多熱源并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點

1、多熱源并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點及其調(diào)節(jié)措施摘 要：本文對供熱系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點進(jìn)行了分析，闡述了供熱三大調(diào)節(jié)要點關(guān)鍵詞：并網(wǎng)運(yùn)行 割裂運(yùn)行 優(yōu)化布局調(diào)節(jié)一、引言在城市集中供熱領(lǐng)域中，多熱源并網(wǎng)供熱已經(jīng)越來越多地被采用，這是因 為這種系統(tǒng)具有單熱源供熱系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點，包括提高系統(tǒng)的可靠性以 及不同形式熱源合理匹配所帶來的熱源運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等等。如丹麥的哥本哈根 供熱系統(tǒng)的熱源就同時包括了垃圾焚燒爐、熱電廠和尖峰鍋爐房，按順序投入 和撤出，以保證整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。近年隨著集中供熱的逐步廣泛推廣，我國 多熱源供熱的現(xiàn)象越來越普遍，其中大多供熱企業(yè)采用多熱源割裂運(yùn)行的方式， 多熱源互補(bǔ)的優(yōu)勢沒有得以充分發(fā)揮

2、，熱能的優(yōu)化布局不合理。二、下面對于多熱源并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點做簡要的分析多熱源運(yùn)行的熱源種類很多，有熱電聯(lián)產(chǎn)的、燃煤的、燃油的、燃?xì)獾牡取?這些熱源由于產(chǎn)熱方式不同和使用燃料的不同，以致熱量的成本和能耗差異很 大，其中企業(yè)的規(guī)模也是一大因素。熱價相差最多的達(dá)一5倍之多。在保證供 熱質(zhì)量的前提下，選擇哪種供熱方式投入費用最小、能耗最低呢？多熱源割裂運(yùn)行和多熱源并網(wǎng)運(yùn)行在熱源以外的范圍生產(chǎn)和人員費用上基 本是一致的，但由于不同熱源的生產(chǎn)費用存在著差異。因此，在總供熱量相同 的情況下，多熱源并網(wǎng)運(yùn)行可以讓耗能低、生產(chǎn)費用低的熱源盡量多供，而讓 耗能高、生產(chǎn)費用高的熱源盡量少供，或者讓其做為調(diào)峰熱源。比多

3、熱源割裂 運(yùn)行單位面積的供熱費用低、節(jié)省能源，熱能的優(yōu)化布局合理。多熱源并網(wǎng)運(yùn)行為管網(wǎng)運(yùn)行提供了保障，熱網(wǎng)運(yùn)行中一旦某一熱源發(fā)生事 故停止供熱時，其他熱源增加供熱量可以保證正常供熱，而對熱網(wǎng)工況影響不 明顯。在多熱源并網(wǎng)供熱系統(tǒng)中熱源隨負(fù)荷變化的高速過程中，熱網(wǎng)水力工況 的調(diào)整是關(guān)鍵。一方面，熱網(wǎng)水力工況的優(yōu)化調(diào)度，可以使得管網(wǎng)充分發(fā)揮其 輸配能力，為熱源的合理匹配與調(diào)整創(chuàng)造最大的空間；另一方面，輸配系統(tǒng)本 身的動力消耗也是巨大的，一般要占到整個供熱系統(tǒng)一次能源消耗10%20%， 水力工況的優(yōu)化調(diào)度可以盡可能地減少這部分的能量消耗。多熱源割裂運(yùn)行在 發(fā)生上面情況時，必須打開割裂閥門，才能利用增

