【摘 要】针对瑞光热电厂址所处的特殊地理位置和太原市市区南部对集中供热系统的迫切要求，综合考虑太原市集中供热系统各热网的并网要求，对瑞光热电集中供热工程采用三级换热，局部地区设置中继泵站的供热方式，是目前国内规模最大的三级换热集中供热工程。
【关键词】集中供热 三级换热 中继泵站
1.概况
1.1太原市集中供热概况
太原市集中供热热源主要有：热电厂、工业余热、大型集中供热锅炉房和分散的中小型锅炉房以及燃气、燃油、电力等清洁型能源。其中，市区大型连片的集中供热建筑面积已经实现3000万m2，热源主要为：太原第一热电厂五期工程、太原第二热电厂四、五期工程、东山煤矿自备电厂、东山大型热源厂、城南大型热源厂。目前正在建设中的城西大型热源厂于2007年采暖季投入使用，具备供热能力700万m2。
以上集中供热热源参数均为130℃/70℃，热网的压力等级除东山煤矿自备电厂和东山热源厂（这两个热源已并网运行）的热网压力等级为2.5MPa外，其余均为1.6MPa。目前整个太原市大型集中供热属于多网多源、互为备用的模式。
我国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要明确提出：“落实节约资源和保护环境基本国策，建设低投入，高产出，低能耗，少排放，能循环，可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会。强化能源节约和高效利用的政策导向，加大节能力度。发展采用热电联产和热电冷联产，将分布式供热小锅炉改造为集中供热。”
按照太原市“十一·五”规划，到2010年底，集中供热面积普及率达到90％。瑞光热电集中供热工程是“十一·五”规划的重要组成部分。集中供热规划的主要原则：以热电联产为主，大型热源厂及工业余热为辅，充分利用燃油、燃气、地热等清洁能源，因地制宜地建立一个科学合理、安全可靠、可持续发展的供热体系。
1.2 瑞光热电集中供热工程概况
瑞光热电厂（一期）4×300MW热电联产供热机组厂址位于山西省晋中市榆次区境内乌金山镇的西沙沟。工程建成后可实现供热面积2120万 m2，集中供热工程建成后可取代市区254座锅炉房，从而达到进一步净化太原市空气、美化太原市环境的作用。
2.供热方案
2.1 热源的特殊性
热源供热能力为2120万m2，根据太原市集中供热的要求，将供热范围分成两部分，分别为南线和北线。北线供热范围在市区（南内环街以南、南中环街以北、滨河路以西、体育路以东），该区域发展迅速，是目前集中供热要求最为迫切的地方。南线供热范围为北营地区及机场大道两侧片区。
热源所处的乌金山镇比北营地区高80米，地形高差较大。北线供热区域最远端为19公里，南线供热区域最远端为16公里。
鉴于以上高差大、供热距离远这两个主要原因，如果采用130℃/70℃的高温水作为一次网热媒，采用两级换热的方式供热，这样经过计算，北线的热网压力等级将达到3.0MPa以上，这样工程投资将增大很多，并且不利于实现与其它热网并网运行。
2.2 供热形式的确定
根据本工程的特殊性，确定采用三级换热系统。由电厂首站提供150℃/80℃的高温热水至北营地区的隔压换热站进行换热，隔压换热站外供130℃/70℃的高温水作为市区南北两线供热范围的主要热媒，沿供热管网敷设至各个热力站，然后外供85℃/60℃的低温水至各用户。
由电厂首站至隔压站的管网为一级管网，压力等级为2.5MPa，又隔压站至各个热力站的管网称为二级管网，由热力站至各个热用户的管网称为三级管网。
另外，在南线供热范围的枣园新区距电厂首站较近，但由于地面高程相对于首站高出80m，因此从南线一级网分一支至地面高程与首站相同的地方设置中继泵站，在分别供至各热力站，然后换热成85℃/60℃的低温水至各用户。
三级换热的原理图见下图：
2.3隔压换热站的设置
在北营地区市政规划用地内征得70亩土地用于隔压换热站的建设，主要生产用房有：隔压换热及水处理间、水泵房、变配电室、调度楼等部分辅助用房。厂区布置采用“静闹区分”的原则，将产生高噪音的设备集中布置，采用隔声降噪设计，整个厂区采用花园式工厂设计标准，绿地面积达到30%。
隔压站内设置两套设备分别供南线、北线供热范围，每套系统设置11台换热器、5台循环泵以及补水泵、水处理装置等附属设备。
隔压站补水采用“一网补二网”的形式，利用一级网回水减压后作为二级网的补水水源。只有在初运行和事故状态下才启动自备补水系统。
