集中供汽末端间歇热用户供汽优化设计及分析

0 背景

某热力公司依托热电联产机组对园区实施集中供汽，现新增一酿造热用户，位于现有热力网末端，拟从最后一个连续热用户后接入，管线展开长度约1 000 m。由于酿造热用户两班制间歇生产，因此倒班时供汽模式难以调节，通过停汽间歇运行和小流量热备用的传统供汽管线运行方式存在严重能源浪费问题。由于两班制生产用户间歇时间不超过4 h，因此可采用蓄热技术进行优化。

1 两班制间歇热用户的特点

该酿造用户生产工艺不连续，且间歇运行，生产实行两班工作制，每班工作8 h，间隔4 h，日累计用汽时间16 h。酿造生产工艺用汽量有典型的爬升和下降的特点，即在蒸压、蒸馏开始过程用汽量逐渐增大，蒸压一定时间后逐渐下降，再停用。此外，两班生产为非连续，存在两个用汽高峰，根据历史数据，最大工艺热负荷为20 t/h。在采暖季，由于酿造车间需要适宜温度，虽有冬季采暖热负荷，也需蒸汽换热来解决，蒸汽折算成采暖热负荷为1.9 t/h。在采暖季，最大热负荷为22.1 t/h，在每日15:00-18:00和1:00-5:00倒班时段仅有采暖热负荷，最大为2.0 t/h。在非采暖季，最大热负荷为19.3 t/h，在每日15:00-18:00和1:00-5:00为倒班时段，不用蒸汽。采暖季和非采暖季热用户用汽见图1和图2。

2 传统方案的热损失

依据热源减温减压后外供参数、现有用户和本次接驳用户用汽参数（0.4 MPa饱和蒸汽）及最大用汽量，经计算，供汽管道管径选用DN200，保温材料选用20 mm硅酸铝针刺毡、100 mm离心玻璃棉。在该设计方案下，为避免酿造热用户在倒班期间产生能源浪费，热力公司采用间歇运行方案或小负荷连续运行模式来降低热损失。

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2.1 间歇运行方案

间歇运行方案需要热力公司在热用户倒班时关闭进汽阀，下一班启动前再开阀暖管达到用户用汽需求。由于关闭进汽阀后从接驳点至酿造用户之间1 000 m的管道内蒸汽会冷凝，且在下一班启动时暖管也会产生大量的凝结水，这两部分疏水都会带来热损失。阀门切断后局部管道内蒸汽冷凝损失为管道内蒸汽体积乘以蒸汽密度，管道暖管时产生的疏水损失可通过公式计算得到

。

按原设计参数，DN200管道外径和壁厚为219×6 mm，管道延米重量31.52 kg/m，保温材料为离心玻璃棉，保温厚度120 mm，保温延米体积和重量为0.05 m

、2.5 kg/m；接驳点蒸汽温度250℃、蒸汽压力1.0 MPa，对应焓值为2 943.22 kJ/kg；冷凝后饱和水焓值为762.68 kJ/kg。

式中：G

为启动凝结水量，kg/h；W

代表钢管和阀门总重，kg；W

代表钢管保温材料的重量，kg；C

代表钢管的比热，kJ/kg·℃，对于碳素钢取为0.469；C

代表保温材料的比热，kJ/kg·℃，对于离心玻璃棉取为0.837；ΔT

代表管材的升温速度，℃/min；ΔT

代表管材的升温速度，℃/min；i

代表工作条件下过热蒸汽的焓值，kJ/kg；i

代表工作条件下饱和水的焓值，kJ/kg。

年轻刑警歪着脖子慢条斯理地说，编啊，继续编啊？你是不是皮和骨头发痒了，要我给松松？你以为我们是吃干饭的不是？年轻刑警又一拍桌子说，老实交代，为什么要编？

按照2.5℃/min升温速度对管道进行暖管，暖管小时凝结水量

依据架空管道暖管经验，至少需暖管3 h才能达到设计参数，则每个生产日浪费蒸汽约为7.3 t/d［（161.85+1 161.11×3）×2班/d］，年浪费蒸汽1 314 t,按照每吨蒸汽价格200元计算，蒸汽管道疏水带来的经济损失为1 460元/d（7.3×200），年经济损失26.28万元［1 460×（300 d-120 d）］。

全部病例来源于2015年7月—2017年7月在我院康复科门诊的患者，共80例。采用随机数字表法分为试验组和对照组，每组各40例。其中，试验组中，男16例，女24例，年龄41～75岁，平均（56.10±9.67）岁，对照组中，男18例，女22例，年龄30～76岁，平均（53.08±11.27）岁；试验组病程12～156个月，平均（37.58±29.36）个月，对照组病程16～120个月，平均（41.05±25.45）个月。

热源点温度受设计抽汽口参数限制，难以超过280℃，且前端有2 km管网覆盖3个热用户，本次接驳点供汽压力受上游最后一个用户用汽压力（至少为0.5 MPa）的限制，因此不可能无限小。经计算，酿造用户接驳点处压力不低于0.5 MPa、温度不高于260℃。

