電廠供熱系統節能與優化控制策略研究

華電佛山能源有限公司 文 川

當前，電廠供熱系統的節能與優化控制存在一些問題和挑戰。傳統供熱系統存在能源浪費和效率低下等問題，如管道傳輸損失、設備運行不穩定等。電廠供熱系統常面臨復雜的供需關系、多變的外部環境因素以及不確定的能源價格等問題，導致系統調度和控制困難。針對以上問題和挑戰，目前已經涌現出一些針對電廠供熱系統的節能與優化控制策略研究。基于此，電廠供熱系統節能與優化控制研究具有重要的理論和實踐意義。

1 電廠供熱系統節能與優化控制問題

1.1 能耗高

傳統的電廠供熱系統存在能源利用率較低等問題，導致能耗較高。這主要是因為系統內部存在能量損失、設備老化以及控制策略不合理等原因造成。對于老舊的供熱設備，如鍋爐、熱交換器等，其能源轉換效率較低，導致能耗的增加。此時，可以考慮進行設備更新或改造，引入更先進的設備，提高供熱系統的能效。供熱系統的運行參數設置不當，也會導致能耗的增加。例如，供熱蒸汽溫度過高或過低，通過優化運行參數，可以使供熱系統更加高效地運行，供熱管網設計不合理也會增加能耗[1]。

1.2 熱能分配不均

供熱管網中熱量分配不均勻，一些用戶供熱不足，而有些用戶供熱超過需求。這會導致能源浪費和供熱效果不佳。供熱系統中熱能流動的路徑、管道布局等設計因素可能不夠合理，導致熱能分配不均。例如，有些區域的熱負荷較大，但熱源和熱網的連接位置不合理，導致熱能無法充分供應。供熱系統控制策略的設計可能存在問題，不能及時、準確地根據實際熱負荷情況調整熱能分配。例如，某些區域的熱負荷波動較大，但控制系統沒有合理的自適應調節策略，導致熱能供應不足或過剩。供熱系統的運行和管理中可能存在能耗監測不及時、數據分析不準確等問題，導致無法及時發現和解決熱能分配不均的情況。

1.3 設備調節能力差

傳統的電廠供熱系統中的設備通常調節能力較差，無法及時響應供熱需求的變化，導致能源浪費和能源利用率低下。較老的設備可能無法進行高效節能控制，或者控制功能有限。這可能會降低設備的調節能力，從而導致系統的能耗沒有得到充分優化。供熱系統的控制策略不合理或者未經優化，可能會導致設備調節能力差。

2 電廠供熱系統節能與優化控制的重要性

2.1 資源利用率提高

圖1 蒸汽熱網系統結構圖

電廠供熱系統的節能與優化控制可以提高資源的利用效率。通過合理控制熱力發電和供熱的配合運行，能夠最大限度地利用電廠的余熱，避免能源浪費，減少環境污染。供熱系統在運行過程中消耗大量的能源，如燃煤、天然氣等。通過合理的節能措施和優化控制，可以減少能源的消耗，降低能源成本，實現能源的高效利用。電廠供熱系統在燃燒燃料過程中會產生大量的污染氣體，如二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等。優化控制可以使燃燒過程更加充分和高效，減少燃料的用量，從而減少污染物的排放，保護環境。通過優化控制，可以使供熱系統的運行更加穩定和高效。

2.2 環境保護

電廠供熱系統的節能與優化控制可以減少能源消耗，降低燃煤、燃氣等能源的使用，從而減少排放的污染物，保護環境。節約能源還可以減少對自然資源的開采和利用，對生態環境的保護具有重要意義。電廠供熱系統的能耗通常很高，僅次于發電系統。通過節能與優化控制，可有效降低能耗，減少資源消耗，達到減少二氧化碳和其他溫室氣體排放的目的。這對環境保護和應對氣候變化較為重要。

