集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的模擬試驗(yàn)研究分析

周旭

（山東和光智慧能源科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

近年來，我國逐步發(fā)展城市集中供熱，逐漸改變區(qū)域鍋爐房單獨(dú)供熱為多個區(qū)域鍋爐房聯(lián)合供熱方式。與單一熱源供暖系統(tǒng)相比，多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的熱力和水力條件十分復(fù)雜。雖然不可能完全取消燃煤供熱，但采用多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)可以減少區(qū)域鍋爐房的運(yùn)行時間，充分利用熱源廠的多余熱能。2019年11月初，濟(jì)南熱力集團(tuán)蓮花山供熱公司轉(zhuǎn)山西路區(qū)域因工況原因，短時間無法對外供熱。當(dāng)?shù)丶泄釙r間為當(dāng)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(yīng)急指揮部，在領(lǐng)導(dǎo)小組的帶領(lǐng)下，成立應(yīng)急小組，積極開展了一系列措施，包括制定應(yīng)急供暖方案、調(diào)度熱源輸出、增加管網(wǎng)輸配能力、調(diào)節(jié)管網(wǎng)、搶修管網(wǎng)、用戶安撫、宣傳解釋等工作。通過上述相關(guān)措施，達(dá)到了應(yīng)急并網(wǎng)運(yùn)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(jī)。以下是具體工作的簡要介紹。

1 集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)

（1）可以提高整個集中供暖系統(tǒng)的可靠性和安全性。對于多熱源集中供熱系統(tǒng)，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?qū)е鹿崛萘繙p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(dāng)故障熱源修復(fù)后，其他熱源將恢復(fù)運(yùn)行。這樣，多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的可靠性和安全性顯著高于單一熱源供暖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各種熱源的相互替代、協(xié)調(diào)和補(bǔ)充。

（2）多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)各熱源的制熱能力可靈活調(diào)節(jié)，提高熱源的效率，達(dá)到節(jié)能的效果。集中供熱系統(tǒng)中的多熱源，可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)和熱負(fù)荷持續(xù)時間圖制定節(jié)能供熱方案。由于在采暖期各熱源很長一段時間內(nèi)都處于部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)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(fù)荷運(yùn)行，延長供熱時間，減少低效熱源的供熱能力。

根據(jù)濟(jì)南熱力集團(tuán)聯(lián)合供熱改造方案，分析了多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)的設(shè)計原則和工況。多熱源聯(lián)合加熱系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下：①首先，需要確定主熱源和調(diào)峰熱源聯(lián)合供熱的方式，例如，可采用并聯(lián)供熱和階段供熱等方式，對于多調(diào)峰熱源系統(tǒng)，還可以合理規(guī)劃不同調(diào)峰熱源的輸入順序和運(yùn)行時間。②確定了聯(lián)合供熱方式，需要制定供熱調(diào)節(jié)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(huán)水泵的揚(yáng)程和流量。

（3）熱源廠的供熱系統(tǒng)。在濟(jì)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?xì)忮仩t，最大負(fù)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(fù)荷310MW；唐冶熱源廠主要負(fù)責(zé)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(fù)荷604MW。

原有的熱水供暖采用截斷運(yùn)行方式，后來逐漸擴(kuò)大了供熱規(guī)模。熱源廠、鍋爐房初始站無法滿足負(fù)荷要求。此外，一級管網(wǎng)的布置缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，需要對熱水加熱形式進(jìn)行整改，并間接連接聯(lián)合加熱?？刂埔患壒芫W(wǎng)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(tǒng)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(diào)峰運(yùn)行鍋爐房等常見的供熱形式。

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

2 集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀及熱源調(diào)度方案

2.1 供熱狀態(tài)

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

2.2 熱源調(diào)度方案

受供熱能力、管徑、熱源廠距離等限制，原轉(zhuǎn)山西路區(qū)域65萬m2供熱面積改為：漿水泉熱源廠區(qū)域供熱，34萬m2用戶切換由唐冶熱源廠區(qū)域供熱。即以轉(zhuǎn)山西路區(qū)域?yàn)橹行模瑢⑥D(zhuǎn)山西路區(qū)域以北的戶切換到漿水泉熱源廠區(qū)域，轉(zhuǎn)山西路區(qū)域以南的用戶切換到唐冶熱源廠區(qū)域。經(jīng)計算，在當(dāng)時的室外溫度下唐冶熱源廠區(qū)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(xù)調(diào)整參數(shù)，損失更多熱量，以確保最終用戶。

