某市新建熱源廠及配套供熱管網(wǎng)設(shè)計

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(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院工程設(shè)計中心，山西 太原 030001)

引言

目前，在某市主城區(qū)的東部米山工業(yè)區(qū)和南部河西片區(qū)尚未采用集中供熱，這些區(qū)域的冬季采暖多使用小鍋爐和小爐灶，然而因鍋爐熱效率極低，造成能源浪費嚴重，除塵設(shè)備也不完善，對主城區(qū)的環(huán)境污染嚴重，故而對這兩個區(qū)域的集中供熱方案進行設(shè)計，為主城區(qū)全面實現(xiàn)集中供暖提供參考。

1 供暖熱負荷的確定

1.1 供熱范圍及供熱面積測算

集中供熱設(shè)計范圍為米山工業(yè)區(qū)、河西片區(qū)及周邊村莊。米山工業(yè)區(qū)居住用地面積為122.52 hm2，居住人口數(shù)為2.53萬，河西片區(qū)居住用地面積為130.16 hm2，居住人口數(shù)為3.22萬。供熱范圍內(nèi)居住用地面積為252.68 hm2，人口總數(shù)為5.75萬。

1.1.1 根據(jù)人口規(guī)模估算供熱面積

根據(jù)《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》(2015—2035年)對遠期(2035年)需供熱面積進行估算，參照規(guī)劃綱要中在2035年人均住房建筑面積為32 m2，按人口總數(shù)為5.75萬進行計算，可得居住建筑面積為184萬m2。一般情況下，工業(yè)建筑面積與公共設(shè)施建筑面積之和與居住建筑面積比例為4∶6，計算可得工業(yè)建筑面積與公共設(shè)施建筑面積之和為122.67萬m2。供熱范圍內(nèi)建筑總面積為306.67萬m2，按供熱普及率為90%計算，可得供熱面積為276萬m2。

根據(jù)《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》(2015—2035年)對近期(2020年)需供熱面積進行估算，參照規(guī)劃綱要中在2020年人均住房建筑面積為20 m2，按人口總數(shù)為5.75萬進行計算，可得居住面積為115萬m2。一般情況下，工業(yè)建筑面積與公共設(shè)施建筑面積之和與居住建筑面積比例為4∶6，計算可得工業(yè)建筑面積與公共設(shè)施建筑面積之和為76.67萬m2。供熱范圍內(nèi)建筑總面積為191.66萬m2，按供熱普及率為90%計算，可得供熱面積為172.5萬m2。

1.1.2 根據(jù)建設(shè)用地面積估算供熱面積

在集中供熱設(shè)計范圍內(nèi)居住用地面積為252.68 hm2，參照《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》(2015—2035年)中城市建設(shè)用地平衡數(shù)據(jù)可知，居住用地面積約占建設(shè)用地面積的30%，故供熱范圍內(nèi)城市建設(shè)用地面積約為842.27 hm2。

根據(jù)《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》(2015—2035年)對遠期(2035年)需供熱面積進行估算，按供熱范圍內(nèi)城市建設(shè)容積率為40%計算，可得建筑面積為336.91萬m2，按供熱普及率為90%計算，可得供熱面積為303.22萬m2。

根據(jù)《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》(2015—2035年)對近期(2020年)需供熱面積進行估算，按供熱范圍內(nèi)城市建設(shè)容積率為20%計算，可得建筑面積為168.45萬m2，按供熱普及率為90%計算，可得供熱面積為151.61萬m2。

1.1.3 建筑及供熱面積的確定

在集中供熱設(shè)計范圍內(nèi)，根據(jù)人口規(guī)模、建設(shè)用地規(guī)模綜合考慮，取兩者的平均值。遠期(2035年)建筑總面積為320萬m2，按供熱普及率為90%計算，可得供熱面積為288萬m2。近期(2020年)建筑總面積為170萬m2，按供熱普及率為90%考慮，算得供熱面積為153萬m2。

1.2 規(guī)劃建筑熱指標測算

根據(jù)GJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的采暖熱指標推薦值對建筑綜合熱指標進行計算。