4、加其他熱源供熱量的方法達(dá) 到保證正常供熱的目的，這樣彳主彳主會引起水力工況的紊亂。三、運(yùn)用調(diào)節(jié)的手段優(yōu)化供熱布局.并網(wǎng)運(yùn)行的溫度調(diào)節(jié)并網(wǎng)運(yùn)行時，系統(tǒng)一次水的供水溫度隨室外溫度下降而逐漸提高，當(dāng)室外 溫度達(dá)到一定溫度時，主熱源達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行，供水溫度達(dá)到了系統(tǒng)的最高 設(shè)計溫度，主熱源的流量尚未達(dá)到設(shè)計流量值。這是由于此時，供水、回水溫 差大于設(shè)計溫度下的溫差。當(dāng)室外溫度繼續(xù)下降時，啟動調(diào)峰熱源，主熱源保 持滿負(fù)荷運(yùn)行，此時供水溫度必須保持在最高設(shè)計溫度下運(yùn)行。因此，當(dāng)室外 溫度低于一定溫度后，是在設(shè)計最高供水溫度下的定溫運(yùn)行模式，負(fù)荷變化主 要依靠調(diào)節(jié)調(diào)峰熱源的循環(huán)水量來滿足。當(dāng)室外溫度降到計

5、算溫度時，并網(wǎng)運(yùn) 行與質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行的供水、回水溫度達(dá)到一致。所以，并網(wǎng)運(yùn)行的各熱源溫度調(diào) 節(jié)步調(diào)是保持一致的。.并網(wǎng)運(yùn)行的流量調(diào)節(jié)并網(wǎng)運(yùn)行時管網(wǎng)中的流量和壓力隨時在發(fā)生變化，而且變化幅度很大。多 熱源要適應(yīng)如此大的和連續(xù)的變化，至少應(yīng)該有一個調(diào)峰熱源或者一個熱源廠 的循環(huán)泵選擇調(diào)速變頻泵為宜。在多熱源供熱系統(tǒng)中，由于受熱源規(guī)模的約束，調(diào)節(jié)流量彳主彳主依靠調(diào)峰熱 源增、減循環(huán)泵的臺數(shù)，這樣調(diào)峰熱源的熱費成本會更高，對企業(yè)的壓力會更 加重?？紤]自身的成本和利潤，調(diào)峰熱源會抵制流量調(diào)節(jié)，質(zhì)、量的同步一體 調(diào)整將很難執(zhí)行。如果在某一主熱源的多臺循環(huán)泵中選擇一臺做調(diào)速變頻泵， 流量調(diào)節(jié)時既可以保證需要的流

6、量并且節(jié)約能源，又可以平衡不同熱源的利潤， 使調(diào)節(jié)更加有序。.并網(wǎng)運(yùn)行的壓力調(diào)節(jié)通過對可能出現(xiàn)的工況分析，得到十管上水力工況可能漂移的范圍，在適 當(dāng)位置調(diào)節(jié)分段閥門（通常只需在不同工況水力匯交點的極限位置流量調(diào)節(jié)會不同程度影響水力工況，一切的調(diào)節(jié)應(yīng)首先保證系統(tǒng)的安全壓 力，包括熱源的安全運(yùn)行壓力、熱網(wǎng)的安全運(yùn)行壓力、熱力站的安全運(yùn)行壓力， 再次應(yīng)該考慮工況水力匯交點不能離熱力站太近。否則，可以考慮采用割裂運(yùn) 行的方式進(jìn)行補(bǔ)救。多熱源并網(wǎng)運(yùn)行在系統(tǒng)中如果存在多個補(bǔ)水點，并網(wǎng)運(yùn)行時應(yīng)以其中一個 為有效定壓點處補(bǔ)水，其他熱源的補(bǔ)水裝置負(fù)擔(dān)系統(tǒng)所需的基本補(bǔ)水量，實施 補(bǔ)水量控制。分析并網(wǎng)運(yùn)行所需的流量