電廠供熱系統使用大量的能源和水資源，通過節能與優化控制，可以最大限度地減少對水資源的消耗，并延長其使用壽命，這有助于保護有限的自然資源，保持可持續發展。電廠供熱系統通常會排放大量的廢氣和顆粒物，通過優化控制技術，可以減少廢氣排放，并采取適當的治理措施，降低對空氣質量的影響。

2.3 提升供熱質量

通過節能與優化控制，可以提高電廠供熱系統的運行效率和穩定性，確保供熱質量和熱力穩定輸出，供熱系統的優化控制可以提高供熱質量，通過控制燃燒過程、傳熱介質的溫度和壓力等參數，可以實現供熱設備的穩定運行和更高的熱效率。如此，可確保供熱設備提供穩定、可靠、高效的熱能，滿足用戶對供熱質量的要求，提升用戶滿意度。優化控制可以有效預防和減少供熱系統的故障。通過定期監測和診斷供熱設備的運行狀況，及時發現問題并采取措施修復，可以減少停機時間和維護成本。此外，優化控制還可以使供熱設備的壽命得到延長，降低設備更換和維修的頻率和費用。

3 電廠供熱系統節能與優化控制的策略

3.1 節能設備與技術

通過引入節能設備和技術，如高效換熱器、可再生能源利用等，提高整個供熱系統的能源利用效率。通過對供熱系統整體結構和運行方式進行優化設計，提高系統的能效。可以考慮采用雙回路或多回路供熱系統，減少熱損失；加強設備缺陷治理，減少“跑冒滴漏”；合理設置管道布局，減少管道阻力和熱量傳輸損失；使用高效換熱器設備，提高熱效率等[2]。采用先進的智能控制技術，優化供熱系統的運行，減少能耗。可以利用現代化的監測系統和傳感器，實時監測和控制供熱系統各個環節的參數，實現最佳的運行狀態。

利用模型預測和優化算法，預測能耗和溫度需求，提前做出調整，避免能耗的浪費。選擇和應用節能設備，減少能耗。例如，采用高效燃燒器和鍋爐，提高燃燒效率；安裝熱回收裝置，將廢熱利用起來；使用節能泵和風機等設備，減少供熱系統中的能耗。進行供熱系統的定期維護與管理，確保設備的良好運行狀態和高效工作。定期清洗和維護設備，保證設備表面的熱傳導效率；定期檢查和校準傳感器，確保數據準確性；建立健全的維護記錄和管理體系。

3.2 溫控策略優化

建立合理的溫控策略，根據實際需求調整供熱設備的運行參數，以達到舒適的室內溫度。通過合理調整溫控策略，使得供熱系統的溫度控制更加精確和穩定?？梢圆捎媚：刂啤⒛Ｐ皖A測控制等先進控制算法，根據室內外溫度、濕度等環境參數來自動調整供熱系統的溫度設定值，減少能耗。對于熱水循環系統，可采取循環水回收利用技術，將排放的廢水經過處理后再次循環利用，減少熱能的損失和水資源的消耗。

對于供熱系統中的燃機和鍋爐，可以進行燃燒優化，提高燃燒效率，減少燃料的消耗?？梢圆捎萌紵刂葡到y，根據外界環境條件和負荷需求，動態調整燃料的供給量和燃燒過程中的氧量，實現最佳燃燒效果。更新供熱系統中的設備，采用節能型設備，如高效熱交換器、節能閥門等，減少能源的消耗。建立完善的供熱系統能源管理系統，對供熱設備運行狀態、能耗情況等數據進行監測和分析，及時發現問題并進行相應的調整和優化。其中，蒸汽管道保溫后的熱量散失計算公式如下：Q=(2π(TZ-T0)×1.3×Z)/(ln(D0/D1)/λ+2/(D0α))，式中：Q為管道單位長度的散熱損失，W/m；TZ為系統要求的維持溫度，℃；T0為當地的最低環境溫度，℃；D0為管道的外徑，m；D1為管道保溫層的外徑，m；ln為自然對數；λ為保溫材料的導熱系數，W/(m·℃)；Z為修正系數。α為保溫層外表面向大氣的散熱系數。

