熱水蓄熱器在區(qū)域供熱系統(tǒng)中的應用

1、維普資訊區(qū)域供熱20056期熱水蓄熱器在區(qū)域供熱系統(tǒng)中的應用埃柯諾能源有限公司(ElectrowattEkono)張殿軍北京市熱力集團有限責任公司聞作祥【摘要】區(qū)域供熱蓄熱器是節(jié)能設施，因此在芬蘭等北歐國家以及韓國得到了很普遍的應用，但是在中國仍然是新事物而未大規(guī)模應用。蓄熱器將熱負荷低谷時熱源的部分供熱量蓄存，在熱負荷高峰時段與熱源共同向熱用戶供熱。蓄熱器的投資遠低于建設調峰熱源，它可以最大限度地發(fā)揮熱電聯(lián)產以及最經濟熱源的優(yōu)勢，降低供熱系統(tǒng)的運營成本，使熱電廠與熱力公司在經濟與運行方面獲得最大的收益。熱電廠建設的蓄熱器是熱電廠優(yōu)化其運行的有效手段；而熱力公司建設的蓄熱器可使其優(yōu)化外購熱與自

2、產熱，滿足供熱系統(tǒng)的成本優(yōu)化，減少高成本尖峰熱源的建設與運行，提高供熱系統(tǒng)的運行經濟性與可靠性以及安全性。在舉國上下建設節(jié)約型社會的形勢下，蓄熱器是熱電聯(lián)產與區(qū)域供熱行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能以及優(yōu)化運行的最切合實際的舉措。本文旨在通過介紹熱水型蓄熱器的應用原理與功能，企盼越來越多的熱電企業(yè)與熱力公司逐步認識它，到最終投資建設并使用它，使蓄熱器成為熱電與供熱領域對節(jié)約型社會建設的重要舉措之一?！娟P鍵詞】熱電聯(lián)產供熱節(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)。熱電廠以其最經濟的方式運行，不僅提高了能源利用率，更重要的是熱電聯(lián)產是減少CO排放的重要手

3、段。與此同時現(xiàn)代供熱系統(tǒng)普遍應用蓄熱器來平衡熱電廠的生產與供熱系統(tǒng)的供需，因此在芬蘭，瑞典，丹麥，韓國等地得到了廣泛的應用，而韓國的區(qū)域供熱系統(tǒng)就是在?？轮Z能源有限公司的全面支持下發(fā)展建設起來的。圖1為?？轮Z能源有限公司設計供應的安裝在韓國某熱電廠的220000m大型區(qū)域供熱熱水蓄熱器。二、蓄熱器的結構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構。其體積與高度由供熱系統(tǒng)的需要而決定的。蓄熱器通常設計為圓柱形立式鋼罐，類似于儲油罐，對罐體進行隔熱保溫。蓄熱器內部安裝上下布水盤用于對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的控制閥。蓄熱器分為常壓與有壓蓄熱器兩

4、類，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，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；放熱過程，則流向相反。為了保證蓄熱器的可靠運行，最重要的是控制進入流出的水流量，以防止蓄熱器內冷熱水層的混合，參見圖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)得到應用。實際工程中 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直接連接或間接連接，在多熱源聯(lián)網運行的供熱系統(tǒng)中，僅有一個熱

5、源的蓄熱器與熱網直接連接并作為熱網的定壓系統(tǒng)，而其余的必須與熱網通過換熱器間接連接。三、熱水蓄熱器的應用熱用戶的熱負荷是隨著室外氣溫與用戶的用熱習慣而變化的，因此存在著用熱負荷的高峰與低谷，尤其當用戶實現(xiàn)了控制與熱計量收費。為了滿足用戶供熱的需求，熱源必須根據(jù)熱負荷進行實時的供熱量調整。但是受熱電廠自控水平的限制以及熱電廠增減負荷的復雜性，熱源的供熱量不可能嚴格地隨用戶熱需求的變化而及時調整，因此室外氣溫的變化將導致用戶室溫的相應變化。如突來寒流，熱源供熱量的調節(jié)滯后與不及時將導致用戶室溫的降低，影響了供暖質量；氣溫升高將導致室溫的超高，因而浪費能源，同時頻繁地調整負荷將降低設備的使用壽命。為

6、了平衡熱源的運行，使之相對穩(wěn)定運行，在熱電廠建設蓄熱器對提高熱電廠的供熱能力降低熱電廠的供熱量波動提高供熱質量節(jié)約能源都具有重要的作用與意義。蓄熱器的應用可保持電廠供熱機組恒定負荷運行，在用戶熱負荷較低時，蓄熱器將多余的供熱量儲存在罐體內，當室外氣溫降低，熱負荷增加，而供熱機組的供熱能力不能滿足用戶熱負荷的需要，此時蓄熱器將放熱，將儲存在罐體內的熱量與供熱機組的恒定供熱量共同供給用戶，以滿足高峰熱負荷的需要。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，夜晚用電負荷較低，可從凝汽式汽輪機抽取相當量的蒸汽與蓄熱器系統(tǒng)進行汽水熱交換，將熱蓄存于蓄熱器內，在白天用電負荷較