1.2.1 既有建筑綜合熱指標測算

在既有建筑(截止至2017年)中，居住建筑面積占建筑總面積的60%，其中節(jié)能建筑面積占居住建筑面積的30%，由于居住建筑多為單層和雙層建筑，根據(jù)當?shù)責崃咎峁┑馁Y料可知，未采取節(jié)能措施的居住建筑熱指標為65 W/m2，采取節(jié)能措施的居住建筑熱指標為50 W/m2。學校、醫(yī)院、辦公、托幼、旅館和商店等公共建筑面積占建筑總面積的30%，其中節(jié)能建筑面積占公共建筑面積的20%，未采取節(jié)能措施的公共建筑熱指標為70 W/m2，采取節(jié)能措施的公共建筑熱指標為55 W/m2。工業(yè)及倉儲建筑面積占建筑總面積的10%，工業(yè)及倉儲建筑均未采取節(jié)能措施，工業(yè)及倉儲建筑熱指標為85 W/m2。按面積加權(quán)平均計算，可得既有建筑綜合熱指標為64.9 W/m2。

1.2.2 規(guī)劃建筑綜合熱指標測算

規(guī)劃居住建筑面積占建筑總面積的60%，其熱指標為35 W/m2；學校、醫(yī)院、辦公、托幼、旅館和商店等規(guī)劃公共建筑面積占建筑總面積的15%，其熱指標為50 W/m2；規(guī)劃工業(yè)及倉儲建筑面積占建筑總面積的25%，其熱指標為65 W/m2；按面積加權(quán)平均計算，可得規(guī)劃建筑綜合熱指標為44.75 W/m2。

1.3 規(guī)劃建筑熱負荷的確定

遠期(至2035年)集中需供熱面積為320萬m2，既有建筑中供熱面積為67萬m2，按供熱普及率為90%計，遠期供熱負荷按(1)式計算，熱負荷為142 380.5 kW。

67×64.9+(320×90%-67)×44.75
=142 380.5 (kW)

(1)

遠期全年耗熱量計算按(2)式計算，耗熱量為978 095.12 GJ。

0.086 4×121×142 380.5×0.657 1
=978 095.12 (GJ)

(2)

式中：0.086 4——公式計算系數(shù)；121——每年采暖天數(shù)，d；142 380.5——遠期供熱負荷，kW；0.657 1——熱負荷轉(zhuǎn)換為平均熱負荷的系數(shù)。 近期(至2020年)集中需供熱面積為170萬m2，既有建筑中供熱面積為67萬m2，按供熱普及率為90%考慮，遠期供熱負荷按(3)式計算，熱負荷為81 968 kW。

67×64.9+(170×90%-67)×44.75
=81 968 (kW)

(3)

近期全年耗熱量計算按(4)式計算，耗熱量為563 374.77 GJ。

0.086 4×121×81 968×0.657 1=563 086.24 (GJ)

(4)

2 熱源廠建設(shè)方案及分析

2.1 熱源廠建設(shè)方案

熱源廠推薦建設(shè)方案是新建第三熱源廠，鍋爐配置方案為近期建設(shè)2臺58 MW的供熱鍋爐，遠期擴建1臺58 MW的供熱鍋爐，總供熱量為174 MW。熱源廠預計用地3 hm2，預留0.67 hm2(應滿足供熱最低保證率的要求，預留1臺58 MW的供熱鍋爐用地)。第三熱源廠推薦選址于工業(yè)大道與名園路交叉口西北角，具體位置見圖1。

圖1 熱源廠建設(shè)方案示意圖

熱源廠備選建設(shè)方案是擴建第二熱源廠(即南部熱源廠)，現(xiàn)有鍋爐配置為3臺64 MW的供熱鍋爐，遠期擴建2臺64 MW的供熱鍋爐，總供熱量為384 MW。

2.2 從熱源布局角度對建設(shè)方案進行分析

該市主城區(qū)現(xiàn)有第一熱源廠和第二熱源廠。第一熱源廠總供熱量為168 MW，供熱范圍主要是城區(qū)北部。第二熱源廠總供熱量為384 MW，供熱范圍主要是城區(qū)南部。為保證主城區(qū)及周邊片區(qū)的供熱安全，新建第三熱源廠總供熱量為174 MW，供熱范圍主要是河西區(qū)和米山工業(yè)區(qū)。

