集中供熱系統(tǒng)中多熱源聯(lián)網(wǎng)有關(guān)問題的探討

摘要:隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，供熱系統(tǒng)向著大型化、多熱源方向發(fā)展。對于多熱源的熱網(wǎng)，進(jìn)行合理的調(diào)度，確定優(yōu)化的運(yùn)行方式尤為重要。

關(guān)鍵詞:集中供熱 多熱源聯(lián)網(wǎng) 問題 探討

0 引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，供熱系統(tǒng)向著大型化、多熱源方向發(fā)展。很多城市熱網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)超過千萬平方米，形成了多個熱源聯(lián)網(wǎng)的格局。與單熱源運(yùn)行調(diào)度不同，多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的水力和熱力過程相當(dāng)復(fù)雜，運(yùn)行調(diào)度的難度成倍增加。對于多熱源的熱網(wǎng)，進(jìn)行合理的調(diào)度，確定優(yōu)化的運(yùn)行方式(即確定是采用聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行還是解裂運(yùn)行的方式)尤為重要。

1 多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行水力過程模擬分析

多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時，熱源分布在熱網(wǎng)的不同位置，存在水力匯交點(diǎn)。當(dāng)各個熱源的運(yùn)行工況發(fā)生變化時，水力匯交點(diǎn)將移動，熱網(wǎng)的壓力分布和流量分布也將隨之變化，而且單熱源枝狀網(wǎng)運(yùn)行時的水力工況變化的一致性和等比例原則在多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時不再適用。由于各個熱源之間的相互作用，聯(lián)網(wǎng)后的水力工況與各個熱源解裂運(yùn)行的水力工況會有很大的變化。通過對多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行水力工況模擬分析，計算出水力匯交點(diǎn)的位置、熱網(wǎng)的壓力和流量分布、各個熱源循環(huán)水泵的運(yùn)行工況和耗電量、各個補(bǔ)水點(diǎn)處的壓力分布。

2 多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的補(bǔ)水定壓

一個熱網(wǎng)中只能有一個定壓點(diǎn)，多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的熱網(wǎng)，由于考慮到有可能要解裂運(yùn)行，每個熱源處都會設(shè)置自己的補(bǔ)水定壓點(diǎn)。在多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時，一般主熱源的回水壓力最低，而其他輔熱源的回水壓力比它們單獨(dú)運(yùn)行時要高。因此，補(bǔ)水定壓點(diǎn)一般應(yīng)該設(shè)置在主熱源的回水管道上，當(dāng)主熱源定壓點(diǎn)壓力恒定后，其他輔熱源的原有單獨(dú)運(yùn)行時的補(bǔ)水定壓點(diǎn)只能作為補(bǔ)水點(diǎn)。

3 熱負(fù)荷變化的動態(tài)計算方法

影響熱負(fù)荷變化的主要因素是室外溫度和供熱面積的變化，其次夜間休息時降低室內(nèi)溫度和白天太陽輻射、隨著人們生活起居時間部分生活熱水負(fù)荷規(guī)律性的周期變化都將引起熱負(fù)荷的變化。供熱的最終目的是為了隨著熱負(fù)荷的變化及時供應(yīng)相應(yīng)的熱能，因此熱負(fù)荷變化的動態(tài)實(shí)時計算很有必要。其中室外溫度變化是引起熱負(fù)荷變化的最主要因素，由于室外溫度的變化頻率和變化幅度較大，供熱系統(tǒng)實(shí)時地跟蹤室外溫度的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的難度很大，甚至不可能。

在動態(tài)計算熱負(fù)荷時室外溫度是關(guān)鍵，因此，室外溫度的測量要準(zhǔn)確。一方面我們要選精度等級高，可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性好的產(chǎn)品。另一方面我們要規(guī)范室外溫度的安裝，加強(qiáng)室外溫度的校準(zhǔn)工作。

控制滯后時間的參數(shù)是實(shí)際室外溫度與用于參控的當(dāng)量室外溫度的偏差對時間的積分值，當(dāng)該積分值超過我們的規(guī)定后“積分常數(shù)”就將改變當(dāng)量室外溫度值。控制平滑程度的參數(shù)是每次改變當(dāng)量室外溫度的幅度，該幅度值為實(shí)際室外溫度與當(dāng)量室外溫度偏差除以“平滑系數(shù)”，該系數(shù)是我們事先設(shè)定好的。

