某市新建热源厂及配套供热管网设计

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(山西省城乡规划设计研究院工程设计中心，山西 太原 030001)

引言

目前，在某市主城区的东部米山工业区和南部河西片区尚未采用集中供热，这些区域的冬季采暖多使用小锅炉和小炉灶，然而因锅炉热效率极低，造成能源浪费严重，除尘设备也不完善，对主城区的环境污染严重，故而对这两个区域的集中供热方案进行设计，为主城区全面实现集中供暖提供参考。

1 供暖热负荷的确定

1.1 供热范围及供热面积测算

集中供热设计范围为米山工业区、河西片区及周边村庄。米山工业区居住用地面积为122.52 hm2，居住人口数为2.53万，河西片区居住用地面积为130.16 hm2，居住人口数为3.22万。供热范围内居住用地面积为252.68 hm2，人口总数为5.75万。

1.1.1 根据人口规模估算供热面积

根据《城乡总体规划纲要》(2015—2035年)对远期(2035年)需供热面积进行估算，参照规划纲要中在2035年人均住房建筑面积为32 m2，按人口总数为5.75万进行计算，可得居住建筑面积为184万m2。一般情况下，工业建筑面积与公共设施建筑面积之和与居住建筑面积比例为4∶6，计算可得工业建筑面积与公共设施建筑面积之和为122.67万m2。供热范围内建筑总面积为306.67万m2，按供热普及率为90%计算，可得供热面积为276万m2。

根据《城乡总体规划纲要》(2015—2035年)对近期(2020年)需供热面积进行估算，参照规划纲要中在2020年人均住房建筑面积为20 m2，按人口总数为5.75万进行计算，可得居住面积为115万m2。一般情况下，工业建筑面积与公共设施建筑面积之和与居住建筑面积比例为4∶6，计算可得工业建筑面积与公共设施建筑面积之和为76.67万m2。供热范围内建筑总面积为191.66万m2，按供热普及率为90%计算，可得供热面积为172.5万m2。

1.1.2 根据建设用地面积估算供热面积

在集中供热设计范围内居住用地面积为252.68 hm2，参照《城乡总体规划纲要》(2015—2035年)中城市建设用地平衡数据可知，居住用地面积约占建设用地面积的30%，故供热范围内城市建设用地面积约为842.27 hm2。

根据《城乡总体规划纲要》(2015—2035年)对远期(2035年)需供热面积进行估算，按供热范围内城市建设容积率为40%计算，可得建筑面积为336.91万m2，按供热普及率为90%计算，可得供热面积为303.22万m2。

根据《城乡总体规划纲要》(2015—2035年)对近期(2020年)需供热面积进行估算，按供热范围内城市建设容积率为20%计算，可得建筑面积为168.45万m2，按供热普及率为90%计算，可得供热面积为151.61万m2。

1.1.3 建筑及供热面积的确定

在集中供热设计范围内，根据人口规模、建设用地规模综合考虑，取两者的平均值。远期(2035年)建筑总面积为320万m2，按供热普及率为90%计算，可得供热面积为288万m2。近期(2020年)建筑总面积为170万m2，按供热普及率为90%考虑，算得供热面积为153万m2。

1.2 规划建筑热指标测算

根据GJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》中规定的采暖热指标推荐值对建筑综合热指标进行计算。

1.2.1 既有建筑综合热指标测算

在既有建筑(截止至2017年)中，居住建筑面积占建筑总面积的60%，其中节能建筑面积占居住建筑面积的30%，由于居住建筑多为单层和双层建筑，根据当地热力公司提供的资料可知，未采取节能措施的居住建筑热指标为65 W/m2，采取节能措施的居住建筑热指标为50 W/m2。学校、医院、办公、托幼、旅馆和商店等公共建筑面积占建筑总面积的30%，其中节能建筑面积占公共建筑面积的20%，未采取节能措施的公共建筑热指标为70 W/m2，采取节能措施的公共建筑热指标为55 W/m2。工业及仓储建筑面积占建筑总面积的10%，工业及仓储建筑均未采取节能措施，工业及仓储建筑热指标为85 W/m2。按面积加权平均计算，可得既有建筑综合热指标为64.9 W/m2。

1.2.2 规划建筑综合热指标测算

规划居住建筑面积占建筑总面积的60%，其热指标为35 W/m2；学校、医院、办公、托幼、旅馆和商店等规划公共建筑面积占建筑总面积的15%，其热指标为50 W/m2；规划工业及仓储建筑面积占建筑总面积的25%，其热指标为65 W/m2；按面积加权平均计算，可得规划建筑综合热指标为44.75 W/m2。

1.3 规划建筑热负荷的确定

远期(至2035年)集中需供热面积为320万m2，既有建筑中供热面积为67万m2，按供热普及率为90%计，远期供热负荷按(1)式计算，热负荷为142 380.5 kW。

