李剛

（國能神東煤炭集團礦業(yè)服務公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

0 引言

工業(yè)廠礦分散式供熱目前仍大量存在，通過分散布置于各個廠區(qū)的鍋爐房，向區(qū)域內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)區(qū)及辦公生活區(qū)提供熱能，存在能耗高、供熱效果不均勻、管網(wǎng)運行效率低等問題。通過工業(yè)廠區(qū)聯(lián)合集中供熱，可以節(jié)約能源、減少污染、提高供熱質(zhì)量，從而切實滿足供熱需要，提升供熱效果。工業(yè)廠礦由于建筑物建筑材料不同、用途不同、建設年代不同，故在實現(xiàn)聯(lián)合集中供熱建設時，供熱的形式和供熱管理的布置情況都要進行統(tǒng)籌的規(guī)劃，從而保證供熱效果。

1 工業(yè)廠礦集中供熱模式的優(yōu)化價值

1.1 節(jié)能減排

工業(yè)廠礦集中供熱模式可以有效地節(jié)約能源，減少污染。一方面，集中供熱模式可以利用工業(yè)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的大型熱源，如核電站、熱電廠、煤液化等工廠余熱，提高燃料的利用率，降低單位熱量的能耗，減少能源的浪費。另一方面，工業(yè)廠礦聯(lián)合集中供熱模式可以采用拆小建大的方式，整個工業(yè)區(qū)內(nèi)新建集中熱源，宜煤則煤、宜電則電、宜氣則氣，首先可降低能源消耗量，并且減少大氣污染物排放點數(shù)量，然后利用先進的環(huán)保技術，如脫硫、脫硝、除塵等，對集中熱源配置合適的環(huán)保設施，減少污染物的排放量，降低空氣污染，改善環(huán)境質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，集中供熱模式相比分散供熱模式，每年可以節(jié)約標準煤約2 億t，減少二氧化碳排放約5 億t，減少二氧化硫排放約100 萬t，減少氮氧化物排放約50 萬t。

優(yōu)化工業(yè)廠礦集中供熱模式，可以進一步提高能源的利用效率，降低環(huán)境的污染程度。通過優(yōu)化供熱管網(wǎng)的布局和結構，減少管網(wǎng)的長度和阻力，降低管網(wǎng)的熱損失，可以有效提高管網(wǎng)的輸送能力和可靠性[1]。同時，通過優(yōu)化供熱管網(wǎng)的調(diào)度和控制，根據(jù)供熱需求和環(huán)境條件，動態(tài)調(diào)整供熱參數(shù)，如供回水溫度、流量、壓力等，匹配供熱負荷，平衡供熱系統(tǒng)，可以減少供熱過?；虿蛔愕那闆r，提高供熱的精確性和靈活性。通過這些優(yōu)化措施，可以進一步節(jié)約能源，減少排放，實現(xiàn)供熱的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 提高供熱質(zhì)量

集中供熱模式可以有效地提高供熱質(zhì)量。一方面，集中供熱模式熱源可靠性強，可以提供穩(wěn)定和連續(xù)的供熱服務，滿足供熱需求。另一方面，通過優(yōu)化供熱管網(wǎng)的調(diào)度，可以根據(jù)建筑物實際情況及供熱實際需求，動態(tài)調(diào)整供熱的溫度和流量，保證供熱質(zhì)量，避免供熱過熱或過冷的現(xiàn)象。同時，通過優(yōu)化供熱的信息化和智能化，可實現(xiàn)供熱的遠程監(jiān)控和控制，提供供熱的實時數(shù)據(jù)和反饋，在保證供熱質(zhì)量的前提下實現(xiàn)減員增效[2]。

