（华电能源股份有限公司）
摘要：随着能源的日益紧张化，节能减排势在必行，在城市集中供热中，特别是在高寒地区，供热面积逐年增大与热电厂机组出力逐年降低的矛盾日益尖锐，如何在低负荷的情况下保证居民供热质量，在供热汽源改造上下功夫，并在供热系统中增加蓄热系统，是笔者一直深度探索的目的，本文主要就蓄能系统和供热系统的连接问题进行一个探析。
关键词：蓄能系统、供热系统、连接
0、引言
众所周知，水的蓄热能力强，在整个热网供回水网络中，所有有水的网络形成了一个庞大的蓄热系统，蓄能系统主要包括系统热用户和热网本身自带的蓄热系统两大部分。笔者将就从这两方面进行详细论述：水蓄热罐过渡层的上移和下移可实现水中热能的存储和释放；供热用户的快速投退对蓄热系统也造成了很大影响，有时甚至造成系统超压甚至管道爆破的危险，特别是中间带有换热站的间接式供热用户（一般为热力公司自建），换热站的运行方式也对蓄热系统造成了很大影响。
1、集中供热系统的组成
集中供热系统是由热源、热网和热用户三部分组成的。必须选择与热用户要求相适宜的供热系统形式及其管网与热用户的连接方式。
1.1集中供热系统的分类：
1、根据热媒不同，分为热水供热系统和蒸汽供热系统。
2、根据热源不同，主要可分为热电厂供热系统和区域锅炉房供热系统。此外，也有以核供热站、地热、工业余热作为热源的供热系统。
3、根据供热管道的不同，可分为单管制、双管制和多管制的供热系统。
4、根据热源的数量不同，可分为单一热源供热系统和多热源供热系统。
5、根据系统加压泵设置的数量不同，可分为单一网络循环泵供热系统和分布式加压泵供热系统。
热水供热系统主要采用两种型式：闭式系统和开式系统。在闭式系统中，热网的循环水仅作为热媒，供给热用户热量而不从热网中取出使用。在开式系统中，热网的循环水部分地或全部地从热网中取出，直接用于生产或热水供应热用户中。
2、供暖与热网的连接方式
系统热用户与热水网路的连接方式可分为直接连接和间接连接两种方式。
直接连接是用户系统直接连接于热水网路上。热水网路的水力工况（压力和流量状况）和供热工况与供暖热用户有着密切的联系。
间接连接方式是在供暖系统热用户设置表面式水-水换热器（或者在热力站处设置担任该区域供暖热负荷的表面式水-水换热器），用户系统与热水网路被表面式水-水换热器隔离，形成两个独立的系统。用户与网路之间的水力工况互不影响。
系统热用户与热水网路的连接方式
供暖系统热用户与热水网路的连接方式常见的有以下几种方式：
1．无混合装置的直接连接
2．装水喷射器的直接连接
3．装混合水泵的直接连接
4．间接连接
2.1无混合装置的直接连接
热水由热网供水管直接进入供暖系统热用户，在散热器内放热后，返回热网回水管去。这种直接连接方式最简单，造价低。只能在设计供水温度不超过规定的散热器供暖系统的最高热媒温度时才能采用。用户引入口处热网的供回水管的自用压差大于供暖系统用户要求的压力损失时才能应用（供暖用户要求的压力一般为1～2mH2O）。绝大多数低温水热水供热系统是采用这种方式。
2.2装水喷射器的直接连接
喷射泵的工作原理: 热网的高温高压水在喷射泵的喷嘴处造成负压,在引水室中抽引系统回水,使外网的高温供水与系统的低温回水在喷射泵的混合室中混合成中间温度的用户供水。喷射泵喷嘴的阻力损失较大,要求外网必须有足够高的资用压力。
特点:喷射泵作为混水装置，无电耗，造价低，无活动部件不易损坏。
适用条件:用户供水温度低于外网供水温度；同时外网有足够的资用压力(8～12mH2O)，一般靠近热源的 供暖用户适用,远端供暖用户资用压力往往不够。由于抽引回水需要消耗能量，热网供回水之间需要足够的资用压差，才能保证水喷射器正常工作。装水喷射器的直接连接方式，通常只用在单栋建筑物的供暖系统上，需要分散管理。
2.3装混合水泵的直接连接
