集中供熱多熱源聯網運行的模擬試驗研究分析

周旭

（山東和光智慧能源科技有限公司，山東 濟南 250000）

近年來，我國逐步發展城市集中供熱，逐漸改變區域鍋爐房單獨供熱為多個區域鍋爐房聯合供熱方式。與單一熱源供暖系統相比，多熱源聯合供暖系統的熱力和水力條件十分復雜。雖然不可能完全取消燃煤供熱，但采用多熱源聯合供熱系統可以減少區域鍋爐房的運行時間，充分利用熱源廠的多余熱能。2019年11月初，濟南熱力集團蓮花山供熱公司轉山西路區域因工況原因，短時間無法對外供熱。當地集中供熱時間為當年11月15日至次年3月15日。為了盡早讓群眾用暖，公司立即成立了應急指揮部，在領導小組的帶領下，成立應急小組，積極開展了一系列措施，包括制定應急供暖方案、調度熱源輸出、增加管網輸配能力、調節管網、搶修管網、用戶安撫、宣傳解釋等工作。通過上述相關措施，達到了應急并網運行的目的，盡量減少了熱利用效果不良的范圍，圓滿解決了危機。以下是具體工作的簡要介紹。

1 集中供熱多熱源聯網運行的優點

（1）可以提高整個集中供暖系統的可靠性和安全性。對于多熱源集中供熱系統，如果一個熱源不能滿足熱用戶的供熱需求，或者由于事故或某些原因導致供熱容量減少，可以通過其他熱源增加供熱容量來滿足熱用戶的需求。當故障熱源修復后，其他熱源將恢復運行。這樣，多熱源聯合供暖系統的可靠性和安全性顯著高于單一熱源供暖系統，實現了各種熱源的相互替代、協調和補充。

（2）多熱源聯合供熱系統各熱源的制熱能力可靈活調節，提高熱源的效率，達到節能的效果。集中供熱系統中的多熱源，可根據當地氣候特點和熱負荷持續時間圖制定節能供熱方案。由于在采暖期各熱源很長一段時間內都處于部分負荷狀態運行，在供熱期間，滿足熱用戶的需求的情況下，可以讓高效率的熱源盡可能地滿負荷運行，延長供熱時間，減少低效熱源的供熱能力。

根據濟南熱力集團聯合供熱改造方案，分析了多熱源聯合供熱系統的設計原則和工況。多熱源聯合加熱系統的設計步驟如下：①首先，需要確定主熱源和調峰熱源聯合供熱的方式，例如，可采用并聯供熱和階段供熱等方式，對于多調峰熱源系統，還可以合理規劃不同調峰熱源的輸入順序和運行時間。②確定了聯合供熱方式，需要制定供熱調節曲線。③完成以上2個步驟后，可以確定不同加熱條件下不同管段的流量，合理選擇管徑，分析各工況的水壓，確定循環水泵的揚程和流量。

（3）熱源廠的供熱系統。在濟南的東部有三個熱源廠。分析了各熱源廠的最大供熱能力，蓮花山熱源廠制熱容量為5×70MW水煤漿熱水鍋爐+1×80MW燃氣鍋爐，最大負荷430MW；漿水泉熱源廠制熱容量為3×80MW煤粉熱水鍋爐，1×70MW天然氣煤粉雙燃料熱水鍋爐，最大負荷310MW；唐冶熱源廠主要負責2×116MW煤粉鍋爐、2×116MW蘭炭熱水鍋爐以及2×70MW鏈條燃煤熱水鍋爐（備用），最大負荷604MW。

原有的熱水供暖采用截斷運行方式，后來逐漸擴大了供熱規模。熱源廠、鍋爐房初始站無法滿足負荷要求。此外，一級管網的布置缺乏標準化，需要對熱水加熱形式進行整改，并間接連接聯合加熱?？刂埔患壒芫W供回水溫度為115℃/70℃，控制二極管供回水溫度為80℃/60℃。加熱系統涉及30多個加熱站，每個加熱站的加熱面積不同。不同熱源廠的加熱包括兩種工況，即部分熱源廠通過熱源廠的初始站分別加熱。在供熱初期，一些熱源廠采用熱源廠和調峰運行鍋爐房等常見的供熱形式。

