[科普中国]-集中供热

基本介绍

集中供热是建设现代化城市的重要基础设施。集中供热不仅能给城市提供稳定、可靠的高品位热源，改善人居环境条件，而且能节约能源，降低能耗，减少城市污染，保护生态环境。

集中供热系统由热源、供热管网、热用户三部分组成。集中供热热源包括热电联产的电厂、集中锅炉房、工业与其他余热、地热、核能、太阳能、热泵等，亦可是由几种热源共同组成的多热源联合供热系统。热源分布要尽量集中、合理，而热源设备尽量选择高参数、大容量、高效率的设备。热源的位置应尽量设在热负荷中心，并根据燃料运输、热力管网和输电出线、水源、除灰、地形、地质、水文、环保、综合利用等诸因素，通过技术经济比较确定。集中供热热源、热力管网和热用户设施要统一规划、统筹安排、同步建设，尽早发挥集中供热的经济效益和社会效益。

集中供热几个重要概念1、同时使用系数

在集中供热区域内许多热用户、一个企业内许多用热设备不能同时出现最大热负荷，因此在计算供热区域的最大热负荷时，必须考虑各热用户 （或各用热设备）的同时使用系数。它表示全部用热设备运行时实际的最大热负荷与各热用户 （或各用热设备）最大热负荷总和的比值，即：

K=全部用热设备运行时实际的最大热负荷/各用热设备最大热负荷总和

式中K为同时使用系数。

2、最大热负荷利用小时数

在一定时间 （供暖期或年）内总耗热量按设计热负荷折算的工作小时数。其数值等于在一定时间内总耗热量与设计热负荷之比，即：

H1=一定时间内总耗热量/设计热负荷

式中H1为最大热负荷利用小时数，h。

3、发电设备年利用小时数

用来衡量发电设备的利用程度，为发电厂年发电量与同期内发电机组额定容量总和的比值，即：

H2=发电厂年发电量/发电机组额定容量总和

式中H2为发电设备年利用小时数，h。

4、热化系数

热电联产的最大供热量占供热区域最大热负荷的份额，即：

a=热电联产的最大小时供热量/供热区域最大热负荷

式中a为热化系数。

热电联产的最大供热量指汽轮机抽汽或背压排汽的最大供热量，是扣除热电厂自用汽量后的最大相对供热量；区域最大热负荷是考虑同时使用系数之后的最大热负荷。

热化系数反映了该供热区域的热电联产程度，有条件时应进行优化选择。最佳热化系数与国家经济技术发展水平有关，一般均小于1。

5、热负荷中心

所谓热负荷中心是指在供热区域内，各热用户的热负荷最集中，通往各热用户的供热管网最短的点。若将集中供热区域看作一个坐标系，则可以求出热负荷中心，即：

式中x，y为热负荷中心点坐标，km；

x1，x2，…，xn为各热用户x轴上的坐标，km；

y1，y2，…，yn为各热用户y轴上的坐标，km；

Q1，Q2，…，Qn为各热用户热负荷，GJ/h。1

热负荷的类别及收集整理在集中供热设计中，热负荷是最重要的基础资料。无论确定供热热源、供热系统，还是选择各类供热设备都离不开热负荷。所以，即使是运行管理人员，也应对热负荷的计算及确定有所了解。

在集中供热设计中，首先要确定热负荷。为了准确地确定热负荷，要进行热负荷资料的收集和整理。热负荷可以分为采暖热负荷、通风热负荷、生产工艺热负荷、生活热水供应热负荷及空调制冷热负荷等。

各类热负荷的收集1、采暖通风热负荷 采暖通风热负荷是季节性负荷，所以，其负荷量与室外温度、建筑围护结构的热工特性有关。

2、生产工艺热负荷 生产工艺热负荷是全年性较稳定的负荷，但由于生产工艺的要求，有的昼夜负荷变化较大，或由于生产班制连续与否等，使负荷发生波动。也有一些生产工艺负荷属于季节性的。此外，还有某些产品，其工艺热负荷虽然比较稳定，但也常有波动。为了从各方面分析热负荷，在可能的条件下，还要收集原设计产品数量、产品用热或用热标准的单耗指标、生产班次、季节性特性、检修周期等。此外，还需要收集各时段具有代表性的典型生产日小时热负荷。