三個熱源廠互為備用，若某熱源廠發(fā)生故障或事故不能正常供熱時，其余兩個熱源廠仍然可滿足最低供熱量保證率為55%的要求，同時也符合《城鄉(xiāng)總體規(guī)劃綱要》的規(guī)劃熱源布局要求。

2.3 從節(jié)能角度對建設(shè)方案進行分析

推薦方案中新建熱源廠位于米山工業(yè)區(qū)西南側(cè)，處于米山工業(yè)區(qū)和河西片區(qū)中間，即處于供熱負荷中心位置，供熱管網(wǎng)布置距離較短，熱損失較小，供熱效率較高，熱源廠能耗相對較低。

備選方案中第二熱源廠位于主城區(qū)西部，距離河西片區(qū)最短直線距離約為7 km，距離米山工業(yè)區(qū)最短直線距離為6 km，不在供熱負荷中心位置，供熱距離過遠，不利于管網(wǎng)布置與供熱節(jié)能。

經(jīng)以上對比分析，首選采用推薦方案。

3 鍋爐選型

第三熱源廠總?cè)萘繎紤]遠期(2035年)的供熱負荷，該市主城區(qū)供熱面積約為288萬m2，鍋爐推薦配置方案為3臺58 MW的供熱鍋爐，近期建設(shè)2臺58 MW的供熱鍋爐，考慮周邊村莊的供熱需求，遠期擴建1臺58 MW的供熱鍋爐，總供熱能力為174 MW。

3.1 鍋爐燃料類型選擇

熱源廠鍋爐可采用燃煤或燃氣作為燃料，燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的技術(shù)、經(jīng)濟及環(huán)保方面的比較見表1。

表1 燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的比較

從供熱安全性及經(jīng)濟角度出發(fā)，推薦選用燃煤鍋爐。

3.2 燃煤鍋爐的選型

大型燃煤鍋爐主要有鏈條爐排鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐和煤粉鍋爐。三種鍋爐的各方面性能對比情況見表2。

因該市當?shù)負碛袃?yōu)質(zhì)煤資源，故推薦采用鏈條爐排高溫熱水鍋爐。

4 供熱管網(wǎng)及熱力站設(shè)計

供熱管網(wǎng)西側(cè)主干線沿官莊村、郭村西側(cè)直埋敷設(shè)，向西穿過高速后進入河西片區(qū)，后沿主要道路敷設(shè)，主干管管徑為Φ720 mm×10 mm～Φ219 mm×6 mm。北側(cè)主干線在米山工業(yè)區(qū)內(nèi)沿工業(yè)大道向北敷設(shè)，向兩側(cè)地塊內(nèi)敷設(shè)支線，主干管管徑為Φ720 mm×10 mm～Φ219 mm×6 mm。管道采用無補償直埋敷設(shè)，一次網(wǎng)供回水溫度120～60 ℃，管道公稱壓力為1.6 MPa。

表2 燃煤鍋爐比較分析表

每座熱力站一般設(shè)兩臺板式換熱器，兩臺循環(huán)水泵(一用一備)，一套變頻調(diào)速裝置。根據(jù)供熱區(qū)域熱負荷需求確定新建熱力站24座。

5 投資匡算

投資匡算范圍包括米山工業(yè)園和河西區(qū)供熱范圍內(nèi)的土建工程、設(shè)備及工器具購置、安裝工程和工程建設(shè)其他費用的投資總造價，建設(shè)投資為31 636.34萬元，投資匡算見表3。

表3 投資匡算匯總

6 結(jié)語

某市主城區(qū)第三熱源廠的建設(shè)，可滿足遠期(2035年)和近期(2020年)供熱需求。同時，每年可節(jié)約標煤用量4.87萬t，可減少SO2排放量404.391 t、CO2排放量65 720.17 t、NOX排放量252.733 t，且污染物排放濃度均能達到國家排放標準，節(jié)能效果和環(huán)境效益顯著。