1、1既有居住小区利用余热供热方式分析研究摘要：本文结合工程实际，对既有小区利用余热供热的几种方式进行比较，对供热可行性、存在问题及解决方案进行了详细的分析说明。 关键词：既有小区、余热利用、间接供热、直接供热 Abstract: combined with the engineering practice, the existing residential use several methods of waste heat heating are compared, the feasibility, existing problems and solutions are analyzed in
2、detail. Keywords: both cell, waste heat utilization, direct heating, indirect heating TU833 0.前言 国务院发布的“十二五节能规划” ，明确指出将大力支持以合同能源管理方式开展节能减排。余热余压回收利是节能减排的主要方式之一。各级政府将在钢铁、玻璃、有色金属、化工、建材等余热余压资源丰富行业，全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用，形成能源的梯级综合利用。而作为全国第一批循环经济试点单位和国家十一五规划重点建设的循环经济示范企业，济钢十二五期间将充分开发利用现有余热资源，为城市集中供热做
3、出应有贡献。 目前济钢余热利用项目主要是高炉冲渣水的余热利用。这部分能源2虽然数量可观，但品质较低（供水温度低、压力小） ，如何充分利用并为既有居住小区实现高品质的供热是本供热方案分析的主要问题。 1.工程概况 2012-2013 采暖季，济钢运行高炉区 3 座首站，通过蒸汽辅助加热的方式，可外送 2100t/h 低温热水，供回水温度 70/50，可提供热量42MW。首站标高为 45.3 米，每个站内设补水泵 2 台，一用一备，流量30m/h，扬程 60m；循环泵 3 台，两用一备，流量 350m/h，扬程 60m；系统设计压力 1.0MPa。 现状热用户 2 个，钢城新苑和韩仓小区。其中：钢
4、城新苑供热面积46 万，分区供热，1-11 层为低温水直供，12-17 层以上经小区加压站升压后供热，热负荷 20.7MW；韩仓小区供热面积 26 万平米，2011-2012采暖季为低温水直供（设计有换热站，具备间供条件） ，热负荷 11.7MW。新增热用户为金河山庄，单体 31 座，建筑面积 15 万，区内现有换热站一座，设计热负荷 7.6MW。2012-2013 采暖季总的热负荷为 40MW，热源容量可以满足用户需求。 DN700 热水管道自热源厂敷设至金河山庄东大门，沟槽长 3.8 公里；金河山庄内一次网为 DN350 热水管道，沿小区道路敷设至换热站，沟槽长度 0.73 公里，换热站标
5、高 72 米；换热站至各单体二次网，最远端用户为 7#楼。 2.供热方式 管网的连接方式分直接供热和间接供热两种，根据本工程热源及用户的具体情况，对两种方式分别进行分析，制定合理的供热方案。水力3计算时，考虑到现状钢城新苑 1-11 层为低温水直供用户，首先以该用户处（金河山庄管网接入点，以下称接入点）的运行参数进行计算，再以济钢首站为热源进行验算。其中接入点 2011-2012 采暖季最冷期供热参数为：供回水温度 70/50，供回水压力 0.65/0.45MPa；首站供热参数为：供回水温度 70/50，流量 2100m/h。水力计算简图详见图 2-1. 2.1 方式一 直接供热 以接入点为热
6、源，水力计算以现状管网为模型，计算中选用的数据如下：管内绝对粗糙度为 0.3mm；管道局部阻力系数：=0.3；热源供水温度 70，回水温度 50，温差 20（以下计算模型采用数据相同） 。在热源相对供水压力 0.65MPa、相对回水压力 0.45MPa 的情况下，计算结论见表 2-1。 由计算结果可知，在接入点保证供回水相对压力为 0.65/0.45MPa 时，金河山庄 16#楼相对压差仅为 0.025MPa（2.5 米） ，小于单体内常规设计3-5 米阻力损失值，需与单体设计确认是否允许。另外 28#楼（最高点110.5 米） 、15#楼（最高点 110.7 米）相对回水压力均小于 0MPa
7、，热源水泵停运时，顶层会出现倒空现象。选取压差最小用户（16#楼）及最低相对回水压力用户（28#楼）分别绘制水压图，详见图 2-2、图 2-3。 直接供热（接入点-单体）计算一览表 表 2-1 4由计算结果可知，在接入点保证供回水相对压力为 0.65/0.45MPa时，金河山庄 16#楼相对压差仅为 0.025MPa（2.5 米） ，小于单体内常规设计 3-5 米阻力损失值，需与单体设计确认是否允许。另外 28#楼（最高点 110.5 米） 、15#楼（最高点 110.7 米）相对回水压力均小于 0MPa，热源水泵停运时，顶层会出现倒空现象。选取压差最小用户（16#楼）及最低相对回水压力用户（