（4）多熱源聯網的必要性。熱負荷一般可分為基礎性負荷和高度尖峰性負荷。目前，我國北方3個地區采暖日數控制在3個月～6個季度。大多數情況下，供熱是在基本高壓負荷下運行的，只有1個月左右的高壓供熱時間才能在高壓峰值負荷下運行。雖然高峰負荷是由于全年運行時間較短，但其平均每小時熱負荷很高，一般需要占用設計熱負荷(即最大熱負荷)的20%～50%。對于熱源單一的供熱系統，為了充分保證供熱負荷峰值的要求，配電設備通常布置相當大的配電設備裝機容量，這是集中供熱建設投資大的重要因素。如果單一熱源供熱系統轉化為一個多熱源并網系統，主要的熱源將承擔基本的熱負荷和峰熱源，將分別承擔熱負荷峰值，這不僅可以減少設備和減少初始投資，還能促進更多的設備在滿負荷下正常運行，即效率高，具有良好的節能環保效果，降低設備運行成本的效果也十分顯著。

2 集中供熱多熱源聯網運行現狀及熱源調度方案

2.1 供熱狀態

轉山西路區域供暖面積99萬m2。附近距離最近的兩個熱源管網分別是漿水泉熱源廠區域和唐冶熱源廠區域，這兩個熱源區域的負荷還有余量。但兩個熱源廠的循環泵揚程不足以完全覆蓋原有的轉山西路區域。由于兩個熱源廠供熱區連網處與轉山西路區域供熱區管網處管徑較小，因此，兩個熱源廠沒有多余的壓頭進行熱跨區域輸送熱煤。

2.2 熱源調度方案

受供熱能力、管徑、熱源廠距離等限制，原轉山西路區域65萬m2供熱面積改為：漿水泉熱源廠區域供熱，34萬m2用戶切換由唐冶熱源廠區域供熱。即以轉山西路區域為中心，將轉山西路區域以北的戶切換到漿水泉熱源廠區域，轉山西路區域以南的用戶切換到唐冶熱源廠區域。經計算，在當時的室外溫度下唐冶熱源廠區域通過提高供熱溫度來解決熱量問題是沒有問題的，但熱量平衡問題是一個難題。部分用戶流量不足，需要繼續調整參數，損失更多熱量，以確保最終用戶。

3 集中供熱多熱源聯網運行調度方案

（1）漿水泉熱源廠區域熱源廠原集中供熱面積約450萬m2，調度后新增65萬m2。新增用戶由漿水泉熱源廠供熱。要求漿水泉熱源廠總循環流量4000t/h，出口壓力不高于0.55MPa。

（2）唐冶熱源廠區域熱源廠供熱面積約560萬m2。調度后，新增用戶34萬由唐冶熱源廠區域熱源廠供熱。要求唐冶熱源廠區域熱源廠總循環流量為4500t/h，出口壓力不高于0.7MPa。

（3）并網過程中的檢查和調整。

①漿水泉熱源廠區域與轉山西路區域并網前后壓力一致，并網成功完成。

②唐冶熱源廠區域熱源廠因地勢較低，管道壓力由下至上逐漸降低。熱水到達2#供熱站用戶后，管網壓力約為0.4MPa。與往年0.6MPa管網壓力相比，壓力降低了0.2MPa。這導致一些換熱站出現欠流現象。通過上報集團調度中心，啟用一網管道泵，將流量控制在需求流量。

③并網成功后，在并網處設置24h值班人員。遇有重大問題時，應及時切斷管網，避免局部管網泄漏再次影響大管網運行的情況。

④供熱管網操作人員應根據班組對全線管網進行連續巡檢。管網運行年限、管壁厚度等因素對供熱管網安全的影響是客觀存在的，但很難準確量化影響程度。因此，供熱管網運營商應重點檢查薄弱區域的流量和壓力，每隔小時記錄一次供熱管網運行參數，為管網運行提供數據支持。

4 集中供熱多熱源聯網運行時期的調節及措施

4.1 運行調節及措施

（1）由于城市尚未進入集中供熱期，為加快長輸管網循環，鼓勵轉山西路區域范圍內用戶開啟供熱閥門。開啟具備開閥條件的用戶支線閥門并進行排氣。

（2）打開主管網供回水連接閥，加快管網循環。

（3）增設兩處臨時中繼泵，漿水泉熱源廠區域新增用戶距離漿水泉熱源廠區域管網末端約7.5km，熱用戶與熱源廠高差10m以內；唐冶熱源廠區域新增用戶距離唐冶熱源廠區域管網末端約10km。由于唐冶熱源廠地勢較低，唐冶熱源廠與熱用戶的高度差在30m以上。為了保證新增用戶的供熱質量，分別在唐冶熱源廠區域與轉山西路區域中間位置及漿水泉熱源廠區域與轉山西路區域中間位置各設置一個臨時中繼泵，增大揚程以保證唐冶熱源廠及漿水泉熱源廠的熱量能夠輸送至轉山西路區域所轄用戶。