熱源供熱與房間需熱之間存在幾級熱網(wǎng)系統(tǒng)，由于熱網(wǎng)的蓄熱作用，使得供熱量變化和需熱量變化之間的矛盾有可能得以緩解。合理利用供熱管網(wǎng)的蓄熱作用，不僅可以使供熱量的調(diào)節(jié)頻率降低，還會有效避免尖峰負(fù)荷的出現(xiàn)，有利于節(jié)約能源和減小供熱系統(tǒng)的裝機(jī)容量。

4 供熱溫度曲線和供熱流量曲線的確定

熱能輸配過程中會有散熱損失和泵耗，這兩者相互矛盾著。散熱損失與供熱溫度有關(guān)，泵耗與供熱流量有關(guān)，因此供熱溫度與供熱流量之間存在優(yōu)化問題。隨著室外溫度的變化，最佳供熱溫度和供熱流量會不斷變化，因此存在最佳供熱溫度曲線和最佳供熱流量曲線。最高供熱溫度受管網(wǎng)和熱源設(shè)備設(shè)計參數(shù)的限制，最大供熱流量受熱網(wǎng)循環(huán)泵的限制和管網(wǎng)可及性的限制，最小供熱流量受熱源設(shè)備設(shè)計參數(shù)和散熱設(shè)備失調(diào)的限制。

5 各個熱源熱負(fù)荷分配

熱源承擔(dān)熱負(fù)荷的能力受到熱源本身裝機(jī)容量的限制，同時受到熱網(wǎng)輸配是否可及的限制。另外，不同熱源制備熱能的成本和輸送熱能的成本是不同的。而且熱源制備熱能和輸送熱能的成本隨著所承擔(dān)的熱負(fù)荷而變化。主熱源一般是熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電廠，其經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高。調(diào)峰熱源的運(yùn)行時間較少，熱負(fù)荷增加超過某一范圍時調(diào)峰熱源投入，熱負(fù)荷低于某一范圍時調(diào)峰熱源退出。燃煤調(diào)峰鍋爐房的供熱量調(diào)節(jié)及時性不好，它的投入和退出不很靈活，存在一個熱負(fù)荷過渡區(qū)。

6 多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時各個熱源調(diào)度方法

國外的通常做法是，主熱源滿負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)峰熱源依次投運(yùn)，調(diào)峰熱源與主熱源保持相同供熱溫度，按照最不利環(huán)路壓差調(diào)度調(diào)峰熱源的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速。我國的熱源與熱網(wǎng)由兩家分管，供熱量與需熱量之間由于各個單位的本位利益，存在著不協(xié)調(diào)因素。另外，我國的熱源供熱負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較差經(jīng)常存在供熱量不足的問題，此時維持整個二次熱網(wǎng)的供回水平均溫度一致，達(dá)到均勻供熱是第一位的。因此，我國供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的方法應(yīng)該有別于國外。我們的調(diào)度方法是，按照各個熱源的熱負(fù)荷分配比例調(diào)度各個熱源的供熱量，同時按照最不利環(huán)路的運(yùn)行工況(是一個綜合判據(jù)，而不是簡單的壓差)調(diào)整整個供需關(guān)系，當(dāng)最不利環(huán)路供熱量不足時，按照不足比例同比例增大總供熱量，反之減小;由于通過改變循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速比通過調(diào)整熱源鍋爐燃燒能力來改變供水溫度要容易得多，因此我們盡可能使各個熱源供水溫度保持一致的方法是通過控制各個熱源的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，供熱溫度高時加大循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，供熱溫度低時減小循環(huán)泵轉(zhuǎn)速。由于向各個熱源發(fā)送供熱量和供熱溫度的調(diào)度指令的實(shí)時性，最好采用計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

7 多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時一次熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)方法

一次網(wǎng)的調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)是各個熱力站一次流量的調(diào)節(jié)，按照國外的做法，各個熱力站按照室外溫度實(shí)現(xiàn)氣候補(bǔ)償即可。我國的熱源與熱網(wǎng)供需匹配情況與國外不同，我們經(jīng)常出現(xiàn)供熱量不足，若各個熱力站按照室外溫度進(jìn)行氣候補(bǔ)償就必然存在爭搶供熱量的問題，造成不利環(huán)路不熱，而我國的供熱原則是盡可能讓所有用戶享受同等的供熱待遇，因此一次網(wǎng)調(diào)節(jié)的主要目的是平衡調(diào)節(jié)。考慮到各個熱力站換熱器選型面積和運(yùn)行工況的差異性，考慮到二次網(wǎng)循環(huán)水量的差異性，不能簡單的將按照供熱負(fù)荷計算的一次流量作為一次網(wǎng)的平衡依據(jù)。