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

(1)

远期全年耗热量计算按(2)式计算，耗热量为978 095.12 GJ。

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

(2)

式中：0.086 4——公式计算系数；121——每年采暖天数，d；142 380.5——远期供热负荷，kW；0.657 1——热负荷转换为平均热负荷的系数。 近期(至2020年)集中需供热面积为170万m2，既有建筑中供热面积为67万m2，按供热普及率为90%考虑，远期供热负荷按(3)式计算，热负荷为81 968 kW。

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

(3)

近期全年耗热量计算按(4)式计算，耗热量为563 374.77 GJ。

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

(4)

2 热源厂建设方案及分析

2.1 热源厂建设方案

热源厂推荐建设方案是新建第三热源厂，锅炉配置方案为近期建设2台58 MW的供热锅炉，远期扩建1台58 MW的供热锅炉，总供热量为174 MW。热源厂预计用地3 hm2，预留0.67 hm2(应满足供热最低保证率的要求，预留1台58 MW的供热锅炉用地)。第三热源厂推荐选址于工业大道与名园路交叉口西北角，具体位置见图1。

图1 热源厂建设方案示意图

热源厂备选建设方案是扩建第二热源厂(即南部热源厂)，现有锅炉配置为3台64 MW的供热锅炉，远期扩建2台64 MW的供热锅炉，总供热量为384 MW。

2.2 从热源布局角度对建设方案进行分析

该市主城区现有第一热源厂和第二热源厂。第一热源厂总供热量为168 MW，供热范围主要是城区北部。第二热源厂总供热量为384 MW，供热范围主要是城区南部。为保证主城区及周边片区的供热安全，新建第三热源厂总供热量为174 MW，供热范围主要是河西区和米山工业区。

三个热源厂互为备用，若某热源厂发生故障或事故不能正常供热时，其余两个热源厂仍然可满足最低供热量保证率为55%的要求，同时也符合《城乡总体规划纲要》的规划热源布局要求。

2.3 从节能角度对建设方案进行分析

推荐方案中新建热源厂位于米山工业区西南侧，处于米山工业区和河西片区中间，即处于供热负荷中心位置，供热管网布置距离较短，热损失较小，供热效率较高，热源厂能耗相对较低。

备选方案中第二热源厂位于主城区西部，距离河西片区最短直线距离约为7 km，距离米山工业区最短直线距离为6 km，不在供热负荷中心位置，供热距离过远，不利于管网布置与供热节能。

经以上对比分析，首选采用推荐方案。

3 锅炉选型

第三热源厂总容量应考虑远期(2035年)的供热负荷，该市主城区供热面积约为288万m2，锅炉推荐配置方案为3台58 MW的供热锅炉，近期建设2台58 MW的供热锅炉，考虑周边村庄的供热需求，远期扩建1台58 MW的供热锅炉，总供热能力为174 MW。

3.1 锅炉燃料类型选择

热源厂锅炉可采用燃煤或燃气作为燃料，燃煤锅炉与燃气锅炉的技术、经济及环保方面的比较见表1。

表1 燃煤锅炉与燃气锅炉的比较

从供热安全性及经济角度出发，推荐选用燃煤锅炉。

3.2 燃煤锅炉的选型

大型燃煤锅炉主要有链条炉排锅炉、循环流化床锅炉和煤粉锅炉。三种锅炉的各方面性能对比情况见表2。

因该市当地拥有优质煤资源，故推荐采用链条炉排高温热水锅炉。

4 供热管网及热力站设计

供热管网西侧主干线沿官庄村、郭村西侧直埋敷设，向西穿过高速后进入河西片区，后沿主要道路敷设，主干管管径为Φ720 mm×10 mm～Φ219 mm×6 mm。北侧主干线在米山工业区内沿工业大道向北敷设，向两侧地块内敷设支线，主干管管径为Φ720 mm×10 mm～Φ219 mm×6 mm。管道采用无补偿直埋敷设，一次网供回水温度120～60 ℃，管道公称压力为1.6 MPa。

表2 燃煤锅炉比较分析表

每座热力站一般设两台板式换热器，两台循环水泵(一用一备)，一套变频调速装置。根据供热区域热负荷需求确定新建热力站24座。

5 投资匡算

投资匡算范围包括米山工业园和河西区供热范围内的土建工程、设备及工器具购置、安装工程和工程建设其他费用的投资总造价，建设投资为31 636.34万元，投资匡算见表3。

表3 投资匡算汇总

6 结语

某市主城区第三热源厂的建设，可满足远期(2035年)和近期(2020年)供热需求。同时，每年可节约标煤用量4.87万t，可减少SO2排放量404.391 t、CO2排放量65 720.17 t、NOX排放量252.733 t，且污染物排放浓度均能达到国家排放标准，节能效果和环境效益显著。