3 集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度方案

（1）漿水泉熱源廠區(qū)域熱源廠原集中供熱面積約450萬m2，調(diào)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(huán)流量4000t/h，出口壓力不高于0.55MPa。

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

（3）并網(wǎng)過程中的檢查和調(diào)整。

①漿水泉熱源廠區(qū)域與轉(zhuǎn)山西路區(qū)域并網(wǎng)前后壓力一致，并網(wǎng)成功完成。

②唐冶熱源廠區(qū)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(dá)2#供熱站用戶后，管網(wǎng)壓力約為0.4MPa。與往年0.6MPa管網(wǎng)壓力相比，壓力降低了0.2MPa。這導(dǎo)致一些換熱站出現(xiàn)欠流現(xiàn)象。通過上報集團(tuán)調(diào)度中心，啟用一網(wǎng)管道泵，將流量控制在需求流量。

③并網(wǎng)成功后，在并網(wǎng)處設(shè)置24h值班人員。遇有重大問題時，應(yīng)及時切斷管網(wǎng)，避免局部管網(wǎng)泄漏再次影響大管網(wǎng)運(yùn)行的情況。

④供熱管網(wǎng)操作人員應(yīng)根據(jù)班組對全線管網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)巡檢。管網(wǎng)運(yùn)行年限、管壁厚度等因素對供熱管網(wǎng)安全的影響是客觀存在的，但很難準(zhǔn)確量化影響程度。因此，供熱管網(wǎng)運(yùn)營商應(yīng)重點(diǎn)檢查薄弱區(qū)域的流量和壓力，每隔小時記錄一次供熱管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，為管網(wǎng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

4 集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時期的調(diào)節(jié)及措施

4.1 運(yùn)行調(diào)節(jié)及措施

（1）由于城市尚未進(jìn)入集中供熱期，為加快長輸管網(wǎng)循環(huán)，鼓勵轉(zhuǎn)山西路區(qū)域范圍內(nèi)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(jìn)行排氣。

（2）打開主管網(wǎng)供回水連接閥，加快管網(wǎng)循環(huán)。

（3）增設(shè)兩處臨時中繼泵，漿水泉熱源廠區(qū)域新增用戶距離漿水泉熱源廠區(qū)域管網(wǎng)末端約7.5km，熱用戶與熱源廠高差10m以內(nèi)；唐冶熱源廠區(qū)域新增用戶距離唐冶熱源廠區(qū)域管網(wǎng)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(zhì)量，分別在唐冶熱源廠區(qū)域與轉(zhuǎn)山西路區(qū)域中間位置及漿水泉熱源廠區(qū)域與轉(zhuǎn)山西路區(qū)域中間位置各設(shè)置一個臨時中繼泵，增大揚(yáng)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(zhuǎn)山西路區(qū)域所轄用戶。

4.2 繼電泵站選型原則

（1）主管網(wǎng)閥處設(shè)置并聯(lián)繼電保護(hù)泵。由于主線管網(wǎng)已處于滿水運(yùn)行狀態(tài)，為保證安全需要在現(xiàn)有閥門處將主線關(guān)斷，在回水管道上并聯(lián)加泵，克服沿程阻力，以滿足熱源能夠輸送至管網(wǎng)最末端。

（2）在適當(dāng)位置增加繼電泵站。由于現(xiàn)有管網(wǎng)大部分直接埋設(shè)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(shè)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(wǎng)壓力和所需的壓頭的管道網(wǎng)絡(luò)，并計算最不利點(diǎn)，以確定所需的頭繼電器增壓泵，流量是根據(jù)用戶區(qū)域來計算的。

（4）終端用戶換熱站根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行情況安裝管泵，減少用戶系統(tǒng)阻力。