對于小型單熱源枝狀網(wǎng)，平衡調(diào)節(jié)完成后不必頻繁調(diào)節(jié)，一般可以手工實(shí)現(xiàn)。而對于大型或特大型熱網(wǎng)應(yīng)該采用計算機(jī)全網(wǎng)自動平衡調(diào)節(jié)技術(shù)。計算機(jī)全網(wǎng)自動平衡調(diào)節(jié)技術(shù)要求各個熱力站的運(yùn)行工況實(shí)時采集到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)各個熱力站的電動調(diào)節(jié)閥門，這樣做一般投資較大實(shí)施較難，考慮到在多熱源熱網(wǎng)中存在一些大型分支，每個分支中的熱力站的運(yùn)行工況存在一致等比失調(diào)的規(guī)律，可以將各大型分支作為一個熱力站進(jìn)行總體平衡。分支內(nèi)各個熱力站的平衡調(diào)節(jié)，可以手工完成，調(diào)好后一般就不需再調(diào)節(jié)了。在主干管上還會存在大量的小規(guī)模熱力站，這些站的運(yùn)行工況變化對整個大網(wǎng)工況的影響不大，可以采用本地自動控制的方法，讓這些熱力站按照室外溫度的變化實(shí)現(xiàn)氣候補(bǔ)償，同時自動限制流量。經(jīng)過簡化的熱網(wǎng)，需要實(shí)時監(jiān)控的規(guī)模會大幅度減小，便于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)。

8 熱力站調(diào)節(jié)方法

只進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)不能完成氣候補(bǔ)償，不能有效利用熱網(wǎng)的蓄熱作用，不能最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。熱力站還應(yīng)完成如下調(diào)節(jié)功能:①供熱量氣候補(bǔ)償;②二次網(wǎng)循環(huán)水量氣候補(bǔ)償;③太陽輻射能量的利用;④夜間降低室內(nèi)溫度的節(jié)能利用。

熱力站實(shí)現(xiàn)供熱量氣候補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ遣捎米詣涌刂萍夹g(shù)，不可能靠人工實(shí)現(xiàn)。電動調(diào)節(jié)閥的安裝位置不同，氣候補(bǔ)償功能對熱網(wǎng)運(yùn)行工況的影響也不同。采用一次網(wǎng)安裝電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行氣候補(bǔ)償會破壞一次網(wǎng)的平衡調(diào)節(jié)，但對于不參與全網(wǎng)平衡的主干網(wǎng)上的小規(guī)模熱力站氣候補(bǔ)償功能可以采用控制一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)。熱力站供熱量的氣候補(bǔ)償功能一般可以通過調(diào)節(jié)與換熱器旁通的電動調(diào)節(jié)蝶閥，改變二次網(wǎng)通過換熱器的水量實(shí)現(xiàn)供熱量的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)不改變整個二次網(wǎng)的總體循環(huán)水量，也不改變一次網(wǎng)的水力工況，屬于無擾調(diào)節(jié)方法。

二次網(wǎng)最佳循環(huán)水量隨著室外溫度的變化而變化，隨室外溫度的降低而增大，反之減小。通過測算，有效利用這一規(guī)律采用變頻調(diào)速技術(shù)可以節(jié)約50%以上的電能，具有較好的投資回報率。按照不同規(guī)模的熱力站投資回收期也不同，一般熱力站規(guī)模越大投資回收期越短，按照不同的投資回收期和設(shè)備使用壽命、維護(hù)成本等可以確定熱力站采用變頻調(diào)速技術(shù)的最小規(guī)模。我國的供熱站規(guī)模一般較大，采用變頻調(diào)速技術(shù)一般都是經(jīng)濟(jì)的。

9 結(jié)論

多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度是一項(xiàng)十分復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，需要利用多種技術(shù)，需要熟悉整個供熱系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。更需要運(yùn)行調(diào)度人員在長期生產(chǎn)實(shí)踐過程中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)和大量數(shù)據(jù)。本文初淺的探討，若能拋磚引玉，不當(dāng)之處，歡迎批評指導(dǎo)。