水煤浆热电联产集中供暖系统研究

水煤浆热电联产集中供暖系统研究

张麒

山东华昱压力容器股份有限公司  山东济南250305

摘要：本文以水煤浆为主要材料，搭建热电联合生产平台，以此有效替代原有燃煤系统，分析其集中供热的有效性。以H单位运行的供暖系统为视角，借助有效能分析方法，从“热力”、“环境”两个方面，给出评价结果，从系统、设备两个视角，综合判断此系统的供暖能力。

关键词：水煤浆；有效能；环境

引言：国内供暖项目运行期间，会产生较多的能耗。近年来，以环保战略为出发点，积极探索节能工作，整体能耗控制效果不明显，燃煤供暖依然会构成环境威胁。在未来一段时间内，煤炭仍旧是供暖的主要材料。北方区域的集中供暖，是以燃煤锅炉为主要生产形式。如果改用热电联产形式，可减少部分能耗，具有一定低碳环保的工艺优势。

1系统需求分析

热电联产平台研发成功后，各界均开始研究其有效能。有效能分析方法，能够有效判断能源利用情况，分析能量损失量，识别具体发生能量损失的方位，以此作为提高能源效率的有效途径。在有效能分析期间，逐步建成了相应的评价体系。当前，有效能分析的相关研究内容，是以虚拟系统为基础，进行相应的仿真模拟分析，分析条件与实际生产存在较大差距。当前，温室效应形成了较为严峻的环境问题，环保型生产方案，逐步成为未来主流。在生产期间，牺牲一定量的经济效益，以此减少环境污染，具有技术转型的必要性。而热电联合生产的平台，表现出较强的环保优势，能够顺应环保型生产的需要。为此，采取客观方法，综合评价热电联合生产的能源利用情况，客观分析其环境污染表现，是环保生产发展的重要任务。而有效能分析方法，针对能耗分析情况，能够给出全面性、量化的分析结果，具有方法适用性。大规模集中供热平台运行时，会产生较高负荷，且需要较长的供暖时间，燃煤锅炉作为主要的生产方式。在此种生产条件的约束下，水煤浆具有一定清洁性，可减少环境污染，提高能源燃烧效率。为此，从实践生产视角，分析水煤浆用于热电联合生产平台的能源利用有效性，具有一定研究价值[1]。

2系统有效能分析

2.1系统概述

H市运行的热电联合生产平台，共设有区域热力网点6个，换热分站有102个，供暖服务区域达到752.21万m2，采取集中供热形式。此系统改造之前，是利用链条炉，燃料以无烟煤为首选，系统内并未添加汽轮发电程序，集中供暖项目具有单一性。系统程序进行了简化设计，在汽水换热程序输入锅炉蒸汽后，再由冷凝器进行循环处理，可进入锅炉[2]。

供暖时间是从秋季10月至次年3月，共有5个月，对供热量的需求较高，且管网规模较大，年内能耗量较多，会形成严重的环境问题。为此，使用热电联合生产的情况，引入水煤浆燃料，优化热源程序时，选择加抽凝式发电程序。此系统运行时，是以朗肯循环为基础，从中选出18个点位，编号是1至18，收集系统各点位的数据，进行状态分析。借助监测控制平台的数据反馈情况，选择标况，分析系统的用能有效性，并未考量热负荷变动时的工况问题。为简化分析流程，做出如下各类条件假设。一，管网保温能力较好，不计热损。二，系统内部的压力消耗量，忽略不计。三，简化系统组成，各处水泵假设仅有一台。

2.2水煤浆的有效能分析

有效能分析，是以能源系统为主体，从高效、低效两个层面，分析能源使用情况，以此改善低效设备，给出提升能耗效率的方案。有效能分析时，是以有效能环境为先决条件，作为整体分析程序的首个步骤，而有效能分析目的，是要测定出各状态位置的有效能参数。参照H单位给出的系统检测结果，相应获取水煤浆的有效能参数，计算方式如式（1）：

（1）

（1）式中，表示水煤浆的有效能之比，kJ/kg；L表示水煤浆低效生产状态释放的热量，kJ/kg；C、H、N、O、S分别对应于水煤浆生产期间，释放的气体元素质量占比，%；W是指水煤浆含水量的占比，%；y是指“收到基”的量。系统工质有效能之比e，计算方法如式（2）：

                   （2）

（2）式中，M是指系统运行的比焓，kJ/kg；a是指系统运行的比熵，kJ/（kg·K）；T是指系统运行的温度，K；0是指一般环境条件。分析第i位置系统运行情，需测定任意时段内的有效值，具体算法，如式（3）：

                          （3）

（3）式中，第i点位置的有效能参数，kW；表示第i点位置的质量流量，kg/s；表示第i点位置的有效能之比，kJ/kg。系统内单组设备拥有多种有效能流，大致可划分出三类：燃料有效能、产品有效性、损失有效能。基于能量守恒思想，系统运行时的有效能守恒，如式（4）：

                        （4）

（4）式中，F表示燃料，P表示产品，D表示损失，表示燃料有效能，表示产品有效能，表示能源损失的有效能，单位均为kW。系统运行的有效能效率ε，则等于产品有效能与燃料有效能之比[3]。

2.3有效能环境分析

在环境分析中，融合环境学内容，在各组供热设备运行的全时段内，合理分割环境学影响，由各股有效能流承担，逐步获取各股有效能流各个点位的环境学情况。环境影响的分析方法，是以设备的整体运行时间为参考，大致分为“前期生产”、“设备运维”、“设备拆除”三个环节。设备供热产生的环境干扰值，等同于三个环节干扰值之和。一般情况下，气体排放时，会对环境产生的干扰能力，如表1所示。

表 1 气体排放对环境产生的干扰能力（单位：mPts/kg）

设备原材料的组成、性能、供热工序，均具有环境干扰能力。各类材料产生的环境干扰作用，如表2所示。

表 2 材料对环境产生的干扰能力（单位：mPts/s）

系统每年运行时间，参照改造首年的系统运行情况，确定参数。初次运行热电联合运行系统时，需要进行系统调试、设备试运行等工作，可能总体运行时间，未达到供暖要求的时间。为此，假设10~12月的92天内，热电联合系统运行时间为2000h，而热电联合生产系统的运行生命时间多为20~30年，取25年。

结论：综上所述，借助有效能分析方法，从水煤浆、气体排放、设备材料各方面，逐一进行系统有效能分析。分析发现：燃料、产品、能源损失，均是系统有效能的关键因素，需获取三个有效能参数，综合获取系统运行的能耗效率；气体排放、设备材料，均有一定环境干扰作用。为此，在热电联合生产平台运行时，可加强燃料、产品的生产，有效提升系统能源利用的有效性，加强气体排放控制，合理选择设备材料，减少环境问题。

参考文献：

[1]王全福,赵云鹏,倪珅.热水低温直供集中供暖系统输热能力提升技术分析[J].科学技术创新,2022(34):129-132.

[2]李征.基于热量控制法在集中供暖系统运行调节中的应用分析[J].区域供热,2021(03):29-36+77.

[3]杨振元,关艳翠.集中供暖换热站控制系统概述[J].电子制作,2020(18):21-22+27.