3、生活热水供应热负荷 生活热水供应热负荷是全年性负荷，带有一定的季节变化特性。

4、空调制冷负荷 空调制冷负荷是季节性的，随着夏季室外温度的变化而改变。

5、热负荷收集方法 热负荷的种类较多，要针对各类热负荷的具体对象进行收集。生产工艺热负荷以生产厂为主，亦可向生产主管部门收集。了解工业锅炉运行时间、用煤量、蒸汽参数、蒸汽量、锅炉效率、回水率等。采暖热负荷，主要向城市规划部门、建设部门落实各类建筑面积的现状及发展情况，向燃料公司了解采暖用煤供应情况，向锅炉部门了解采暖锅炉运行情况。热负荷供应应该有双方的协议书。对新建项目的热负荷，必须以主管部门批准的设计任务书为依据。

热负荷的核算与整理在核实和重点调查热负荷时应考虑以下事项：

① 热用户的生产原料是否落实，产品是否适销对路，有无转产、停产的可能，及转产、停产后的热负荷情况。

② 有无一级热负荷用户，并注意用户的生产班次和同时使用系数。

③ 对供热连续的要求，中断供热时对生产的影响。

④ 对新增热用户的热负荷，应通过初步设计或有关主管领导机关批准的建设规模进行核定。

对已有热负荷的核算可采用耗煤量及设计能耗等方法进行验算。按耗煤量或原设计产品数量、产品单耗、用汽规律等进行验算，能反映真实情况。用户所提供的热负荷往往出入较大，包括所提供的耗煤量、用汽量等，因管理、计量、监测仪表等不准确，在一定程度上只能是估算数据。此外，小锅炉热效率低，往往达不到额定出力，但仍按额定出力上报等原因，导致了热负荷量与煤耗量的误差。对上述两种验算方法的结果进行比较，如果误差太大，还应进一步分析，直到最后得出较符合实际的负荷量。

对新增加的热负荷，只能按该项目的初步设计，参考类似企业资料确定。

供热机组或锅炉确定后，各用户汽量无论是直接或间接用热量，均应换算到热电厂出口或锅炉出口的供热蒸汽参数处的相应汽量。

集中供热热源厂热电厂1、热电厂热电联产原理

热电厂汽轮机的热电联产过程是在热力循环的基础上进行的，其原理如右图a所示。在锅炉 （Ⅰ）内生产的高温高压蒸汽在汽轮机 （Ⅱ）内膨胀做功，转化为汽轮机轴上的机械能，而后由发电机 （Ⅲ）转化为电能。汽轮机乏汽送往用户 （Ⅳ），然后在用户处凝结，放出汽化潜热，用凝结水泵 （V）打回锅炉 （Ⅰ）。

在Y-S图（右图b）中，水在炉内加热、汽化、过热等过程用曲线1-2-3-4表示，曲线1-2-3-4-5-6-7-1下的面积表示锅炉内吸收的总热量，蒸汽在汽轮机内膨胀过程用直线5-5表示，往用户传递热量的过程用直线5-1表示；转变为电能的热量用面积1-2-3-4-5-1表示，传递给热用户的热量用面积1-5-6-7-1表示。由此可见，热电厂热力循环中，由于没有低温热损失，汽轮机乏汽的余热被热用户所利用，所以，大大提高了热效率。这样，热电联产时，热效率为70%~90%。而热电分产时，凝汽式电厂热效率为35%~40%。

2、供热机组形式及其系统

① 背压式供热机组及其系统

这种机组不带凝汽器，经汽轮机做过功的乏汽全部供给热用户，这种机组以热定电，是一种节能效果较好的机型，但其发电量受到供热量的制约，当没有有热负荷时，机组停运。

② 抽汽凝汽式机组

这种机组比背压式机组灵活，发电量不受外部热负荷的制约，但热负荷降低到某限额时，特别是当机组纯凝汽运行时，发电煤耗高，不经济。抽汽凝汽式机组有单抽汽和双抽汽供热机组两种。

③ 大型抽汽供热发电两用机组 这种机组是高压、超高压和亚临界压力大型抽汽凝汽式供热机组。它主要用于城市大面积的集中供热。这种机组具有较高的经济性，即使在凝汽工况下运行，机组效率也不降低，所以这种机组适合于电厂与热网分阶段建设。