8、28#楼）分别绘制水压图，详见图 2-2、图 2-3。 直接供热时，以济钢首站为热源进行验算，在保证热源供水压力不大于 0.75MPa，用户资用压头 0.05MPa（5m）的情况下，计算结论见表 2-2。 经计算可知，直供供热当济钢首站达到最大允许供水压力 7.5MPa 时，金河山庄共有 19 座单体处于回水压力小于 0 的状态。此外，小区管网最高点（节点 10）相对回水压力为-0.37MPa，运行时该点会出现气塞。选取相对回水压力最小用户（28#楼）绘制水压图（图 2-4） 。 直接供热（济钢首站-单体）计算一览表 表 2-2 解决这个问题有两个方案：1、将首站出水压力提高至 0.9MPa。
9、此时5因站内系统承压限制，需将循环水泵由采暖回水管改至采暖供水管；钢城新苑处压力也超过 0.65MPa 的许用值，直供单体管网均需增设减压阀进行减压；2、在金河山庄换热站一次网供水管上设加压泵，在金河山庄分支阀门处一次网回水管上设“阀前”压力调节阀。 方案 1 对现状热源及用户管网改动较多，实施难度相对较大，不作为推荐方案。 方案 2 对现状系统无影响，可行性较高。金河山庄换热站内一次网供水管上设加压泵及止回阀，加压泵流量 Q=330t/h，对应扬程 H=15m。分支阀门回水管设压力调节阀，减压能力 15m。 按第二种解决方案进行水力计算，结论见表 2-3，水压图见图 2-5。 直接供热改造方
10、案 2 计算一览表 表 2-3 经计算，改造后热源相对供、回水压力为 0.75MPa/0.41MPa，钢城新苑相对供回水压力为 0.56MPa/0.31MPa，金河山庄内相对供水压力最大单体幼儿园供、回水压力 0.585/0.398MPa，相对回水压力最小单体 28#楼供、回水压力为 0.192/0.008MPa，压差最小单体 16#楼供、回水压力为0.21/0.16MPa，全系统无超压、无倒空现象产生，满足直接供热条件。 2.2 方式二 间接供热 热源为接入点时，水力计算以现状管网为模型，计算结论见表 2-4。 间接供热（接入点-金河山庄）计算一览表 表 2-4 6此水力工况下，全线管网均满
11、足设施实际耐压 0.65MPa、耐温 70的要求，压差最小用户金河山庄换热站的压差 0.168MPa（16.8m）满足站内损失需求。 根据计算结果，选取压差最小用户金河山庄换热站确定最不利环路绘制水压图，详见图 2-6。 间接供热时，以济钢首站为热源进行验算，在保证换热站资用压头0.1MPa（10m） 、全线不倒空的情况下，计算结论见表 2-5，水压图见图2-7。 经计算可知，因末端增加了用户金河山庄，接入点的实际供回水压力仅为 0.508MPa/0.376MPa，压差 0.132MPa。若钢城新苑必须满足0.2MPa 压差，并保证节点 10 回水压力0，需提高济钢首站出口压力。而济钢各首站换
12、热器承压仅为 1.0MPa，且站内循环水泵设在二次侧的回水管上，换热器内部阻力约为 0.25-0.3MPa，这就限制了首站的供水出口压力最高为 0.75MPa。故采用间接供热时应保证首站供水压力控制在0.7MPa-0.75MPa 之间。 间接供热（济钢首站金河山庄）计算一览表 表 2-5 经计算可知，因末端增加了用户金河山庄，接入点的实际供回水压7力仅为 0.508MPa/0.376MPa，压差 0.132MPa。若钢城新苑必须满足0.2MPa 压差，并保证节点 10 回水压力0，需提高济钢首站出口压力。而济钢各首站换热器承压仅为 1.0MPa，且站内循环水泵设在二次侧的回水管上，换热器内部阻
13、力约为 0.25-0.3MPa，这就限制了首站的供水出口压力最高为 0.75MPa。故采用间接供热时应保证首站供水压力控制在0.7MPa-0.75MPa 之间。 另外，金河山庄既有换热站的板式换热器的设计校核温度为：一次网 80/65，二次网 60/50，在一次网供回水降低为 70/50，且保证二次侧循环流量不变的情况下，二次网按 55/45计算。此时的对数传热温差由 17.38 降低为 9，故板换面积需相应增大 1.93 倍。 3.结论与建议 本工程是典型的热源在低处、用户在高处的供热管网。供热介质为大流量、小温差的低温水，从节能角度出发，应优先考虑直接供热方式。金河山庄采取直接供热方式的前提是：换热站一次网供水管设止回阀及加压泵（Q=330t/h，H=15m，扬程还应根据首站出水压力调整） ，分支阀门处回水管设压力平衡阀。 若要保证大系统稳定性而采取间接供热方式，其前提是：保证济钢济钢首站出口压力达到 0.7MPa-0.75MPa，且金河山庄内既有换热站的板式换热器换热面积增加到现状设计面积的 1.93 倍。 在管网系统的最高处（节点 10）设自动排气阀，防止产生气塞。
