612座，管網(wǎng)主干線長(zhǎng)度526公里，現(xiàn)供熱面積8800多萬(wàn)平方米。北京熱力集團(tuán)高瞻遠(yuǎn)矚，深深領(lǐng)會(huì)了國(guó)家熱電聯(lián)產(chǎn)政策，為了優(yōu)化北京市特大型供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，最大限度地利用熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱的規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)與節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，保證供熱系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，提高熱網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，在國(guó)務(wù)院頒布建設(shè)節(jié)約型社會(huì)號(hào)召之前，北京熱力集團(tuán)已決策建設(shè)一座區(qū)域供熱蓄熱器，體