袁春明

(山東和光智慧能源科技有限公司，山東 濟南 250000)

多熱源聯(lián)網供熱是一種集中供熱形式，其關鍵是在保證用戶供熱質量的前提下，實現(xiàn)各熱源供熱的靈活調度。新一輪科技革命背景下，多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)利用智能化、自動化和信息化技術可以實現(xiàn)供熱的實時調度、自動監(jiān)控和信息管，故障條件下無需停運維修，只需合理調度即可滿足用戶用熱需要，能有效提高工人各系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

1 多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)組成

多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)是指具有兩個或兩個以上熱源采用同一熱網進行聯(lián)合集中供熱的系統(tǒng)。相較于單一熱源供熱系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)運行不僅可以有效節(jié)約能源，還能提高供暖可靠性，實現(xiàn)水利工況優(yōu)化，平衡供熱效果。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)

1.1 熱用戶

熱用戶是多熱源聯(lián)網供熱的終端，也是熱源服務的最終用戶。多熱源聯(lián)網供熱的根本目的是滿足我國大部分地區(qū)居民用暖需求，為其提供穩(wěn)定、可靠的高品質熱源。而由于不同地區(qū)居民對采暖需求的不同，多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)中可以為居民用戶提供自行調節(jié)的工具，讓用戶結合自身需求進行調節(jié)。

1.2 熱網

熱網是指多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)的供熱管網，是多熱源聯(lián)網供熱的輸配環(huán)節(jié)。熱源入網前應裝設入網調節(jié)閥，入網后兩側的主干線必須安裝調節(jié)閥，以調節(jié)兩側流量，實現(xiàn)管網的阻力平衡。主干線的分支需安裝分支調節(jié)閥，以消耗用戶多余的壓差，實現(xiàn)管網的平衡。隨著我國加快市政基礎設施建設，我國大部分地區(qū)供熱管網不斷完善，能有效協(xié)助熱力公司加強多熱源聯(lián)網供熱集中管理和調度，提高能源利用效率。目前我國供熱管網的主要結構由環(huán)狀管網和樹狀管網兩種，具體結構需結合實際情況而定。熱網優(yōu)化的主要目的是在保證滿足不同地區(qū)熱用戶對供暖需求的基礎上，實現(xiàn)熱源輸配能耗最小。目前熱網優(yōu)化的主要工作在設計階段和運行階段，設計階段重點優(yōu)化熱網結構，包括熱網走向和管徑大小，現(xiàn)在越來越多地區(qū)的熱網結構開始由環(huán)裝管網轉變?yōu)闃錉罟芫W，以提高供熱效率和熱網運行可靠性、穩(wěn)定性。運行階段主要探討管網上流量優(yōu)化配置，以實現(xiàn)對整個熱網的合理調節(jié)，滿足其熱量均勻和水力平衡的要求。

而且多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)熱網與單熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)熱網存在較大不同，前者設計時需要結合調峰熱源全部啟動、全系統(tǒng)由主熱源供熱、全系統(tǒng)由調峰熱源在事故狀態(tài)下供熱等運行狀態(tài)下的水力工況做校核計算，再確定熱網主干線及其管徑。后者熱網主干線首末端均為大管徑，且首末端分別為基本熱源、調峰熱源的出口，彼此間的管線即為主干線。

1.3 熱源

1.3.1 熱源的概念和分類

熱源是多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)的供熱來源，是符合將人造或是天然的能源裝置轉化為符合供熱系統(tǒng)基本要求的裝置的總稱。常見的熱源有熱電廠、區(qū)域鍋爐房、熱泵和太陽能、地熱能等設備。

熱電廠是聯(lián)合生產電能和熱能的發(fā)電廠，其供熱原理可概括為“熱電聯(lián)產”，具體如下：加熱鍋爐水，得到高溫高壓蒸汽-驅動汽輪機發(fā)電-汽輪機高溫蒸汽冷卻得到凝結水-凝結水進入鍋爐被加熱蒸發(fā)。“熱電聯(lián)產”的供熱方式不僅可以實現(xiàn)能量的梯級利用，還能提高能源利用效率?，F(xiàn)階段，熱電廠供熱依據供熱汽輪機的形式可劃分為三種“熱電聯(lián)產”系統(tǒng)。第一，凝汽式汽輪機供熱系統(tǒng)。通過導汽管開孔抽汽或低真空串聯(lián)運行和拆除部分葉輪進行改裝得到的汽輪機組來為系統(tǒng)供熱。第二，抽氣式汽輪機供熱系統(tǒng)。將汽輪機組提供的高溫熱水需經過換熱裝置進行換熱，經過循環(huán)放熱后再返回熱電廠。第三，壓式汽輪機供熱系統(tǒng)。使用排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機組進行供熱。

區(qū)域鍋爐房是給兩個或兩個以上單位熱用戶供熱的鍋爐房。其供熱基本原理是利用燃料燃燒所產生的熱量，將循環(huán)水加熱成為高溫熱水或蒸汽，之后通過熱網將高溫的熱水或蒸汽輸送到熱用戶用熱設施中，滿足其生活、工作用熱。區(qū)域鍋爐房具有投資小、占地小的優(yōu)勢，而且熱效率高。