1.3 增強系統(tǒng)可靠性

優(yōu)化工業(yè)廠礦集中供熱模式，可以增強供熱系統(tǒng)的可靠性，保證供熱的安全和穩(wěn)定。通過優(yōu)化供熱管網(wǎng)的結構和參數(shù)，還可以提高供熱管網(wǎng)的強度和耐久性，減少供熱管網(wǎng)的故障和泄漏，保證供熱的連續(xù)性和均勻性。同時，通過優(yōu)化供熱的故障檢測和處理，可以及時發(fā)現(xiàn)和排除供熱的異常和隱患，防止供熱的中斷和事故，保障供熱的安全和穩(wěn)定。

2 工業(yè)廠礦集中供熱管理優(yōu)化難點

2.1 管網(wǎng)布置情況較復雜

供熱管網(wǎng)在空間中的分布和連接需要與廠礦的規(guī)劃相適應，是影響供熱管網(wǎng)運行效率和可靠性的重要因素。通過合理地選擇管線的走向、位置、直徑、材料等，能夠使供熱管網(wǎng)的布局和結構達到最優(yōu)，從而提高供熱管網(wǎng)的性能和壽命，降低供熱管網(wǎng)的損耗和成本，提高供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟性和效益。但在實際的供熱管理工作中，由于管網(wǎng)布置情況較為復雜，供熱管理工作的優(yōu)化工作很容易遇到困難。首先，工業(yè)廠礦空間是一個多維的、動態(tài)的、非均勻的、非線性的系統(tǒng)，包括城市的地形、地貌、建筑、道路、綠化等多種要素，這些要素之間存在著復雜的相互作用和影響，給供熱管網(wǎng)的布置帶來了很大的限制和挑戰(zhàn)。具體的，工業(yè)廠礦大多由于位置偏遠，地形和地貌復雜，另外工業(yè)廠礦各類倉、橋、釜等跨度、高度差異較大，會影響供熱管網(wǎng)的高程和坡度，進而需要對供熱管網(wǎng)的壓力信息進行具體調(diào)整。其次，在不同的地區(qū)，由于供熱需求的不同，管網(wǎng)的布置和設計要求也并不一致，在很多情況下，管理人員需要根據(jù)實際的城市供熱需要做好管網(wǎng)布置的調(diào)整工作，保證管網(wǎng)布置的科學性，但在很多情況下，供熱需求受到時間、季節(jié)、氣候等方面因素的動態(tài)影響，很難有效滿足。

2.2 供熱參數(shù)的調(diào)節(jié)難度較大

供熱參數(shù)主要是指供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)，如供回水溫度、流量、壓力等，在供熱管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度中，是十分關鍵的部分。通過供熱參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠改變供熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)，滿足調(diào)度需要，從而提高供熱服務的質(zhì)量和效率，平衡供熱系統(tǒng)。但供熱參數(shù)很容易受到各種因素的影響，首先，供熱參數(shù)會隨著供熱需求和供熱系統(tǒng)的運行情況發(fā)生變化，想要做好調(diào)節(jié)工作，就要預先做好準備，根據(jù)供熱系統(tǒng)信息對供熱參數(shù)進行統(tǒng)一控制，而在依靠傳統(tǒng)形式進行供熱參數(shù)調(diào)節(jié)時，由于參數(shù)過多，很難有效保證參數(shù)調(diào)節(jié)的科學性，容易對供熱系統(tǒng)的調(diào)控和調(diào)度效果造成影響[3]。其次，目前供熱參數(shù)的調(diào)節(jié)手段大多需要依靠傳統(tǒng)的裝置如閥門、泵、風機、換熱器等，調(diào)節(jié)方式存在滯后性、不精確性等缺點，難以實現(xiàn)供熱參數(shù)精確和靈活的調(diào)節(jié)，也難以覆蓋供熱系統(tǒng)的所有節(jié)點和分支，在實際的調(diào)節(jié)中，容易受到外界因素的影響。

