談多熱源聯(lián)合供熱

申政（太原市熱力公司，山西　太原　030001）

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談多熱源聯(lián)合供熱

申政
（太原市熱力公司，山西太原030001）

摘要：分析了多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)，從運(yùn)行方案選擇、管網(wǎng)設(shè)計、熱源優(yōu)化調(diào)度、網(wǎng)路水力計算等方面，闡述了多熱源聯(lián)合供熱的基本原則，并提出了聯(lián)合供熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式，指出該供熱系統(tǒng)可有效提高集中供熱的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：多熱源，聯(lián)合供熱系統(tǒng)，運(yùn)行方式

0　引言

目前，我國面臨著嚴(yán)峻的資源形勢和環(huán)境形勢，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新常態(tài)”下，新的形勢對供熱事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，供熱事業(yè)的發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)。我國集中供熱的發(fā)展模式已經(jīng)從北向南，從一線城市、省會城市向二三線城市發(fā)展。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，集中供熱進(jìn)入了快速發(fā)展的時期，在大部分的城市中，許多供熱系統(tǒng)都是獨(dú)立承擔(dān)一個供熱區(qū)域，單獨(dú)運(yùn)行，互不連接。當(dāng)采暖期開始，各個熱源就失去互補(bǔ)性，尤其在供暖初期和末期，室外的溫度較高，熱用戶所需的熱負(fù)荷較小，熱源不能夠滿負(fù)荷運(yùn)行，熱源的供熱效率下降，這樣不但造成了設(shè)備初投資的增大以及能源的浪費(fèi)，同時也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。所以，多熱源聯(lián)合供熱就成了集中供熱系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

1　多熱源聯(lián)合供熱特點(diǎn)

多熱源聯(lián)合供熱方式指的是一個供熱系統(tǒng)中同時存在多個熱源，多個熱源共用一個管網(wǎng)的一種供熱形式。由于我國集中供熱事業(yè)的發(fā)展起步較晚，目前集中供熱只是在大中型城市發(fā)展較快，而在二三線城市集中供熱發(fā)展仍不能滿足熱用戶對采暖的需求。因此，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新常態(tài)”下，滿足民生需要、優(yōu)化供熱結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是目前供熱事業(yè)面臨的新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，相應(yīng)地，多熱源聯(lián)合供熱成了未來供熱事業(yè)的主要發(fā)展方向。

1.1多熱源聯(lián)合供熱的優(yōu)點(diǎn)

多熱源聯(lián)合供熱在合理利用能源、節(jié)約能源、提高系統(tǒng)的供熱質(zhì)量等多個方面發(fā)揮了極其重要的作用，其具體的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）可以提高整個集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性［1］。對于一個多熱源的集中供熱系統(tǒng)，如果某一個熱源由于發(fā)生事故或者某些原因?qū)е虏荒軡M足熱用戶的供熱需求或者導(dǎo)致供熱量減少，這時可以通過其他的熱源增加供熱量來滿足熱用戶的需求。當(dāng)故障熱源維修好后，其他熱源再恢復(fù)運(yùn)行，這樣多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性就明顯高于單一熱源供熱系統(tǒng)的可靠性與安全性，實(shí)現(xiàn)了各個熱源之間相互替代、相互協(xié)調(diào)、相互補(bǔ)充。

2）可以靈活調(diào)整多熱源供熱系統(tǒng)每個熱源的供熱量［2］，提高熱源效率，達(dá)到節(jié)能的效果。集中供熱系統(tǒng)中的多熱源，可以依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和熱負(fù)荷延續(xù)時間圖，制定出節(jié)能的供熱方案。由于在采暖期各熱源很長一段時間內(nèi)都處于部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，在保證能夠滿足熱用戶需求的條件下，可以讓高效率的熱源盡可能的滿負(fù)荷運(yùn)行，延長供熱時間，減小低效率熱源的供熱量。

3）可以提高供熱系統(tǒng)的水力工況穩(wěn)定性。由于大城市大多數(shù)熱網(wǎng)的供熱面積比較大，而且大多數(shù)熱網(wǎng)采用環(huán)狀管網(wǎng)連接進(jìn)行供熱。采用多熱源聯(lián)合供熱，熱網(wǎng)的比摩阻較小，各換熱站的資用壓頭較大，這也就增強(qiáng)了供熱系統(tǒng)的水力工況的穩(wěn)定性，提高了安全性。