切断时损失管道容积内的蒸汽量

2.2 小流量热备用方案

当接驳点蒸汽压力达到0.5 MPa、温度260℃时，采用1.5 t/h蒸汽量可保证压力到达热用户末端时0.49 MPa，温度略高于饱和蒸汽。

式中:表示对第m-1帧纯净语音的功率谱估计,表示对第m-1帧的噪声功率谱估计。α为调节系数,它的选取至关重要,其取值越接近1对“音乐噪声”的抑制效果越好,但是会造成比较大的语音失真,α取值0.95～0.99时效果较佳[6],max函数返回两个参数的最大值,SNRpost(m,k)表示后验信噪比,定义后验信噪比为:

卫星：到2020年，基本建成普洱国家绿色经济试验示范区，是国家赋予普洱的重大任务。我们将深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神，全面落实省委、省政府决策部署，围绕建设生态宜居之城、健康养生之地、普洱茶文化之源，用好生态优势、做好生态文章、发展生态经济、壮大生态财政、改善生态民生，把普洱建设成为绿色发展示范城市、祖国西南边疆的绿色明珠。

该方案即在酿造用户倒班时通过保持蒸汽小流量来满足管道热备用，使下一班次用汽时无需暖管

，也是目前热力公司对间歇热用户通常的运行方案。在管道直径和保温参数给定的情况下，蒸汽管道散热量是固定的，如果流量偏小，则单位流量承担的散热量更多，对应的单位流量温降更大

。可见，在热备用时为了尽可能的小流量，需提高热电联产机组减温减压出口温度，降低出口压力，以保证蒸汽到达用户侧时仍为饱和蒸汽或过热蒸汽。

由于阶梯升温升压暖管时间长，且操作时需对管道全段疏水阀进行观测，人工成本较高，且夜间操作安全难以控制，故不建议使用间歇运行方案。

由于用户倒班时段未生产，故1.5 t/h蒸汽虽到达用户处，但用户不承担该费用。该部分浪费的蒸汽量约为12 t/d（1.5 t/h×4 h/班次×2次/d）,年浪费蒸汽2 160 t,按照每吨蒸汽价格200元计算，蒸汽管道疏水带来经济损失为2 400元/d（200×12）,年经济损失43.20万元（180d×2 400元/d）。

3 采用蒸汽蓄热器的优化方案

蒸汽蓄热器利用压力差实现低压蒸汽和饱和水的转换，使蒸汽以饱和水的形式储存，该方法常用于不稳定热负荷下锅炉出力的调节

。本文尝试将蒸汽蓄热器引入集中供热管网工程中，将管道热备用而以小流量运行的蒸汽进入蓄热器，在正常班次时释放出来，以减少管道用汽量。

根据蒸汽蓄热器原理，饱和水和释放的低压蒸汽压差越大，所需的蒸汽蓄热器容积就越小

，故在设计时应尽可能提高进入蓄热器的蒸汽压力。由前述分析可知，小流量时温降较大，为保证到达末端用户时仍为饱和蒸汽甚至过热蒸汽，需降低接驳点的蒸汽压力。因此需要提高到达末端用户侧的蒸汽压力，减少该管段蒸汽的温降，在保证流量不变的条件下，提高接驳点至酿造用户DN200管道保温性能。经计算，保温厚度增加40 mm，即保温厚度达160 mm时，本次管道接驳点压力可提高至0.9 M Pa，到达酿造用户末端压力为0.898 MPa，温度175.5℃，管道热损失86.7 W/m，管段温降84.4℃。

在用户侧设置蒸汽蓄热器，与主管网来的蒸汽减温减压后并联，可将每班倒班时产生的6 t（1.5 t/h×4 h）蒸汽储存起来，在用汽高峰时释放出来。按照进蓄热器蒸汽压力0.898 MPa和用户侧用汽压力0.4 MPa，查手册可得1 m

的饱和水产汽量为54 kg

，计算得到蓄热器需要的水容积为111.1 m

（6 000 kg/54 kg/m

）。采用蒸汽蓄热器后，热力网运行方案为两个倒班期间蒸汽蓄热器储存蒸汽，正常班次时释放出来。蒸汽蓄热器运行工况见图3。

4 优化方案优势对比

蒸汽蓄热器方案中，增量投资增加了包括40 mm厚、体积为0.06 m

的离心玻璃棉保温材料和111.1 m

的蒸汽蓄热器系统，总费用为180万元。蓄热器投运后，有效避免了热用户倒班间隙高品质蒸汽的浪费，减少蒸汽损失2 400 t/年，满足国家节能减排要求。此外，蒸汽蓄热器可减少经济损失43.20万元/年，对于180万元投资，增量投资回收期为4.2年。

5 结论

综上，蒸汽蓄热器引入至集中供汽末端两班制间歇用户的工程设计，可实现倒班时热备用小流量蒸汽的蓄热，节能效果明显，在现有能源价格下，蒸汽蓄热器方案静态回收期4.2年，随着能源价格的增长，其经济性趋于更优。

[1]北京寰球化学工程公司.蒸汽疏水阀的设置[S].HG/T 20570.21-95.北京：化工部工程建设标准编辑中心，1996.

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