3 工業(yè)廠礦集中供熱模式調(diào)度策略

3.1 管線節(jié)點設計優(yōu)化

管線節(jié)點的設計優(yōu)化的主要目標是通過合理地選擇管線節(jié)點的類型、數(shù)量、位置、參數(shù)等，使供熱管網(wǎng)的結構和拓撲達到最優(yōu)，從而提高供熱管網(wǎng)的性能和壽命，降低供熱管網(wǎng)的損耗和成本，提高供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟性和效益。管線節(jié)點的設計優(yōu)化是城市供熱模式調(diào)度工作中的重要內(nèi)容，也是集中供熱模式調(diào)度的基礎和前提。

首先，應當做好管線類型節(jié)點類型的選擇，使節(jié)點類型與節(jié)點情況相適應，以有效保證管線的設計效果。具體的，對于供熱管網(wǎng)的分支節(jié)點，可以選擇分流或合流的類型，根據(jù)供熱負荷的分布，實現(xiàn)供熱管網(wǎng)的負荷平衡；對于供熱管網(wǎng)的調(diào)節(jié)節(jié)點，可以選擇閥門或泵的類型，根據(jù)供熱需求和環(huán)境條件，通過供熱管網(wǎng)的調(diào)節(jié)滿足相關需要；對于供熱管網(wǎng)的測量節(jié)點，可以選擇傳感器或儀表的類型，實時對管網(wǎng)的相關節(jié)點進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測信息對管網(wǎng)進行調(diào)度和調(diào)整[4]。

其次，應當合理控制管線節(jié)點數(shù)量，做好相關的優(yōu)化工作，使管線節(jié)點能夠充分地發(fā)揮其作用，避免過多或過少的節(jié)點，造成供熱管網(wǎng)的運行和控制的困難和成本方面的浪費。對于供熱管網(wǎng)的主干節(jié)點，可以適當?shù)卦黾庸?jié)點的數(shù)量，提高供熱管網(wǎng)的輸送能力和可靠性；對于供熱管網(wǎng)的末端節(jié)點，可以適當?shù)販p少節(jié)點的數(shù)量，降低供熱管網(wǎng)的熱損失和水力損失等。供熱管網(wǎng)設計原則示意圖如圖1 所示。

圖1 供熱管網(wǎng)設計原則示意圖

3.2 供熱系統(tǒng)自適應控制

供熱系統(tǒng)的自適應控制是指根據(jù)供熱系統(tǒng)的運行狀況和效果，動態(tài)地調(diào)整供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)，如供回水溫度、流量、壓力等，使供熱系統(tǒng)能夠自動地適應供熱需求和環(huán)境條件的變化，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運行，提高供熱服務的質(zhì)量和效率，滿足供熱需求。在自適應控制的過程中，首先應當通過數(shù)據(jù)挖掘技術，從大量的供熱運行數(shù)據(jù)中，提取供熱的關鍵特征和規(guī)律，建立供熱的預測模型和評價指標，為供熱系統(tǒng)的自適應控制提供數(shù)據(jù)支持。同時，還應當建立相應的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，保證能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫分析對供熱進行適當調(diào)整，以切實保證供熱效果，防止出現(xiàn)問題。其次，應當做好供熱參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)節(jié)工作，通過智能控制技術，具體分析用戶的偏好和習慣，再根據(jù)用戶情況自動進行供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，切實滿足用戶的供熱需要，并且更好地節(jié)約供熱成本。同時，供熱情況應當與智能供熱計量系統(tǒng)相掛鉤，對各車間、各用戶的供熱量進行計量，防止出現(xiàn)過度供熱情況，切實保證供熱的科學、合理，規(guī)范用熱，節(jié)能減排。此外，還應通過先進的監(jiān)測裝置，結合信息技術和物聯(lián)網(wǎng)技術等，對供熱系統(tǒng)的運行狀況和效果進行有效的觀測，以保證供熱系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，并且指導供熱系統(tǒng)的優(yōu)化和改進。同時，根據(jù)監(jiān)測信息，還可以實時進行供熱網(wǎng)絡的動態(tài)調(diào)整，使供熱情況更加適應實際的需要。供熱管網(wǎng)自適應調(diào)節(jié)示意圖如圖2 所示。

