多熱源環狀管網運行技術發展現狀與趨勢★

田亞男 榮嘉宇 李雙燕 王 倩 鮮沐希 萬 山

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

·水·暖·電·

多熱源環狀管網運行技術發展現狀與趨勢★

田亞男 榮嘉宇 李雙燕 王 倩 鮮沐希 萬 山

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

從規劃設計、運行調節和模擬評價三個角度，綜述了多熱源環狀管網的發展水平與研究現狀，并對其發展前景做了展望，指出多熱源環狀管網正逐步取代簡單的單熱源枝狀管網。

多熱源，環狀管網，規劃設計，運行調節，模擬評價

0 引言

集中供熱事業雖然在我國起步較晚，但經歷了幾十年的發展已經具備了相當的規模。目前，隨著節能減排大趨勢不斷推進，集中供熱面積逐年遞增，熱源種類趨于多樣化，熱網規模也越來越大，因此一個城市由多個供熱系統分區域供熱的現象越來越普遍，然而城鎮的擴建和發展使得區域供熱的供需時常會出現失衡的現象。多熱源聯合供熱可以實現取多補少的有利聯合，所以多熱源聯合供熱正在逐步取代簡單的單熱源供熱，因此供熱界人士正在不斷努力改進和完善多熱源聯合運行的技術方案。本文將對多熱源環狀管網運行技術的發展現狀進行綜述，以期探索其發展趨勢及前景。

1 規劃設計

對于新建的多熱源環狀供熱管網，設計方案直接決定后期的運行效果，而管網的設計過程主要是進行水力計算，即各個管段管徑的合理取值和循環水泵的選型問題。其中，對于環狀管網的環狀管段部分，需要進行初始流量分配。

徐寶萍等人[1]通過建立模型提出基于計算機軟件的水力計算方法，其基本思想是數學模型的重復求解、物理模型的修改和參數的逐步合理化。并將該方法應用到某市的熱網規劃中，得出雖然調峰熱源與基本熱源供熱容量之比為1∶2，但是調峰熱源的供熱量不足基本熱源供熱量1/10的結論，而這種狀態也是比較理想的多熱源聯合運行的狀態。

李祥立等人[2]在初始流量分配問題上引入了最小平方和法和管徑調整法，其基本思路是按各管段的流量平方和最小來進行流量分配，并對匯流點附近的小流量管段進行適當的管徑調整，該方法的特點是不需指定初始流量方向，流量分配較均勻。對于環狀管網需在此基礎上進行平差法修正，包括Hardy Cross法和線性逼近平差法。

韓曉紅等人[3]明確了多熱源環狀管網水力計算的主要任務和具體步驟，以某一管網為例進行了設計工況和事故工況的水力計算，并提出了提高供熱可靠性的幾點措施，例如加分段閥門、放大管徑、加旁通管和跨越管等。

周游等人[4]以基爾霍夫定律為基礎，應用圖論理論建立了多熱源環狀管網水力計算的數學模型，并與Hardy Cross法和基本回路法做了比較。

楊靜等人[5]提出管長比例法來確定初始流量分配，并將其應用到德州市枝狀管網改環狀管網的實例中，進行水力計算和事故工況分析。得出干管上有必要設調節閥、調峰熱源位置需布置合理和水力交匯點附近管徑應適當放大的結論。

王超[6]以熱負荷延續時間圖為基礎，引入最佳熱化系數來確定基本熱源和調峰熱源各自應承擔的熱負荷比例。

多熱源環狀管網規劃設計階段的另一重大問題就是熱源的位置優化，劉孟軍等人[7]以哈爾濱市經開區的熱網為例，分析了多熱源環狀管網熱源位置對初投資和運行費用的影響，得出在允許的條件下，盡可能使各個熱源分布均勻，使熱源靠近熱負荷集中區的結論。

多熱源環狀管網運行方式有并網運行、解列運行和分別運行三種，鄭雪晶等人[8]在此基礎上提出一種二級網調峰方案，如圖1所示。并以某一管網為例，分析了一級管網熱源熱容量占總熱負荷的最佳設計比例，給出了二級調峰熱源的設計開啟溫度和運行時間的確定方法。

對于多熱源聯合供熱管網的設計問題，賀平等人[9,10]通過工程實踐總結出一些意見，例如：對于熱負荷不大的熱電廠供熱系統，宜優先考慮區域鍋爐房置于熱網的前端；外置區域鍋爐房的個數不宜過多，熱容量不宜過小；對于直接連接系統，宜采用基本熱源和調峰熱源截斷運行的方式；對于間接連接系統，宜采用并聯運行方式。

2 運行調節

好的設計方案需要配合好的運行調節方案，這樣才能達到預期的供熱效果。

秦緒忠等人[11]提出可以在環上或者干管上設置調節閥門，通過調整閥門的開度達到調節運行工況的目的，并分別對單熱源枝狀網、多熱源枝狀網、單熱源環形網和多熱源環形網的優化調度進行分析。結果表明：干管上設計閥門的目的在于減小各個熱源之間的不利相互牽制作用，環上設置閥門是為了使環上的流量分布趨于合理。