3.3 能耗監測與管理

安裝智能監測系統，實時監控供熱系統的運行狀態、能耗等關鍵參數。通過數據分析和管理，及時發現能源消耗較大的問題，進行調整和優化，提高能源利用效率。優化供熱系統的運行參數，如燃料的燃燒效率、鍋爐爐溫、水質參數等，提高供熱系統的熱效率。例如，通過調整燃機的運行模式或鍋爐的氧量，實現燃燒的完全和高效，減少燃料的浪費。對供熱系統的管道網絡進行優化設計，減小管道阻力，優化供熱管網的布局和分支，減少熱損失和輸配熱損耗。

采用先進的智能控制算法和模型預測控制方法，對供熱系統進行優化調度和控制。例如，基于模型預測控制技術，通過建立熱負荷預測模型，實時預測供熱負荷，并根據預測結果調整供熱系統的運行參數，以提高供熱系統的效率和穩定性。利用太陽能、風能等可再生能源替代傳統能源，降低供熱系統的環境影響和能源消耗。

3.4 蓄能與儲熱技術

選擇合適的蓄能與儲熱技術，例如熱儲罐或地下蓄能系統等，可以利用低峰時段的廉價電力或余熱來儲存熱能。這些儲能系統可以在高峰時段釋放儲存的熱能，降低電廠在高負荷時的燃料消耗，從而節約能源。利用先進的溫度和負荷預測技術，準確預測供熱系統的負荷和環境溫度變化，以便優化蓄能與儲熱系統的運行策略。這樣可以在高效運行蓄能系統的同時，提供足夠的熱量滿足用戶需求。將蓄能與儲熱系統與其他能源系統（如發電系統、供熱設備等）進行緊密集成和協調，實現能源的高效利用。

例如，通過與發電系統的協同控制，將發電過程中產生的余熱利用于儲熱系統，進一步提高能源利用效率。建立有效的監測系統，對蓄能與儲熱系統進行實時監測和分析，及時發現異常情況并采取措施進行維護。定期檢查和維護設備，確保蓄能與儲熱系統的正常運行，避免能量損失。

3.5 系統智能控制

引入人工智能和自動化控制技術，建立智能控制模型，實現對供熱系統的優化調度。根據實時能耗、室內需求和外部環境等因素，自動調整供熱設備的運行狀態，提高能源利用效率[3]。根據天然氣價格、天氣情況和燃氣管道的供應情況等因素，智能控制系統可通過模型預測和優化算法，自動調整燃氣的使用比例。合理分配燃氣的使用量，實現系統運行的最佳節能控制。

通過智能控制系統對供熱負荷進行實時監測和預測，結合歷史數據和天氣預報等信息，預測未來一段時間內的負荷變化，并根據預測結果調整供熱系統的運行參數。這樣可以避免供熱系統的過量運行或過少運行，提高系統的運行效率和節能性能。智能控制系統可以通過實時監測和分析供熱系統的各個參數和狀態，及時檢測出可能存在的故障或異常情況，并提供相應的故障診斷和維護建議。如此，可及時發現和解決問題，防止故障的進一步擴大，提高供熱系統的可靠性和穩定性。

4 結語

通過對供熱系統運行數據的分析，發現存在著一些潛在的節能和優化的空間。例如，供熱系統中的節能設備存在效率低下的問題，而優化控制策略的設計也較為簡單和粗糙，無法達到最佳運行狀態。針對以上問題，筆者進行了深入地研究和分析，并提出了一系列的節能與優化控制策略。這些策略包括提高供熱設備的效率，優化供熱系統的運行調度和控制參數，以及應用先進的控制算法等。綜上所述，本文的研究為電廠供熱系統的節能與優化控制提供了一定的理論和實踐支持，為電廠的可持續發展和能源節約做出了貢獻。