④ 凝汽机组改造为供热机组 在凝汽机组高中压缸和中压缸之间的导汽管开孔，将部分蒸汽抽出来供热，类似于抽汽供热机组，但这种改造的机组抽汽不可调，供汽能力有限。还有一种改造方式是将凝汽器中乏汽压力提高，也就是降低凝汽器真空度，将凝汽器改造为供热系统的热网加热器，而冷却水直接作为热网的循环水。这种方法叫做凝汽机组的恶化真空供热。另外，还有拆除部分叶轮改为背压运行等方式。

3、供热机组选择原则

① 为了热电厂经济运行，供热机组的热化系数应小于/1，一般可取0.5~0.8。

② 在保证安全、经济运行的条件下，应尽量选择较高参数和较大容量的机组经济效益。

③ 凝汽机组低真空运行供采暖热负荷的项目，只适用于老的凝汽式发电厂改造。

④ 供热汽轮机组的选型可按如下原则：热负荷全年稳定，且热负荷较大的热电厂可以选择背压机组或抽汽背压机组；热负荷较大，且部分热负荷不稳定时，可以选一台抽汽凝汽式机组作为负荷的调节；当季节性负荷占较大比例时，可以选择抽汽凝汽式机组；对利用原有锅炉房发电或改建锅炉房搞小热电工程时，一般应选择背压机组。

⑤ 当一台机组停运时，其余机组 （包括调峰机组）承担用户连续生产所需的生产用汽量，而且负担冬季采暖、通风、空调、生活用热量的60%~75%。

⑥ 锅炉单台容量在10t/h或20t/h以上，供热设备年利用小时超过4000h，经技术经济比较确实具有较为显著的经济效益者，均应建设热电站。

4、热电厂布置原则

① 热电厂的布置应符合城市总体规划及供热规模的要求。

② 热电厂尽量布置在热负荷中心，同时根据燃料运输、热网和输电出线、地形、地质、水文、气象、环保、综合利用等条件，通过技术经济比较确定。

③ 热电厂应尽量占用荒地、次地和低产田，应避开滑坡、溶洞及有塌方、断裂、淤泥、水淹等不良地质的地段。

④ 热电厂的布置应满足工艺流程的要求。应以主厂房为中心，确定主厂房位置后再确定辅助设施位置，使交通运输线路和各种管线通顺短捷，避免迂回交叉。

⑤ 主厂房的扩建端应面向厂区施工和发展方向；固定端靠近进厂干道一侧；汽轮机间尽可能靠近供排水的水源地，在可能的条件下要有较好的朝向，并兼顾高压输电线进出线方便。

⑥ 远近结合与分期建设。当热电厂需要发展时，总平面布置除预留发展用地满足主要厂房的需要外，尚应考虑相应辅助设施及各种管线和交通运输的发展需要，切实搞好远近结合，做到近期合理、远期适当。

区域锅炉房1、供热锅炉的形式

锅炉按供热介质分类，可分为蒸汽锅炉、热水锅炉及汽-水两用锅炉；按所烧燃料分类，可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、垃圾锅炉及生物质锅炉；按锅炉燃烧方式分类，可分为链条炉排锅炉、沸腾炉、循环流化床锅炉及煤粉炉。