4）有利于集中供熱系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展［3］。由于熱電廠的建廠時間比較長，初投資較高，可以在初期建一個或多個區(qū)域鍋爐房，讓其高效率供熱，等到熱用戶對供熱面積的需求增大時，將熱電廠與區(qū)域鍋爐房實(shí)行聯(lián)網(wǎng)供熱，區(qū)域鍋爐房主要進(jìn)行調(diào)峰供熱，以降低費(fèi)用。同時隨著新能源技術(shù)（地?zé)帷⑻柲芤约袄紵a(chǎn)生的熱）等不斷發(fā)展，多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)也為新能源的利用提供了一個新的平臺［4］。

1.2多熱源聯(lián)合供熱的缺點(diǎn)

雖然多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它要比單熱源供熱系統(tǒng)的運(yùn)行要復(fù)雜。在復(fù)雜的供熱系統(tǒng)中，多熱源聯(lián)合供熱主要存在以下幾個問題：1）多熱源熱負(fù)荷的分配；2）各熱源怎樣協(xié)調(diào)啟動；3）調(diào)節(jié)方案的選擇；4）多熱源位置的選取。

2　多熱源聯(lián)合供熱的基本原則

在進(jìn)行多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行時，由于多熱源聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性造成系統(tǒng)的水力工況、熱力工況及調(diào)節(jié)工況很復(fù)雜，例如多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是管網(wǎng)中存在水力平衡點(diǎn)，并且存在多點(diǎn)補(bǔ)水和多點(diǎn)定壓問題。因此在工程設(shè)計及運(yùn)行時必須對供熱系統(tǒng)的供熱量、流量、系統(tǒng)各部流量進(jìn)行計算，進(jìn)行各種供熱方案的優(yōu)化組合論證，以保證聯(lián)合供熱系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。所以，進(jìn)行此項(xiàng)工作時應(yīng)遵循下列原則：

1）進(jìn)行熱電廠與外置區(qū)域鍋爐房聯(lián)合供熱系統(tǒng)設(shè)計時，必須首先確定其運(yùn)行方案，如系統(tǒng)采用直接連接、間接連接或直接混水式供熱方式；供熱調(diào)峰期間熱電廠主熱源與外置調(diào)峰鍋爐房是并聯(lián)運(yùn)行、串聯(lián)運(yùn)行還是切斷運(yùn)行；供熱調(diào)節(jié)方式是采取質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)或量與質(zhì)調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)方式，質(zhì)調(diào)節(jié)是改變網(wǎng)路的供水溫度，量調(diào)節(jié)是改變網(wǎng)路的循環(huán)水量。這些都會在網(wǎng)路計算、電能消耗、各熱源年供熱量及相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)等方面得出不同的結(jié)果。

2）熱電廠與供熱外網(wǎng)的設(shè)計及運(yùn)行，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)化。多熱源供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件，管徑的計算及管網(wǎng)中關(guān)斷閥門的正確設(shè)置，中繼加壓泵技術(shù)參數(shù)的選擇對以后的運(yùn)行調(diào)度都有著非常重要的作用。熱網(wǎng)的管徑要滿足系統(tǒng)的設(shè)計工況、事故工況及調(diào)節(jié)工況下的水力要求，一般以最不利環(huán)路計算管徑，以設(shè)計工況選擇和確定循環(huán)水泵參數(shù)。

3）制定準(zhǔn)確可靠的熱源負(fù)荷分配及優(yōu)化調(diào)度方案，通過分析比較從多角度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。各熱源之間協(xié)調(diào)運(yùn)行的原則是：通過調(diào)整主熱源和調(diào)峰熱源的鍋爐運(yùn)行臺數(shù)、燃燒強(qiáng)度及閥門開度、水泵運(yùn)行頻率等手段確保各熱源進(jìn)出口的供回水溫度基本保持一致，根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)時，主熱源和調(diào)峰熱源都要按照相同的溫度調(diào)節(jié)曲線執(zhí)行，實(shí)行簡單有效的調(diào)節(jié)。總的來說，供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要分為水力工況調(diào)節(jié)和熱力工況調(diào)節(jié)兩方面的內(nèi)容。水力工況調(diào)節(jié)的含義是指在各種運(yùn)行方案下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流量平衡，即壓力平衡。熱力工況調(diào)節(jié)指的是通過水力調(diào)節(jié)和供回水溫度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱量平衡，盡量達(dá)到按需供熱的理想工況。