石兆玉[12]闡述了運行調節的基本原則是保證“三平衡”——熱量平衡、流量平衡和壓力平衡，并探討了多熱源互聯供熱管網多點補水多點定壓的特征，闡述了多點旁通同值定壓的方法，這種調節方式是在系統試運行期間完成的。

秦冰等人[13]以某大型的帶有分布式變頻泵的管網系統為例，探討了在多熱源互聯供熱的條件下，不同的熱網和熱源運行方式對管網系統的影響，得到根據一次能源消耗最小的原則調節熱源運行的方式。

鄭雪晶等人通過對二級網調峰供熱系統建立熱平衡方程推導出運行調節水溫的求解方法，并對比各個運行方案的優缺點得出最優方案：一級網在調峰運行時采用量調節方式，非調峰運行時采用質調節方式，二級網采用分階段改變流量的質調節方式[14]。

王魁吉等人[15]探討了多熱源啟運的規律及其管理模式，應由一個總的生產部門統一調度，熱源廠無權自行決定。并闡述多熱源聯合供熱系統的調節由集中調節和局部調節組成，最好采用分階段改變流量的質調節方式。

3 模擬評價

多熱源環狀管網系統運行過程復雜多變，其水力工況分析有一定的難度，因此對其進行實際模擬顯得尤為重要。它可以加深我們對管網運行狀況的認識，對指導前期設計和后期調節都有很大的作用。

王曉霞等人[16]應用圖論理論描述空間管網的拓撲結構，提出了基于平差的空間管網水力工況模擬方法，解決了多熱源環狀管網的流量模擬問題，同時可以校核已知熱源流量和熱用戶的管網壓力，用于故障工況水力非對稱管網的模擬。

劉宏麗等人[17]利用Matlab對多熱源環狀管網的水力工況進行了模擬仿真，并與實驗模型得到的數據進行對比，得出仿真結果符合實際規律的結論，確定了仿真結果的可信性。

王曉霞等人[18]在熱網故障工況水力分析中結合元件故障概率，考慮系統的可修復性，對熱網的可靠性進行評估。并給出了一系列熱網系統可靠性指標和熱用戶供熱可靠性指標，包括系統故障率、系統穩態可用度、系統年故障時間、系統年供熱不足量、系統供熱率、年供熱不足頻率、可靠度、可用度、年供熱不足時間、供熱不足持續時間、供熱不足率和供熱率。

鄭雪晶等人[19]針對二級網調峰供熱系統提出了可靠性指標的計算方法，分析了調峰熱源對可靠性指標的影響。結果表明，選擇合適的基礎負荷系數，當熱網元件出現故障時，調峰熱源可以實現限額供熱，起到備用熱源的作用。

由世俊等人[20]以某一工程為例，對現有供熱方案和二級調峰方案進行對比，分析了兩種方案在初投資、運行費用和能耗方面的差異，結果表明二級調峰的多熱源聯合供熱方案更優。

多熱源聯網運行主要有聯絡管式供熱管網、串聯熱源供熱管網和多熱源環狀管網三種形式，劉繼文[21]通過對這三種形式進行比較，得出環狀管網更優的結論，并對其優越性進行了闡述。

Gebremedhin A等人通過建立基于外部代價的優化模型，得出多種供熱方式互相配合可使供熱管網系統更具優勢，從而減少了系統的外部代價的結論[22]。

Dai-Ji,H[23]從技術和經濟的角度分析了各種能源形式的熱源聯合使用的可能性和優勢，例如太陽能和地熱能，太陽能和燃料能等。

4 前景與展望

隨著集中供熱事業的不斷發展，多熱源環狀管網逐漸取代簡單的單熱源枝狀管網形式，其優越性也越來越顯著，因此有關多熱源聯網運行的相關研究也越來越多。本文從規劃設計、運行調節和模擬評價三個角度對其進行了綜述。筆者認為當下相關研究方向已較為全面，但仍有未涉及的方面，例如對于改擴建工程的改擴建方法研究、聯絡管的位置研究、運行調節時的自動控制方案研究等。因此對于多熱源環狀管網運行的研究仍需不斷的充實與發展。

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[3] 韓曉紅,鄒平華,陳光明.多熱源環狀熱網的水力計算與事故工況分析[J].煤氣與熱力,2004,24(6):307-311.

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The literature review on the technology of multi-heat source ring-shaped heat-supply networks★

Tian Yanan Rong Jiayu Li Shuangyan Wang Qian Xian Muxi Wan Shan

(HebeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering,Zhangjiakou075000,China)

This paper summarizes the development level and current research situation of multi-heat source ring-supply networks from the three angles of planning and designing, operation and adjustment, simulation and evaluation, and looks forward to its development prospects, point out multi-heat source ring-supply networks are gradually replacing the single-heat source or branch networks.

multi-heat source, ring-supply networks, planning and designing, operation and adjustment, simulation and evaluation

1009-6825(2017)22-0142-03

2017-05-26★:河北建筑工程學院研究生創新基金項目(項目編號:XA201615)

田亞男(1992- )，女，在讀碩士

TU995.3

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