2、锅炉房的布局

① 锅炉房应靠近热负荷中心，以便节能和运行管理方便。

② 锅炉房应便于燃料贮运、灰渣排放、场地污水排放。

③ 锅炉房尽可能靠近公路、水路、铁路。

④ 锅炉房应布置在总体主导风向的下风侧。

⑤ 锅炉房的布置应便于热网管道进出和凝结水的回收。

⑥ 锅炉房的操作面一般布置在南侧。

⑦ 新建的锅炉房应考虑扩建的可能性，并留有余地。2

集中供热系统的热介质集中供热系统的热介质有两种：蒸汽和热水。

热水介质有如下优点：

① 热能效率高。从能源角度分析，以热水为热介质时，由于热水是用低压抽汽加热而得到的，所以能提高联产发电量。

② 调节方便。热水温度可以根据室外空气温度进行调节，以达到节能和保证室内采暖温度的目的。

③ 热水蓄热能力强，热稳定性好。

④ 输送距离长。一般可达5~10km。

⑤ 热损失小。

热水介质的缺点是输送耗电量大，不能满足蒸汽热用户的需要。蒸汽介质有如下优点：

① 可以满足多种热用户的需要。

② 输送靠自身压力，不用循环泵。

③ 使用和输送过程中不用考虑静压，甚至输送到15~20km也不会有什么问题。

④ 使用蒸汽介质，热用户的散热设备面积可减小。

但蒸汽热介质有如下缺点：

① 能源效率低。输送蒸汽需要的压力高，所以降低了联产发电量。

② 蒸汽使用后凝结水回收困难，不仅除盐水 （或软化水）损失大，而且热损失亦大。

③ 蒸汽在使用和输送过程中损失大。

④ 比热水介质输送距离短，一般可以输送到3~5km，最大可以输送到5~7km。

热水参数愈高，输送能力愈大，愈能节省输送电量，但温度过高反而不经济。要提高热水参数则需要的蒸汽压力高，能耗大，设备投资大，所以确定热水温度时，要经过技术经济比较，蒸汽参数应根据热用户的需要和输送距离确定。

集中供热系统的类型锅炉房集中供热系统为单个企业供热的锅炉房称为企业自备锅炉房，为多个企业 （单位）供热的锅炉房称为区域锅炉房。

1、蒸汽锅炉房集中供热系统

在工矿企业，生产工艺需要蒸汽，供暖需要热水，同时还需生活热水供应。当工艺用蒸汽数量占锅炉房总热负荷的30%以上时，锅炉房宜只设置蒸汽锅炉，而所需的热水通过汽-水热交换器获得。该系统以工艺用汽为主，锅炉压力应满足工艺所需蒸汽压力。加热采暖热水所需的蒸汽压力低于工艺用汽压力，可通过减压阀获得。

2、热水采暖系统

这种系统比较简单，不论锅炉容量大小、台数多少、供水温度高低，系统原理基本相同。图中双点画线所画的方框代表补水定压装置。

3、有热水采暖和生活用汽的系统

这种系统适用于宾馆和饭店的供热。蒸汽锅炉产生的蒸汽可供吸收式制冷机、厨房、洗衣机房和生活热水加热等民用供热，其蒸汽压力一般在0.1~0.4MPa，蒸汽锅炉以0.4MPa压力运行，低压蒸汽可通过减压阀减压获得。热水锅炉专用于冬季供暖，如果采暖用户是散热器系统，则供回水温度为95/70℃或80/60℃；如果是风机盘管系统，则供回水温度还可以降低。

4、汽水两用锅炉供热系统

该系统的热水锅炉可以利用蒸汽锅炉改装而成，系统可一炉二用，在供热水同时也可供少量的蒸汽，在必要时，还可以按蒸汽锅炉方式运行，完全供应蒸汽，因而对热用户的需要具有较大适应性。

热电厂集中供热系统1、生产工艺用汽供热系统

在南方地区，工业企业热用户主要以蒸汽为主，因此热电厂集中供热主要由抽凝式汽轮机及背压式汽轮机的抽 （排）汽提供，经蒸汽热网管道送至各热用户。

2、采暖用供热系统

在北方地区，一般以采暖为主，因此热电厂集中供热主要由抽凝式汽轮机的抽汽作为热源，经热网加热器加热循环水向用户提供采暖热水。

3、多热源集中供热系统

在大中型城市的集中供热系统中，往往有一个以上的热源。这样的系统统称作多热源集中供热系统。这类多热源系统在运行中具有较大的灵活性，且备用性好，因此在我国近年新建的大中城市集中供热系统上得到了广泛应用。但是，多热源系统在运行调节和设计上比较复杂，比如，各热源是同时启动还是递次启动，是共网运行还是摘网运行，运行中如何调节管理等等。

4、利用集中供热系统集中供冷

在夏季高温、高湿的集中供热地区，当集中供热区域内的宾馆、饭店、商场和影剧院等公共建筑的制冷负荷足够大，且供热系统供热参数又能满足制冷要求时，应尽量利用现有的集中供热系统实现集中供冷 （又称热力制冷）。3