工作原理：用混水泵代替喷射泵。来自热网供水管的高温水，在建筑物用户入口或专设热力站处，与混合水泵抽引的用户或街区网路回水相混合，降低温度后，再进入用户供暖系统。
特点：耗电大，但可调节流量。
适用条件：用户水温低于外网水温，用户入口处资用压力不大时（不足以克服喷射泵的阻力时）。
来自热网供水管的高温水，在建筑物用户入口或者专设热力站处，与混合水泵抽引的用户或者街区网路回水相混合降低温度后，再进入用户供暖系统。为防止混合水泵扬程高于热网供回水管的压差而将热网回水抽入热网供水管内，在热网供水管入口处应装设止回阀，通过调节混合水泵的阀门和热网供回水管进出口处的阀门开启度，可以在较大的范围内调节进入用户供热系统的供水温度和流量。
在热力站处设置混合水泵的连接方式可以适当地集中管理。混合设备连接方式的造价比采用水喷射器的方式高，运行中需要经常维护并消耗电能。装混合水泵的连接方式是我国目前尝试高温水供暖系统中应用较多的一种直接连接方式。
2.4间接连接
1)原理:热网供水管的热水进入设置在建筑物用户引入口或热力站的表面式水-水换热器内，通过换热器的表面将热能传递给供暖系统热用户的循环水，冷却后的回水返回到热网回水管去。供暖系统的循环水由热用户系统的循环水泵驱动循环流动。
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2)特点:需投入换热设备造价高,循环水泵耗电多,需常维修,运行费用高。
3)适用条件:用户水温与外网水温不相同时或热水网路与热用户的压力状况不适应时。
2.5直接连接与间接连接的比较
采用直接连接,由于热用户系统漏损水量大多超过《热网规范》规定的补水率（补水率不宜大于总循环水量的1%）,造成热源水处理量增大,影响供热系统的供热能力和经济性。
采用间接连接,需要在建筑物用户入口处或热力站内设置表面式水-水换热器和循环水泵等设备,造价高。但热源的补水率大大减少,同时热网的压力工况和流量工况不受用户的影响,便于热网运行管理。
3、蓄热罐在热力系统中位置
3.1蓄热罐和热网的连接方式
蓄热罐在热网中有直接和间接两种连接方式，直接连接方式是指热水循环泵经汽水换热器到用户，在供回水管路中，热水罐直接通过热水泵、调整门将热水罐上部的热水打入供水管路，回水管路再经调门进入热水罐底部；间接连接方式是指热水循环泵经汽水换热器到用户，在供回水管路中，蓄热罐和供回水的连接之间多了一个换热器，换热器的存在使正常运行中蓄热罐内的水和热网的水之间不会直接接触，从而保证了热网的水质。
3.2蓄热罐和热网的连接方式比较
直接连接系统相对简单，较间接连接系统设备投资少，运行也相对简便。但是直接连接系统中热网水直接流入蓄热罐系统，如果蓄热罐微正压控制不好，容易在水中混入空气，流入热网，造成管网水质下降。间接连接系统相对复杂，较直接连接系统投资有所增加，运行也相对复杂，但该系统中的热网水与蓄热罐系统中的水不混合，对水质没有影响。
4、蓄热罐在热力系统中发挥的作用
在热电联产区域供热系统中应用蓄热系统具有多方面的作用与效益：
1）加强热电厂的经济运行，稳定热电厂运行
使用蓄热系统的主要效益是在同样热负荷状态下能够提高热电厂的发电生产（减少热电厂的凝汽运行），减少热电厂部分负荷运行。此时蓄热罐可被看作为热源与热用户之间的缓冲器，主要用于平衡热负荷（消除峰值）并为热源（与输配）提供灵活性。考虑峰谷电价，在热电厂应用蓄热罐实现发电的灵活性与自由度，提高热电厂的经济性。
蓄热罐尤其对背压机组与抽汽凝汽式汽轮机的稳定与经济运行具有重要作用，它充分地利用了热电厂的供热。它将热电厂廉价的热能蓄存于蓄热罐内，在热网尖峰负荷状态下，蓄热罐与热电厂联合供热，可降低高价尖峰热源的供热量，优化系统的运行。
2）蓄热罐是热网安全运行的保障
