集中供热系统由热源、管网和热力站、热用户三部分构成。热源分为热电厂和集中锅炉房,管网分为一次网和二次网。
热源产生蒸汽或热水送入到一次网,然后经过热力站的换热器把一次网的蒸汽或热水的热量传给二次网,最后由二次网把热量送到热用户,热用户再通过室内散热器把热量散发到室内,保证在冬季室内保持一定的温度,以满足人们的生活要求和生产要求。
常见的集中供热系统热源有热电厂、区域锅炉房、集中锅炉房,其中设置蒸汽锅炉或热水锅炉,也有设置蒸汽-热水两用锅炉的,分别供应蒸汽或热水。一次网管道内输送的介质绝大多数为热水,只有少数特殊情况下才输送蒸汽。因为输送热水在经济技术上更合理;二次网管道内输送的介质均为热水。
一次网的供水设计温度一般在130℃,散热器采暖的二次网供/回水设计温度为75/50℃或85/60℃。由此可看到,一次网对管道的要求更高,一方面输送介质温度高,因此要求保温材料要有很好的保温性能,同时还要求保温材料要有较高的耐温性能,以避免高温条件下保温材料碳化而导致预制保温管失去其原有的性能;另一方面由于输送介质温度高、输送距离长,因此管道要承受较大的压力;第三,由于管道直埋,管道热胀冷缩时,预制保温管的高密度聚乙烯外壳要承受很大的摩擦力,因此要求外壳与保温层、保温层与钢管都要有很强的接合力,以保证整体结构;同时土壤的压力也要求外壳具有一定的承压能力。与二次网相比,供热系统对一次网的保温管有着更高的要求。
集中供热系统热介质的选择主要取决于各用户热负荷的特点和参数要求,也取决于热源的种类。采用热水或水蒸气作为热媒各自有不同的特点。
水作为热介质,与蒸汽比较有下列优点:
(1)系统热能利用率高,可节约燃料(质量分数)20%~40%。
(2)能够远距离输送,作用半径大。
(3)在热电厂供热负荷大,可充分利用低压抽汽,提高热电厂的经济效果。
目前我国集中供热行业发展的热点是一些大、中型城市,如北京、沈阳、长春、太原、哈尔滨、济南等城市已经建成了大规模的集中供热设施,具有一定规模的热源、热网和较完善的自动控制装置,同时具有一定规模的、稳定的热用户。由于我国能源消费煤炭占70%以上,尤其是供热,除北京等极少数城市有燃气供热外,其他城市的供热均是煤炭。煤炭供热时必须采用大型集中供热系统,而不能采用分散供热,否则将对城市产生严重的大气污染。因此发展大型集中供热系统,为提高城市人民的生活水平、改善城市大气环境、提高能源的利用率等方面发挥了重要作用,城市集中供热设施成了城市重要的基础设施。据不完全统计,目前集中供热中,热电厂供热占总集中供热的60%以上,区域锅炉房供热方式约占35%,其他供热方式共占不足2%。全国集中供热面积中,公共建筑约占34%,民用建筑约占60%,其他约占6%。
与国外集中供热相比,我国集中供热虽然发展较晚,但近多年发展极其迅速,且有与国外不同的特色。我国城市人口多,建筑密度高,建筑总面积大(人均居住面积近30m2),供热负荷特别大,从而导致使我国的供热区域半径大、一次网供热管道直径大、管网总长达大。如我国的供热管道直径已达1.4米,而欧洲等国家仅0.6米;截止到2010年12月31日,北京热力集团供热区域半径约20km,总供热面积达到1.84亿m2,热力站总数为2768座,管网总长1205km。由于这些原因,对于预制保温管的生产提出了新的要求。
近十多年预制保温管的直埋敷设在我国得到迅速发展,已经成为供热管网的主要敷设方式。所谓预制保温管的直埋敷设,就是把预制保温管直接埋设于土壤中,而不需要建筑地沟敷设管道。与地沟敷设相比较,预制保温管直埋敷设具有下述优点:
(1)不需砌筑地沟,土方量及土建工程量减小;管道预制,现场安装工作量减少,施工进度快,因此可节省供热管网的投资费用。
(2)占地小,易于与其它地下管道和设施协调。此优点在老城区、街道窄小,地下管线密集的地段敷设供热管网时更为明显。
(3)预制保温管严密性好,水难以从保温材料与钢管之间渗入,管道不易腐蚀。根据国外资料,认为可保证其使用寿命达50年以上,远高于地沟敷设。
(4)聚氨酯作为保温材料,导热系数小,供热管道散热损失小于地沟敷设,输送热效率高。
(5)预制保温管结构简单,采用工厂预制,易于保证工程质量。
正是以上各种原因,预制保温管制造业在我国得到迅速发展,而且在今后会有更大的发展空间。
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