1.3.2 熱源選擇

通常情況下，多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)熱源結構有兩種，其一，以一大型鍋爐房為基本熱源，其余幾個小型鍋爐房為峰荷熱源。其二，以一個或幾個熱電廠為基本熱源，其余幾個小型鍋爐房為峰荷熱源。合理選擇熱源是多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)設計的重要內容。一般情況下，選擇熱源需滿足如下要求：第一，并網熱源選擇時要保證供熱參數(shù)一致。第二，系統(tǒng)中主熱源的供熱能力不得超過系多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)供熱能力的30%。第三，熱源盡量處于熱用戶分布的中心位置。

1.3.3 熱源的結構

熱源構造圖如圖2所示。

圖2 熱源構造圖

由圖2可知，調峰熱源在循環(huán)水泵一旁設置通管Ⅰ，熱源總供水干管間旁設置通管Ⅱ。前者可以在調峰熱源停運時，將熱網管道中的水由供水干管導入調峰熱源，經過散熱后再由回水干管流入熱網。并且在調峰熱源啟動時，將熱網管道中的水由總回水管導入調峰熱源，加熱后再導入熱網的總供水管中。而后者可以調節(jié)熱網的循環(huán)水量、供回水溫度和供回水壓差，保證多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)協(xié)調運行。

1.3.4 熱源設計

第一，系統(tǒng)定壓。結合熱用戶分布確定系統(tǒng)定壓點壓力，具體位置一般選擇在循環(huán)水泵吸入口處；第二，確定回水入網壓力。保證各熱源回水入網壓力一致或在一定限值內；第三，確定熱源循環(huán)水泵。宜選用變速泵，配合多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)靈活調度，以降低損耗；第四，選擇事故工況加壓泵。依據相鄰熱源事故工況水力計算結果確定加壓泵；第五，閥門設置。熱源入網前后需要在供回水干線上安裝調節(jié)閥、關斷閥和分段閥。

2 多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)調度依據

2.1 熱量平衡

熱量平衡是確保多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基本保障。熱量平衡要求供熱期間內各熱源總供熱量應等于熱用戶總需熱量。簡單來說，在一定時間段內，各熱源的小時供熱量與該熱源承擔的供熱用戶小時需熱量一致?；蚴窃谝欢ü釁^(qū)域內，各熱源的小時供熱量總和與該區(qū)域內同時間段的熱用戶需熱量總和相等。在多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)工作期間，為保證系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性、可靠性，需要結合各熱源供熱能力繪制熱負荷延續(xù)時間曲線，進而確定不同外溫下的熱用戶需熱量，為工作人員系統(tǒng)調度提供可靠依據。圖3為熱負荷延續(xù)時間曲線圖。

圖3 熱負荷延續(xù)時間曲線圖

2.2 流量平衡

流量平衡是熱量平衡的前提條件。流量平衡要求供熱系統(tǒng)各區(qū)段實際循環(huán)總流量應該等于該區(qū)段的設計流量，且各熱用戶的實際循環(huán)流量應該等于該熱用戶的設計流量。多熱源聯(lián)網供熱的突出優(yōu)勢是可以改善熱網供熱冷卻不均的情況，提高系供熱穩(wěn)定性。而熱網供熱負荷與熱網循環(huán)水量密切相關，調度熱網循環(huán)水量相當于重新分配熱用戶供熱量。由此可見，流量平衡對多熱源聯(lián)網供熱穩(wěn)定至關重要。

在多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)運行時，如果該熱用戶設計流量等于其實際循環(huán)流量，則相當于各熱源供熱范圍、大小和區(qū)段均在理想工況條件下，此時系統(tǒng)供熱個流量平衡。當設計流量大于實際循環(huán)量時，系統(tǒng)內流量平衡被破壞，則需要采用恰當?shù)氖侄卧诒ＷC干線流量不變的前提下，增加用戶流量，使系統(tǒng)流量平衡。水利交匯點是劃分各熱源供熱范圍的關鍵。其相當于把一個多熱源的聯(lián)網系統(tǒng)解裂為多個單熱源供熱系統(tǒng)，每個熱源承擔一定范圍的供熱面積。由此可見，確定水利交匯點是解決流量平衡的關鍵。水利交匯點一般有兩種情況，其一是該點流體處于靜止狀態(tài)，其二是該點成為兩股流體相向流動的匯交點。而且水利交匯點與熱源數(shù)量、容量和熱網管道結構密切相關。其數(shù)學表達式如下。

1≤≥+-1

上式中表示熱源數(shù)量；表示水利交匯點的數(shù)量；表示熱網環(huán)路的數(shù)量。結合上述公式不難看出，隨著熱網環(huán)路的增加，系統(tǒng)水利交匯點的數(shù)目也逐漸增多，且當熱負荷分布均勻且熱源與熱負荷供需平衡時，水利交匯點個數(shù)最多。為此，在設計階段，嚴格按照設計圖紙選取水利交匯點，并通過流量調節(jié)手段保證理想流量和實際循環(huán)流量的平衡，進而保證該熱源區(qū)域供需平衡。

