热水供热长距离输送技术

热水供热长距离输送技术

汪琦

(中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071)

摘要：为了解决清洁能源供热热源不足和电厂余热未有效利用的问题，本文对热水长距离输送技术特点和工程设计要点进行论述和分析，该供热方式可大幅降低供热煤耗，减少污染物排放。

关键词：清洁能源；余热利用；节能减排

在所有能源应用中，热电联产集中供热是能源利用最为合理，也是大面积集中供热最可行的一种方式。火力发电厂是主力军，而火力发电厂中热电机组的余热利用率平均不到50%，大型纯凝机组还远远没有开发利用，开发潜力极大。一方面电厂热能没有被充分利用，另一方面城镇和农村又严重缺乏热源，不得不使用大型的燃煤锅炉、燃气、电力作为热源。造成这种能源不能合理利用的主要原因是输送距离。由于余热所在地距离大中型城市比较远，如果不善加利用，将其长途输送到目的地，无论从投资和运行成本上都是不经济的，因此，如何整合资源，将余热合理规划利用，形成热源、热力公司、用户都能共赢的局面是长距离热水输送供热管网研究的课题。

1长距离输送热网技术

长距离输送热网技术，即采取特殊的减少沿途水力损失和散热损失的技术措施，将蒸汽管网输送距离由过去的5～6公里提高到15～20公里，甚至到25公里以上，温降由常规设计的每公里15℃～20℃降为每公里8℃以内，压降控制在每公里0.03MPa以内。

2适当的热补偿方式

常用的补偿方式有自然补偿、波纹管补偿器补偿、套筒补偿器、球形补偿器、方形补偿器及无推力旋转筒补偿器补偿等。管道尽可能利用跨越和走向转折及调整管道高差自然补偿（包括π型、L型和Z型）。为减少压损，没有自然补偿的平直管段推荐采用无推力旋转筒补偿器，该补偿器有如下突出优点：安全性能高；产品的寿命长；补偿量大（可达1000mm），每组补偿器可以补偿350m，相比自然补偿可以使热网的管损大大减少；投资省，因旋转补偿器的补偿距离长，采用的补偿器数量减少，且对土建的固定墩推力小，固定墩的设置数量比较少，固定墩的规模比较小，可以节省土建投资20%～25%。

2长距离蒸汽输送设计存在的主要问题

2.1将蒸汽等同于理想气体

现有的大部分关于长距离蒸汽输送的研究都把管道中的蒸汽视为理想气体，这是不准确的。蒸汽的分子间距离较小，分子之间的作用力较大，在管道中，蒸汽的状态和性质在时时变化，热力情况非常复杂。把蒸汽等同于理想气体，容易在理论和实际之间造成较大的误差。

2.2忽略了蒸汽输送过程中的状态变化

在许多研究资料的计算中，管道蒸汽都被视为理想饱和蒸汽来处理。但是长距离蒸汽输送有着十分复杂的情况，管道内的蒸汽常常处于过热状态，热力性质与饱和蒸汽并不完全相同，如此直接套用同样会产生较大的误差。

2.3在进行水力计算是没有考虑到热力计算的影响

蒸汽作为可压缩的流体有着特殊的热力性质，在长距离运输中热力状态变化复杂，会对水利工况产生实际影响。由于管道有着热量消耗，散发的热量带走了一部分能量，导致管道内的蒸汽压强发生了轻微的下降。在进行水力计算时，要充分考虑到这一点，让水利和热力计算相结合，以降低计算时的误差。

3．长距离蒸汽输送设计的主要特点

3.1可靠的保温材料

传统的保温材料通常选用块状设计。由于管道材料与保温材料有差别，在吸收热量时的膨胀系数有着差别，这就必然导致管道与保温材料之间，保温材料与保温材料之间会产生缝隙。热量通过这些缝隙散发，导致了较大的热损失。根据测定，通过缝隙产生的热损失达到所有热损失的四成。为了解决这个问题，新的保温材料倾向于选用更加灵活的毡状材料。毡状材料可以互相叠压，填充缝隙，而且深搜读良好，所以保温性能较好。