7、和揚(yáng)程的變化，對每年每個熱源啟動和達(dá)到滿負(fù) 荷運(yùn)行時的水壓圖，對各個特殊時刻的穩(wěn)態(tài)水力工況進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)計 算日期下系統(tǒng)供水溫度，對熱力站換熱設(shè)備用變工況換熱計算的方法經(jīng)計算后, 確定系統(tǒng)的回水溫度，而后再根據(jù)熱負(fù)荷求算循環(huán)水量。四、熱源供熱負(fù)荷分配的經(jīng)濟(jì)性分析隨著城市集中供熱的發(fā)展，許多城市出現(xiàn)了多種類型熱源并存的局面，在 同一供熱系統(tǒng)中可能同時包括熱電廠、大型燃煤鍋爐、小型燃煤鍋爐、燃油或 燃?xì)忮仩t以及工業(yè)余熱等等，即使同是熱電廠供熱，也存在不同機(jī)組形式和抽 汽壓力引發(fā)的熱電綜合效益的差別。采用并網(wǎng)供熱，首先應(yīng)該對各熱源進(jìn)行分 析，從能源利用的綜合效益、熱源投入與撤出的靈活性、各熱源

8、的具體位置等 方面進(jìn)行綜合評判，再結(jié)合全網(wǎng)的熱平衡確定各熱源供熱量分配的優(yōu)先次序。 結(jié)合國內(nèi)可能采用的各種熱源，得到其通常的投入優(yōu)先次序，工業(yè)余熱、垃圾 焚燒產(chǎn)熱以及熱電聯(lián)產(chǎn)中的循環(huán)水供熱和背壓機(jī)械組供熱通常作為系統(tǒng)中的基 本熱源，而熱電聯(lián)產(chǎn)中的抽汽和各種類型的燃煤、燃油及燃?xì)忮仩t則通常作為 調(diào)峰熱源使用，特別是其中的汽輪機(jī)抽汽和燃油、燃?xì)忮仩t由于投入與撤出的 靈活性很高，作為調(diào)峰熱源很適合。當(dāng)然，由于各供熱系統(tǒng)的差別，各種類型 熱源的優(yōu)先投入次序也不是一成不變的，在實際應(yīng)用時必須結(jié)合具體情況作細(xì) 致的經(jīng)濟(jì)性分析和熱平衡計算，這僅僅是一個參考。確定了熱源供熱量分配的優(yōu)先次序后，剩下的問題就是如

9、何對輸配管網(wǎng)進(jìn) 行調(diào)節(jié)以達(dá)到在滿足這種熱源供熱量分配的基礎(chǔ)上盡可能地減少輸配能耗。五、多熱源管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度1、優(yōu)化調(diào)度分析雙熱源枝狀供熱網(wǎng)，對應(yīng)某一外溫，各用戶有所需流量由其負(fù)荷決定，而 兩個熱源的流量分配比例則由各熱源的供熱能力和總體供熱經(jīng)濟(jì)效益所決定。在此基礎(chǔ)上即可確定各管段的流量和水力匯交點的位置。為了能隨外溫的變化 調(diào)整兩個熱源的供熱比例，各熱源的循環(huán)水泵通常采用液力耦合或變頻器調(diào)節(jié) 水泵轉(zhuǎn)速以改變各熱源的水流量。但僅僅靠各熱源循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和各末 端的調(diào)節(jié)是否就能達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，使得系統(tǒng)不僅能滿足熱源供熱量匹配 和各用戶對供熱負(fù)荷的要求，同時又使得水泵的電耗最小呢？為保證熱源

10、1，所 供范圍內(nèi)最不利用戶的資用壓頭，熱源1循環(huán)水泵的揚(yáng)程至少為H11，此時水 力匯交點處用戶的剩余壓頭較大。由于是并網(wǎng)運(yùn)行，如果僅僅通過調(diào)整熱源處 的循環(huán)水泵來達(dá)到兩熱源流量分配比例的要求，則熱源2的揚(yáng)程應(yīng)該調(diào)整到 H22。熱源2供熱范圍很小可循環(huán)水泵揚(yáng)程卻很大，這顯然是不合理的，其原因 是受到熱源1循環(huán)水泵的制約。實際上，這時只要在水力匯交點熱源1 一側(cè)的 干管上加一閥門，將匯交點處用戶的剩余壓頭在該干管上消耗掉，而不是在用 戶內(nèi)消耗掉，熱源2的水泵揚(yáng)程就可大幅度降低。從上面的例子可以看出，對于多熱源枝狀網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)，有時在干管的適 當(dāng)位置安裝調(diào)節(jié)閥并對之進(jìn)行調(diào)整，不但不會加大系統(tǒng)的動力消