4）對聯(lián)合供熱系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)路水力計算時，應(yīng)分析各個熱源的投入順序和狀況，對不同運(yùn)行工況分別進(jìn)行水力計算。對于不同運(yùn)行方案，要對管網(wǎng)中循環(huán)水泵的揚(yáng)程和流量進(jìn)行校核計算，進(jìn)行輸配管網(wǎng)的可行性分析計算，在滿足管網(wǎng)水力工況要求及水力平衡的條件下，多源聯(lián)合供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)循環(huán)水泵必須采用變頻泵，力爭使循環(huán)水泵的輸送能耗最小，水泵的運(yùn)行費(fèi)用最低［5］。

5）提高供熱系統(tǒng)的自動化程度，是保證多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。

3　多熱源聯(lián)合供熱的運(yùn)行方式

多熱源聯(lián)合供熱運(yùn)行，即調(diào)峰熱源與基礎(chǔ)熱源聯(lián)合運(yùn)行，其各熱源運(yùn)行時間及承擔(dān)的熱負(fù)荷如圖1所示。當(dāng)室外的溫度低于開始供暖的室外溫度時，即tw＜twq時，多熱源聯(lián)網(wǎng)中的基礎(chǔ)熱源投入運(yùn)行，這時供暖熱用戶的熱負(fù)荷Q低于基礎(chǔ)熱源的設(shè)計熱負(fù)荷aQ'，因此基礎(chǔ)熱源在這段供熱時間始終在部分負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行，其實(shí)際效率低于設(shè)計效率［6］，基礎(chǔ)熱源在這段時間的總供熱量如圖1右側(cè)空白所示。

圖1　多熱源聯(lián)合運(yùn)行熱負(fù)荷延續(xù)時間圖

當(dāng)室外溫度低于調(diào)峰熱源的計算開啟室外溫度時，即tw'＜tw＜tw，fb'時，開啟調(diào)峰熱源，此時調(diào)峰熱源與基礎(chǔ)熱源聯(lián)合供熱保證熱用戶的需求，此時熱負(fù)荷Q高于基礎(chǔ)熱源的設(shè)計熱負(fù)荷aQ'，但基礎(chǔ)熱源的設(shè)計熱負(fù)荷aQ'不能夠達(dá)到熱用戶的設(shè)計熱負(fù)荷Q'，因此基礎(chǔ)熱源在這一階段處于滿負(fù)荷運(yùn)行，基礎(chǔ)熱源的實(shí)際熱效率接近設(shè)計熱效率，基礎(chǔ)熱源在這段時間的總供熱量如圖1陰影部分所示［7］。

當(dāng)室外溫度低于供暖的計算溫度時，即tw≤tw'時，供暖熱用戶的熱負(fù)荷Q將達(dá)到其設(shè)計值Q'，此時基礎(chǔ)熱源在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，其實(shí)際熱效率接近設(shè)計熱效率，調(diào)峰熱源也在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，實(shí)際效率接近設(shè)計熱效率。

4　結(jié)語

多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)，由于系統(tǒng)有多個熱源，提高了整個系統(tǒng)的供熱安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)某個熱源出現(xiàn)故障，不影響整個系統(tǒng)的供熱。但多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)投資較大，運(yùn)行管理較復(fù)雜，許多問題有待進(jìn)一步研究。

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Discussion on combined heating of multi-heat sources

Shen Zheng
（Taiyuan Thermal Power Corporation，Taiyuan 030001，China）

Abstract：With an analysis of features of multi-heat sources combined heating system，starting from aspects of operation scheme selection，pipe network design，heat source optimizing adjustment，and network hydropower computation，the paper describes basic principles of multi-heat sources combined heating system，puts forward its operation methods，and finally points out that：multi-heat sources combined heating system can effectively improve safety，reliability and economy of central heating system.

Key words：multi-heat sources，combined heating system，operation methods

中圖分類號：TU833

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0117-03

收稿日期：2015-12-18

作者簡介：申政（1989-），男，助理工程師