7、高時，汽輪機減少抽汽而增加發(fā)電，蓄熱器與降低了供熱出力的供熱機組同時供熱，以滿足熱網需求。四、蓄熱器的功能與作用在熱電聯(lián)產供熱系統(tǒng)中應用蓄熱器具有多方面的作用與效益：1加強熱電廠的經濟運行，穩(wěn)定熱電廠運行使用蓄熱器的主要效益是在同樣熱負荷狀態(tài)下能夠提高熱電廠的發(fā)電生產(減少熱電廠的凝汽運行)，減少熱電廠部分負荷運行，此時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)若干個熱電廠中利用最經濟的熱電廠(最廉價燃料)更好地利用成本最優(yōu)熱能生產與燃料?？紤]峰谷電價，在熱電廠應用蓄熱器實現(xiàn)發(fā)電的靈活性與自由度，提高熱電廠的經濟性。蓄熱器尤

8、其對背壓機組與抽汽凝汽式汽輪機的穩(wěn)定與經濟運行具有重要作用，它充分地利用了熱電廠的供熱。它將熱電廠廉價的熱能態(tài)下，蓄熱器與熱電廠聯(lián)合供熱，可降低高價尖峰熱源的供熱量，優(yōu)化系統(tǒng)的運行。2蓄熱器是熱網安全運行的保障當供熱系統(tǒng)水泵因意外原因而突然停止運行時，將產生水擊，使電廠內部與熱力管網遭到很大的破壞。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，蓄熱器可以及時運行補充供熱，防止造成大面停熱狀態(tài)。4蓄熱器是突發(fā)事故時熱網的緊急補水系統(tǒng)當熱網某處突然爆裂而大量失水時，與熱網直接連接的蓄熱器立即向熱網補水維持系統(tǒng)

9、壓力，以防整個熱網系統(tǒng)的事故與停運。5建設蓄熱器可以代替尖峰熱源的建設蓄熱器一個重要作用是對供熱系統(tǒng)的削峰填谷，它的調峰能力可取代建設尖峰熱源，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，因此它可作為熱網的定壓系統(tǒng)。7蓄熱器可緩解夏季熱網壓力波動供熱系統(tǒng)夏季只供應生活熱水負荷，由于熱水負荷的隨時變化，導致熱網循環(huán)水流量的劇烈變化，由于熱網循環(huán)泵定速運轉，因而致使熱網的壓力劇烈變化，在低峰負荷時，熱網壓力急劇上升，威脅系統(tǒng)的安全運行。如果建設了蓄熱器，它可緩解熱網的壓力急劇升高，使供熱系統(tǒng)安全運行。四、蓄熱

10、器的經濟性及其影響因素區(qū)域供熱系統(tǒng)應用蓄熱器的經濟性取決于熱電廠供熱與尖峰鍋爐房供熱熱價之差，電力峰谷電價，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，熱價與燃料價格等諸多因素。根據(jù)國外經驗，如果熱價相差大于20元GJ，則蓄熱器具有很好的經濟性。而根據(jù)國內的實際運行經驗，燃煤供熱鍋爐的供熱成本超過熱電廠(25元GJ)供熱成本的2倍以上，而天然氣供熱鍋爐的熱生產成本是熱電廠的3倍，因此燃煤尖峰鍋爐的熱價高于60元GJ，而天然氣尖峰鍋爐的熱價高達96元GJ。顯而易見，對于中國的供熱系統(tǒng)，建設蓄熱器充分利用熱電聯(lián)產，減少啟動尖峰鍋爐，將極大地提高熱力公司的經濟效益。根據(jù)中國供熱系統(tǒng)的

11、實際運行經驗，供熱負荷尖峰時段僅為6小時，為滿足短期尖峰時段的供熱需求而投入大量資金建設鍋爐供熱廠顯然不甚合理。而建設蓄熱器來滿足同樣的供熱需求，其投資額遠遠低于建設供熱鍋爐房，實現(xiàn)合理的投資。對于蓄存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。對于10000m3的蓄熱器，當水溫為9865時，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30。建設單臺l0000m蓄熱器，如果用于取代建設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。蓄熱器建設規(guī)模越大，則蓄熱器比

12、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，滿足供熱系統(tǒng)的調峰。但如果建設一臺60MW或者230MW燃用天然氣熱水鍋爐供熱廠的投資額將達到2000萬人民幣，建設安裝蓄熱器的投資低于建設同等規(guī)模供熱廠的投資，同時節(jié)約大量與燃料相關的費用，以及大量運行費用。五、芬蘭赫爾辛基Vuosaari熱電廠蓄熱器項目Vuosaari燃氣蒸汽聯(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)，在該電廠建設了一臺20000m3的熱水蓄熱器，罐直徑29.15m，高

13、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，蓄熱器采用冷熱水分層技術，并與熱網通過一換熱器間接連接。此蓄熱器的應用大大提高了熱電廠的運行靈活性與運行經濟性。六、中國第一個區(qū)域供熱蓄熱器項目北京熱力集團是中國最大的供熱公司，8座熱源聯(lián)網運行，所屬熱力站1612座，管網主干線長度526公里，現(xiàn)供熱面積8800多萬平方米。北京熱力集團高瞻遠矚，深深領會了國家熱電聯(lián)產政策，為了優(yōu)化北京市特大型供熱系統(tǒng)的經濟運行，最大限度地利用熱電聯(lián)產區(qū)域供熱的規(guī)模經濟優(yōu)勢與節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢，保證供熱系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行，提高熱網運行的可靠性，在國務院頒布建設節(jié)約型社會號召之前，北京熱力集團已決策建設一座區(qū)域供熱