当供热系统水泵因意外原因而突然停止运行时，将产生水击，使电厂内部与热力管网遭到很大的破坏。如果供热系统装备有蓄热罐，它将大大缓解水击造成的高压振荡，减轻水击造成的破坏与灾难。
3）蓄热罐是供热系统的备用热源
某热源因故而停止供热时，蓄热罐可以及时运行补充供热，防止造成大面停热状态。
4）蓄热罐是突发事故时热网的紧急补水系统
当热网某处突然爆裂而大量失水时，与热网直接连接的蓄热罐立即向热网补水维持系统压力，以防整个热网系统的事故与停运。
5）建设蓄热罐可以代替尖峰热源的建设
蓄热罐一个重要作用是对供热系统的削峰填谷，它的调峰能力可取代建设尖峰热源，节约尖峰供热厂的燃料消耗。
6）蓄热罐与供热系统直接连接，可作为热网定压系统由于蓄热罐始终保持恒定的液位高度，它可保证供热系统静压值恒定，因此它可作为热网的定压系统。
7）蓄热罐可缓解夏季热网压力波动
供热系统夏季只供应生活热水负荷，由于热水负荷的随时变化，导致热网循环水流量的剧烈变化，由于热网循环泵定速运转，因而致使热网的压力剧烈变化，在低峰负荷时，热网压力急剧上升，威胁系统的安全运行。如果建设了蓄热罐，它可缓解热网的压力急剧升高，使供热系统安全运行。
5、蓄热系统的经济性分析
热电厂蓄能系统的经济性取决于热电厂供热与换热站供热热价之差，电力峰谷电价，不同热电厂之间的成本之差，不同区域内热电机组的调峰补偿之差，蓄热罐的利用率，蓄热器回水温度，热价与煤价等诸多因素。
根据国外经验，如果热价相差大于20元／GJ，则蓄热器具有很好的经济性。而根据国内的实际运行经验，燃煤供热锅炉的供热成本超过热电厂(25元／GJ)供热成本的2倍以上，而天然气供热锅炉的热生产成本是热电厂的3倍，因此燃煤尖峰锅炉的热价高于60元／GJ，而天然气尖峰锅炉的热价高达96元／GJ。显而易见，对于国内的供热系统，建设蓄热器充分利用热电联产，减少启动尖峰锅炉，将极大地提高热力公司的经济效益。
根据国内供热系统的实际运行经验，供热负荷尖峰时段仅为6小时，为满足短期尖峰时段的供热需求而投入大量资金建设锅炉热电厂显然不甚合理。而建设蓄能器来满足这个调峰需要就显得很有必要，不仅在实际运用中取得了一定的效益，在有些区域利用电网的两个细则深度调峰补偿和蓄能系统互相优化，也取得了很大的经济效益。
6、蓄能技术的应用前景
蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术, 可用于解决热能供给与需求失配的矛盾 , 在供热紧张，机组出力不足的情况下实现电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景 , 目前已成为世界范围内的研究热点。
如何把高负荷高环境温度下的热量储存利用起来，要充分利用这些不稳定的能源 , 就需要采用蓄热技术 , 将这些热量暂时储存起来 , 在需要的时候再释放出去。这样既可以降低企业能耗 , 又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染，蓄能技术为300MW及以下容量的热电厂如何度过未来的五年开启了一扇大门，当然想要完全发挥蓄热系统的作用还需在热网汽源侧寻找解决问题的办法。
7、结束语
笔者主要对热网系统中的蓄热罐和热网用户与热网系统的连接上进行分析蓄热系统在极寒地区的热电机组在面临低负荷高供热压力时发挥的作用，在机组供热抽汽量有限的情况下，还可以在汽轮机抽汽改造上下功夫，在解决冬季低负荷供热的难题的同时为企业创造新的利润增长点。
论文作者:柳邦家
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/30
标签：蓄热论文; 系统论文; 用户论文; 回水论文; 热电厂论文; 热源论文; 方式论文; 《电力设备》2016年第18期论文;