11、耗，反而會提 高系統(tǒng)的輸送能力，減少循環(huán)水泵的電耗。對于現(xiàn)有的多熱源供熱系統(tǒng)，上述 例子有一定的普遍性，只要匯交點處的用戶不是全網(wǎng)的最不利用戶，總是可以 通過關(guān)閉或調(diào)整匯交點某一側(cè)的干管閥門來得到最優(yōu)水力工況，減少循環(huán)泵的 動力消耗。因此，多熱源枝狀網(wǎng)的水力工況優(yōu)化調(diào)度主要是十管上閥門位置和 開度的優(yōu)化配置，其具體的分析步驟如下：根據(jù)各用戶的負(fù)荷確定其流量，同時根據(jù)各熱源的綜合效益和供熱能力確定 熱源的流量分配比；根據(jù)計算全網(wǎng)各管段的流量，并確定水力匯交點的位置；若與匯交點相連的用戶即為全網(wǎng)的最不利用戶，則將干管上閥門全部打開即 可得到最優(yōu)工況，熱源1循環(huán)水泵所需的揚(yáng)程，在此基礎(chǔ)上計算得到的其

12、他熱 源供回水節(jié)點壓力差即是相應(yīng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程，執(zhí)行；否則，對某一熱源，根據(jù)流向確定它所帶用戶，包括該熱源只提供部分流量 的用戶，將這部分網(wǎng)絡(luò)從大網(wǎng)剝離成一單源網(wǎng)絡(luò)，但各管段保持原流量不變；根據(jù)單熱源枝狀網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度該循環(huán)泵的最小揚(yáng)程，并記錄匯交點的供回水 壓差；同樣得到其它各熱源的水泵揚(yáng)程及相應(yīng)的匯交點供回水壓差；判斷從各個分網(wǎng)絡(luò)得到的匯交點壓差是否一致，若不一致在壓差大的一側(cè)關(guān) 小閥門，消耗掉多余部分的壓差；至此，得到各循環(huán)泵的最小揚(yáng)程和十管上各閥門的狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)度過程結(jié)束。3. 2基于優(yōu)化調(diào)度分析的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法上面對優(yōu)化調(diào)度的基本算法進(jìn)行了介紹，所有討論都是針對一個工況的離 線分析。實際

13、運(yùn)行時可以基于這種優(yōu)化調(diào)度分析思想確定一套運(yùn)行調(diào)節(jié)的方法。 首先，在系統(tǒng)設(shè)計時通過對可能出現(xiàn)的工況進(jìn)行分析，得到干管上水力迸發(fā)交 點可能漂移的范圍，然后在適當(dāng)?shù)奈恢锰砑娱y門。通常只需在不同工況下水力 匯交點的極限位置附近添加一至兩個調(diào)節(jié)閥即可。整個水力系統(tǒng)的運(yùn)行一般分為三部分：各用戶的獨立閉環(huán)控制、各熱源循 環(huán)泵轉(zhuǎn)速的控制和干管上閥門調(diào)節(jié)。各用戶的獨立閉環(huán)控制可視工程實際選取 相應(yīng)末端的流量、壓差或供回水溫度作為被調(diào)量，但在系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行調(diào)節(jié)時 要注意各回路之間的相互耦合作用。各熱源循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的控制可選取各熱源供 熱范圍內(nèi)幾個可能的最不利末端的壓差作為被控參數(shù)。這里主要對十管上閥門的調(diào)整方法進(jìn)