4.2 繼電泵站選型原則

（1）主管網閥處設置并聯繼電保護泵。由于主線管網已處于滿水運行狀態，為保證安全需要在現有閥門處將主線關斷，在回水管道上并聯加泵，克服沿程阻力，以滿足熱源能夠輸送至管網最末端。

（2）在適當位置增加繼電泵站。由于現有管網大部分直接埋設在城市道路上，為了盡量減少對交通的影響，在人行道上選擇繼電泵站，設置臨時移動板房，引入臨時電源。

（3）中繼泵的選型。利用水力平衡分析軟件Flowra32建模，計算提出的管網壓力和所需的壓頭的管道網絡，并計算最不利點，以確定所需的頭繼電器增壓泵，流量是根據用戶區域來計算的。

（4）終端用戶換熱站根據管網運行情況安裝管泵，減少用戶系統阻力。

（5）能源公司保證用戶換熱站數據24h穩定上傳，配合供熱管網的調整。根據各換熱站二次側供熱溫度與建筑、供暖方式和室外溫度的不同，供熱規律也不同，由能源公司進行調整。

4.3 加強用戶服務

（1）向用戶如實告知轉山西路區域多熱源調度并網運行供熱布置情況。

（2）根據發熱線路將區域內用戶劃分為10個服務組，服務組成員由客服和供熱網運營商組成。逐一走訪各小區，了解供熱情況，匯報搶修情況和緊急情況，穩定用戶情緒。

（3）接到投訴后2h內回復，提前積極與用戶溝通，4h內提供上門服務和測溫，并派專人負責。客戶服務工作應遵循誰對用戶負責、誰對服務負責的原則，不得相互推諉。

（4）對于供熱不合格的用戶，由供熱網運營商與客服人員共同現場工作。對室內溫度不符合標準的用戶，按城市集中供熱規定減收暖氣費。

（5）每天總結供熱情況及用戶積極性，并向應急指揮部匯報。

從11月2日～22日，轉山西路區域僅用了20天時間排除故障并成功運行。目前，轉山西路區域供熱用戶將從唐冶熱源廠和漿水泉熱源廠重新調回蓮花山熱源廠供暖。經過前期一系列采暖技術的應用后，加強室外采暖技術與城市采暖技術之間的聯系更為有效。同時，也是初期遠高于0℃的一系列熱源，為系列供熱技術的成功應用提供了更好的支撐。同時，通過技術應用和加強服務等多種方式，較好地完成了轉山西路區域的事故應急處理。

5 集中供熱多熱源聯網運行優化調度注意事項分析

（1）全廠熱負荷分析。根據歷年運行數據分析全廠熱負荷情況，繪制采暖季全廠供熱負荷曲線圖，根據曲線圖分析供熱開始時間、結束時間、采暖時間、熱負荷最大值及供熱各階段熱負荷情況。

（2）各熱源運行狀態分析。根據多年來操作數據，分析每個熱源的運行狀態，繪制采暖季各熱源實際供熱負荷曲線圖，分析供熱開始時間、結束時間、熱負荷最大值及供熱各階段各熱源運行情況。

（3）各熱源的制熱能力分析。分析不同熱源的制熱能力，計算不同工況下全廠的制熱能力，挖掘制熱潛力。

（4）綜合分析最優調度方案。結合全廠的熱負荷、各熱源的運行狀況、不同熱源的供熱成本和不同熱源的制熱能力，制定多熱源聯合供熱系統的優化調度方案。

6 結語

多熱源網絡化供熱系統由多個熱源單元組成，為用戶提供相對穩定的熱能。在保證供熱質量滿足要求的前提下，合理調度和控制不同的熱源。這種供熱方式優點明顯，但在實際運行過程中難以控制，所以多熱源供熱系統的安全可靠性將比解裂運行的供熱系統高。

本文主要分析了多熱源聯合供暖系統的設計原則和方法，對今后城市多熱源聯合供暖系統的設計和研究具有一定的參考作用。此外，提出了多熱源聯合供暖系統的優化調度方案，以保證多熱源聯合供暖系統的運行效率，降低整個供暖系統的運行成本，促進供暖工作的可持續發展。