（5）能源公司保證用戶換熱站數(shù)據(jù)24h穩(wěn)定上傳，配合供熱管網(wǎng)的調(diào)整。根據(jù)各換熱站二次側(cè)供熱溫度與建筑、供暖方式和室外溫度的不同，供熱規(guī)律也不同，由能源公司進(jìn)行調(diào)整。

4.3 加強(qiáng)用戶服務(wù)

（1）向用戶如實(shí)告知轉(zhuǎn)山西路區(qū)域多熱源調(diào)度并網(wǎng)運(yùn)行供熱布置情況。

（2）根據(jù)發(fā)熱線路將區(qū)域內(nèi)用戶劃分為10個服務(wù)組，服務(wù)組成員由客服和供熱網(wǎng)運(yùn)營商組成。逐一走訪各小區(qū)，了解供熱情況，匯報搶修情況和緊急情況，穩(wěn)定用戶情緒。

（3）接到投訴后2h內(nèi)回復(fù)，提前積極與用戶溝通，4h內(nèi)提供上門服務(wù)和測溫，并派專人負(fù)責(zé)。客戶服務(wù)工作應(yīng)遵循誰對用戶負(fù)責(zé)、誰對服務(wù)負(fù)責(zé)的原則，不得相互推諉。

（4）對于供熱不合格的用戶，由供熱網(wǎng)運(yùn)營商與客服人員共同現(xiàn)場工作。對室內(nèi)溫度不符合標(biāo)準(zhǔn)的用戶，按城市集中供熱規(guī)定減收暖氣費(fèi)。

（5）每天總結(jié)供熱情況及用戶積極性，并向應(yīng)急指揮部匯報。

從11月2日～22日，轉(zhuǎn)山西路區(qū)域僅用了20天時間排除故障并成功運(yùn)行。目前，轉(zhuǎn)山西路區(qū)域供熱用戶將從唐冶熱源廠和漿水泉熱源廠重新調(diào)回蓮花山熱源廠供暖。經(jīng)過前期一系列采暖技術(shù)的應(yīng)用后，加強(qiáng)室外采暖技術(shù)與城市采暖技術(shù)之間的聯(lián)系更為有效。同時，也是初期遠(yuǎn)高于0℃的一系列熱源，為系列供熱技術(shù)的成功應(yīng)用提供了更好的支撐。同時，通過技術(shù)應(yīng)用和加強(qiáng)服務(wù)等多種方式，較好地完成了轉(zhuǎn)山西路區(qū)域的事故應(yīng)急處理。

5 集中供熱多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度注意事項(xiàng)分析

（1）全廠熱負(fù)荷分析。根據(jù)歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)分析全廠熱負(fù)荷情況，繪制采暖季全廠供熱負(fù)荷曲線圖，根據(jù)曲線圖分析供熱開始時間、結(jié)束時間、采暖時間、熱負(fù)荷最大值及供熱各階段熱負(fù)荷情況。

（2）各熱源運(yùn)行狀態(tài)分析。根據(jù)多年來操作數(shù)據(jù)，分析每個熱源的運(yùn)行狀態(tài)，繪制采暖季各熱源實(shí)際供熱負(fù)荷曲線圖，分析供熱開始時間、結(jié)束時間、熱負(fù)荷最大值及供熱各階段各熱源運(yùn)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(yōu)調(diào)度方案。結(jié)合全廠的熱負(fù)荷、各熱源的運(yùn)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(lián)合供熱系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案。

6 結(jié)語

多熱源網(wǎng)絡(luò)化供熱系統(tǒng)由多個熱源單元組成，為用戶提供相對穩(wěn)定的熱能。在保證供熱質(zhì)量滿足要求的前提下，合理調(diào)度和控制不同的熱源。這種供熱方式優(yōu)點(diǎn)明顯，但在實(shí)際運(yùn)行過程中難以控制，所以多熱源供熱系統(tǒng)的安全可靠性將比解裂運(yùn)行的供熱系統(tǒng)高。

本文主要分析了多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的設(shè)計原則和方法，對今后城市多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的設(shè)計和研究具有一定的參考作用。此外，提出了多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案，以保證多熱源聯(lián)合供暖系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低整個供暖系統(tǒng)的運(yùn)行成本，促進(jìn)供暖工作的可持續(xù)發(fā)展。