传统毡状材料有很多种，但不是每一种都适合用于管道保温。比如超细玻璃棉比较滑，在使用一段时间之后，会因为蒸汽管道长时间的轻微震动了逐渐滑到管道的下方，缺乏持久性。所以在诸多毡状材料中，我们选择了岩棉制品。岩棉制品不易沉降，导热性不强，相对来说重量较轻，施工起来也比较方便灵活。耐酸、耐风化，在十五到二十年内都可以不用更换，十分耐用。

3.2保温结构

采用多层保温结构，每层保温材料纵横错开，各层间保温材料纵横错开；在每层保温材料外均包阻燃铝箔玻纤布反射层；外壳采用环保节能型保护层――彩钢板。

3.3隔热管托

采用高效隔热节能型滑动管托，采用导热系数较低、强度较好的隔热瓦块做隔热层，普通管托隔热瓦块厚度20～25mm，合理增加隔热瓦块厚度至50～60mm，容重大于250kg/m3，平均温度25℃时导热系数K=0.045w/m・k，在满足隔热瓦块承重的前提下，尽量缩小管夹长度，提高保温效果。为减少热量传导和摩擦力，管托支撑面下垫聚四氟乙烯隔热板，抗压强度≥8MPa，平均温度25℃时导热系数K≤0.15w/m・k。

3.4新的保温结构设计

为了对新型保温结构进行评测，曾经对某工厂的蒸汽管线进行过测定。在使用了焓降法进行测定之后，发现热量损耗大大超出预期。在深入调查研究后发现，蒸汽管线上层温度较高，下层温度较低。于是在管道顶部额外增加了一层保温材料，来实现更好的保温效果。在减少热损失的努力和尝试中，每层保温材料之间的接缝必须要错开，在接缝的地方用特殊材料堵住，比如碎岩棉。用钢带把每层的岩棉保温材料札紧，外层加上镀锌铁皮。为了防备风吹雨淋，还可以再摔伤银粉漆来提高光滑度，减少热量损失。在管线建设时，滚动管常常存在着生锈和钢材消耗等等问题。解决这个问题，可以用摩擦系数比较小的聚四氟乙烯橡胶。聚四氟乙烯和橡胶的耐热性质不同。聚四氟乙烯能够忍耐250℃的高温，而橡胶最多能达到105℃。为了解决这个矛盾，又要加装能够隔热的管托。用60毫米的石棉橡胶板，经过实验测试，可以起到很好的效果。

3.5减震器的应用

要保持管道的稳定运行，就要广泛的使用减震器。有的管道拐弯角度比较小，无法设置固定管架，为了有效控制管道的侧向位移，必须要使用减震器。还有的管道直径比较大，在露天时容易受到大风天气的影响，阻力很大，对管道的寿命有比较严重的影响。有的管道由于保温层很多，直径接近两米，表面积巨大，每平方厘米承载的风的压强达到四千千克。在管道的两端各安装一对减震器之后，管道收到的压力明显下降了。

3.6球形补偿器的应用

传统的补偿器是U型补偿器，利用柔性的变形来吸收热量，减少位移。每一个U型补偿器的应用就意味着一段阻力的增加。球型补偿器是一项新的补偿器技术。补偿能力较大，是U型补偿器的两到三倍，不仅阻力较小，占地面积和体积也相对较小。长距离蒸汽输送设计的经济效益评价

4结论

在进行了多种长距离蒸汽输送设计的改革之后，长距离输送设计的损耗明显减少，为企业减少了大量成本，提高了能源的使用效率。由于热损耗的大量降低，相同单位的煤炭资源能够产生更多蒸汽，无形中为企业提高了竞争力，这部分的效益提升从长远来看高于进行技术改革所需要的成本。长距离蒸汽输送设计的改革是在必行，这是为了降低企业成本，提高能源利用效率，不仅是为了企业的长久发展，更是为了国家乃至于人类的可持续发展。

参考文献：

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