2.3 壓力平衡

流量和壓力密切相關，兩者間存在確定的函數(shù)關系。通常情況下，通過壓力檢測和壓力平衡等手段可以間接判斷流量平衡。多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)實現(xiàn)壓力平衡的主要辦法如下：第一，借用滿足用戶資用壓頭平衡來實現(xiàn)熱用戶流量的平衡。第二，各熱源承擔的分區(qū)供熱系統(tǒng)，其各個恒壓點壓力必須在設定的數(shù)值下運行，保證全網壓力穩(wěn)定進而實現(xiàn)各熱源間流量均勻分配的重要措施。第三，使設定匯交點處的區(qū)段供水壓力最低，回水壓力最高。

3 多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)優(yōu)化調度辦法

3.1 熱用戶優(yōu)化調度

熱用戶優(yōu)化調度是實現(xiàn)熱量和流量平衡，保證系統(tǒng)供熱滿足用戶的用熱需求。但由于熱用戶很少主動對熱量進行調節(jié)，為此，熱用戶優(yōu)化調度可看做是熱力站一次調節(jié)。同時考慮到熱力站內運行工況和二次網循環(huán)水量的不同不能將熱負荷計算結果作為熱力站一次調節(jié)的依據。為此，在實踐中，需要通過多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)實時監(jiān)控各熱力站的運行工況，實時采集各參數(shù)數(shù)據發(fā)送至統(tǒng)一調度中心，經過系統(tǒng)計算分析后，將調節(jié)指令發(fā)送至各熱力站的電動調節(jié)閥門。與此同時，由于部分小型熱力站對整個系統(tǒng)供熱的影響不大，熱力站可以結合室外溫度進行自動調節(jié)。即通過自控系統(tǒng)實現(xiàn)供熱量的氣候補償，改變調節(jié)閥開度，通過控制用戶側水量實現(xiàn)供熱量的調節(jié)。除此之外，太陽能輻射和作息時間在一定程度上也能影響熱負荷，為此，熱力站可以通過環(huán)境模擬綜合考慮太陽能輻射和夜間休息時間長短對系統(tǒng)供熱的影響，從而進行自動調節(jié)，在滿足用戶用熱需求的前提下節(jié)約能源。

3.2 熱網優(yōu)化調度

熱網優(yōu)化調度的根本目的是在各種工況下實現(xiàn)系統(tǒng)的流量平衡和熱量平衡，并尋找最優(yōu)的干管上閥門狀態(tài)的組合，使得系統(tǒng)中循環(huán)水泵的能耗最小。具體可以通過對系統(tǒng)水力工況和熱力工況調節(jié)進行實現(xiàn)，而兩種調節(jié)路徑的根本目的是實現(xiàn)流量平衡和熱量平衡。水力工況調節(jié)一般步驟如下：第一，結合室外氣溫資料和熱源調度方案，確定熱源優(yōu)先等級和運行規(guī)律，合理制定水泵運行調解方案；第二，找出水利交匯點位置，調整多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)運行工況，改變水力匯交點的位置會使得各個熱源的循環(huán)水流量配置發(fā)生變化，實現(xiàn)流量平衡。熱力工況調節(jié)方法有兩種，分別是質量合并調節(jié)和有質調節(jié)，前者可以同時調節(jié)熱網的供回水溫度和供熱管網的流量。后者則是在定流量條件下調節(jié)供熱管網的供、回水溫度。無論何種方法，其調節(jié)的主要目的是使供水溫度保持一致。

3.3 熱源優(yōu)化調度

熱源優(yōu)化調度的根本目的是確定系統(tǒng)最佳運行方案，實現(xiàn)降本節(jié)能，其主要方法是根據熱負荷的特性和其分配的比例進行調度。為此，工作人員需綜合考慮溫度、濕度、通風和太陽輻射等外界環(huán)境因素對供熱負荷的影響，實時計算熱負荷，了解熱負荷動態(tài)變化。同時應用計算機監(jiān)控系統(tǒng)并發(fā)送和采集信息，以更好地適應熱源的啟運規(guī)律。由運行調度中心把控各熱源啟運順序及熱源供熱量，合理預測下個供暖期可能負擔的總供熱量，并制定出各階段隨室外溫度變化的供熱調節(jié)表，用來調度整個供熱系統(tǒng)的運行。

4 結語

多熱源聯(lián)網供熱是未來城市供熱發(fā)展的必然趨勢，是新時期下實現(xiàn)降本增效、節(jié)能提質的先進供熱技術。為保證多熱源聯(lián)網供熱系統(tǒng)地正常、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)設計、運行階段，要重視“熱量平衡”“流量平衡”“壓力平衡”，同時結合實際情況，合理進行羽化調度，以更好地滿足用戶用戶需求。