2.4管网的敷设
一级网热媒为150℃/80℃的高温水，管径为DN1200，长度为7km，由于存在地形高差，且途径的地方均为荒地或耕地，因而采用架空敷设，进入市区后采用地沟有补偿敷设。
二级网主干线管径≥1000mm的采用有补偿地沟敷设，主要原因是：管线敷设的区域多为城市建成区，地下障碍较多，并且根据太原市多年来集中供热的运行管理经验，认为大口径供热管道采用地沟敷设便于管理和维修。
3.水力计算
（1）管网水力计算原则
1）按设计工况的计算流量和合理的沿程比摩阻确定管径，根据所选定的管径及实际比摩阻计算各管段压降及节点压力。
2）二级网供、回水设计温度为130℃/70℃。
采暖室外计算温度为-11℃。
采暖室内计算温度为18℃。
3）管壁的绝对粗糙度为0.5mm。
4）沿程比摩阻的选取为：主干线比摩阻＜70Pa/m，支干线比摩阻采用30Pa/m~70Pa/m，热力站支线在条件许可的情况下可大于100Pa/m，但其流速不宜大于3.5m/s。
5）管道计算长度=管道几何展开长度×（1+а）。
6）热力站资用压头按0.15MPa考虑。
7）各热源和隔压换热站出口的回水压力不小于15mH2O。
其中：а为局部阻力当量长度系数，DN≥400取а=0.3；DN<400取а=0.2。
（2）静水压线的确定：
1）一级网静水压线
首站位置高程870m，隔压换热站高程为790m，整个一级网西低东高，为满足隔压换热站不超压，遇突然停电时管网任何一点不产生汽化（150℃的汽化压力为38.6mH2O），确定静水压线的位置为870+38.6+5+5=919m。枣园地区高程为950m，较之电厂首站高80m，为保证管网任何一点不产生汽化，确定一级网枣园新区（加压站后）静水压线位置为999m。
2）二级网静水压线
供热管网主干线沿途地面高程起伏不平，河东地区东高西低，隔压换热站的绝对地面高程最高为：790m，南内环街地区的高程为780m，北营地区地面高程平均为830m。考虑到管网与用户热力站采用间接连接，为满足管网末端不超压，遇突然停电时管网任何一点不产生汽化（130℃的汽化压力为17.6mH2O），确定静水压线位置为北线为790+17.6+5+5=817.6m，取818m。南线静水压线为830+17.6+5+5=857.6m，取858m。
（3）本工程采用HACNET进行水力计算，按供热范围的不同分别分为一级网和二级网。北线最不利环路为12.705km，南线最不利环路为9.352km。水力工况计算分析：
一级网北线，隔压换热站资用压差为17.3mH2O。
一级网南线，枣园区设一级网加压站后，ZY1资用压差为16.5mH2O。
二级网北线YQ1为最不利压差点，其供、回水压差为18.3mH2O。
二级网南线ZN4为最不利压差点，其供、回水压差为16.1mH2O。
4.中继泵站的设置
在枣园新区之前需增设一加压泵站，供水设加压泵，将扬程提高，回水设减压装置，使ZY1的资用压头﹥15m。同时在加压站内供水管上均需设置水力止回阀，同加压泵连锁控制，当加压泵关闭时，同时关闭，以免一级网南线其它部分超压。加压泵站以后补水采用一级网南线回水补水，将静水压线提高，以保证枣园地区不倒空，不汽化。加压站需配套自控系统，以保证工艺系统的正常运行。
供水加压泵设供水加压泵3台Q=500m3/h，H=85m，选用温度为150℃的清水泵，补水泵2台，Q=60m3/h，H=85m供水加压站工作压力2.33MPa。
5.本工程设计的创新点
本工程供热系统目前为国内供热面积最大的大高差供热系统，通过采用三级换热的方式解决了高差大的问题，同时兼顾了与其他热网 并网运行的问题。具体体现在以下几个方面：
（1）供热系统****有三级换热、三种热媒、一座中继泵站、充分满足了工程中各种具体情况。
（2）针对各种介质所适应的工况选用合理的敷设方式。一级网采用有补偿架空敷设，二级网采用无补偿直埋技术，大大减少了补偿器的数量，减少了二级网的温度降。
（3）二级网补水采用一级网回水作为补水水源，是一种有效的节能措施。
（4）整个管网的调控采用计算机控制，隔压换热站设置热计量装置，热网实现自动调节，根据具体情况调节供热工况，节约热量。
（5）热力站及隔压换热站厂区内建筑均采用节能设计，隔压站采用动静分隔的设计原则，是一座人性化的花园式工厂。