圖2 供熱管網(wǎng)自適應調(diào)節(jié)示意圖

3.3 供熱系統(tǒng)的仿真實驗

在進行供熱管網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化過程中，可以通過建立供熱系統(tǒng)的數(shù)學模型和計算機模擬的方式，對供熱系統(tǒng)的運行狀況和效果進行有效的模擬和驗證，以檢驗供熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的有效性，分析其對供熱服務的質(zhì)量和效率的影響，再根據(jù)相關信息對調(diào)度工作進行調(diào)整，從而切實保證調(diào)度工作的科學性和有效性，使供熱系統(tǒng)得到全面有效的調(diào)度。首先，應當借助信息技術建立供熱系統(tǒng)的數(shù)學模型，根據(jù)供熱系統(tǒng)的實際情況，使供熱系統(tǒng)的數(shù)學模型能夠準確地反映供熱系統(tǒng)的運行狀況和效果[5]。例如，可以采用微分方程、代數(shù)方程、概率統(tǒng)計等數(shù)學方法，建立供熱系統(tǒng)的動態(tài)模型、靜態(tài)模型等數(shù)學模型，準確描述供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)、運行狀態(tài)、運行效果等數(shù)學變量之間的關系。其次，應當通過計算機編程、仿真模擬、三維模擬技術結合數(shù)據(jù)模型做好供熱系統(tǒng)的仿真實驗工作，通過仿真模擬明確探知到供熱管網(wǎng)當前設計中的不足和調(diào)度的局限性，根據(jù)相應內(nèi)容進行系統(tǒng)調(diào)度的優(yōu)化，從而保證供熱系統(tǒng)的運行效果。

3.4 加強信息化建設

通過利用信息技術和網(wǎng)絡技術，可以自動實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲、展示、分析、評價等功能，提高供熱系統(tǒng)的管理水平和服務水平，增強供熱系統(tǒng)的透明度和便利度，信息化建設是管網(wǎng)調(diào)度工作發(fā)展的新方法，也是現(xiàn)代化智慧供熱管網(wǎng)調(diào)度創(chuàng)新的必然要求。在進行信息化建設的過程中，首先應當切實做好數(shù)據(jù)信息的收集和儲存工作，通過大數(shù)據(jù)技術和傳感器系統(tǒng)廣泛收集用熱點和管網(wǎng)調(diào)度信息，并且建立相關的信息處理系統(tǒng)和調(diào)度平臺，讓管理人員能夠通過相關系統(tǒng)對供熱情況進行實時調(diào)度，充分滿足供熱需要。其次，應當建立多端的調(diào)度系統(tǒng)，使廠礦辦公、生活區(qū)能夠根據(jù)需要自主進行供熱調(diào)節(jié)，在滿足需求的同時保證個性化供熱管網(wǎng)控制的水平，提升管網(wǎng)控制的實際效果。同時，應當建立反饋機制，讓熱用戶實時進行管網(wǎng)調(diào)度問題的反饋，使問題得到及時處理，從而保證供熱效果。供熱管網(wǎng)智能調(diào)節(jié)模式如圖3 所示，供熱管網(wǎng)智慧系統(tǒng)如圖4 所示。

圖3 供熱管網(wǎng)智能調(diào)節(jié)模式

圖4 供熱管網(wǎng)智慧系統(tǒng)

4 結語

總而言之，供熱管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度工作涉及工業(yè)廠礦集中供熱能力和集中供熱水平，通過優(yōu)化調(diào)度，能夠更好地使供熱效果得到保證，并且提升集中供熱的科學性，在滿足供熱方面的基本要求的前提下，最大限度實現(xiàn)節(jié)能減排降耗。在供熱管網(wǎng)的優(yōu)化過程中，也應當注意策略的應用，保證調(diào)度工作與供熱方面的數(shù)據(jù)分析相結合，提升智慧供熱水平。