14、行介紹。與前兩個環(huán)節(jié)不同的是，干管上閥門調(diào)整的目的主要是為了節(jié)省水泵電耗， 或者在某一熱源水泵壓頭不夠的情況下通過閥門的調(diào)整改善系統(tǒng)的水力工況， 因此它的調(diào)整不需要頻繁進(jìn)行，具體步驟如下：實時測量各站點的流量和熱源的流量，根據(jù)式3）計算整個網(wǎng)絡(luò)的實時流量 分布和水力匯交點的位置；若各站點的總體流量分布變化達(dá)到一設(shè)定量或水力匯交點位置發(fā)生較大偏 移，開始啟動干管閥門優(yōu)化調(diào)度過程；根據(jù)實測的各末端供回水壓力確定各熱源所供范圍的最小剩余壓頭，若存在 差值，關(guān)小最小剩余壓頭的小的一側(cè)離匯交點最近閥門使之消耗掉二者的差值;在這一過程中相應(yīng)地降低另一側(cè)熱源循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速；重復(fù)，步驟直到兩側(cè)用戶的最小剩余壓

15、頭相等。六、各個熱源熱負(fù)荷分配及調(diào)度熱源承擔(dān)熱負(fù)荷的能力受到熱源本身裝機(jī)容量的限制，同時受到熱網(wǎng)輸配 是否可及的限制。另外，不同熱源制備熱能的成本和輸送熱能的成本是不同的。 而且熱源制備熱能和輸送熱能的成本隨著所承擔(dān)的熱負(fù)荷而變化。主熱源一般 是熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電廠，其經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高。調(diào)峰熱源的運(yùn)行時間較少，熱 負(fù)荷增加超過某一范圍時調(diào)峰熱源投入，熱負(fù)荷低于某一范圍時調(diào)峰熱源退出。 燃煤調(diào)峰鍋爐房的供熱量調(diào)節(jié)及時性不好，它的投入和退出不很靈活，存在一 個熱負(fù)荷過渡區(qū)。對于燃煤鍋爐房，在小負(fù)荷時其運(yùn)行成本會相當(dāng)高，這是因 為鍋爐在小負(fù)荷時燃燒效率較低、固定資產(chǎn)分?jǐn)偙壤^高、資產(chǎn)利用率較低、 人工

16、成本較大，一般燃煤調(diào)峰鍋爐房的經(jīng)營都是虧損的。為了降低燃煤調(diào)峰鍋 爐房的成本，應(yīng)該保證調(diào)峰鍋爐房的供熱能力占總供熱能力的比例足夠大，多 臺鍋爐并聯(lián)，提高自動化程度。對于規(guī)模較小的燃煤鍋爐房，應(yīng)該采取摘網(wǎng)運(yùn) 行，就是部分熱用戶在嚴(yán)寒期從熱網(wǎng)中摘出來由鍋爐房單獨供熱。燃?xì)狻⑷加?調(diào)峰鍋爐房與燃煤調(diào)峰鍋爐房不同，投入退出靈活，便于作為調(diào)峰熱源。綜上 所述作為主熱源的熱電廠應(yīng)該優(yōu)先滿負(fù)荷運(yùn)行，大型燃煤鍋爐房的熱負(fù)荷達(dá)到 一定規(guī)模時投入，燃?xì)?、燃油鍋爐房可以隨時投入。國外的通常做法是，主熱源滿負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)峰熱源依次投運(yùn)，調(diào)峰熱源與主 熱源保持相同供熱溫度，按照最不利環(huán)路壓差調(diào)度調(diào)峰熱源的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速。我

17、國的熱源與熱網(wǎng)由兩家分管，供熱量與需熱量之間由于各個單位的本位利益， 存在著不協(xié)調(diào)因素。另外，我國的熱源供熱負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較差經(jīng)常存在供熱量 不足的問題，此時維持整個二次熱網(wǎng)的供回水平均溫度一致，達(dá)到均勻供熱是 第一位的。因此，我國供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的方法應(yīng)該有別于國外。我們 的調(diào)度方法是，按照各個熱源的熱負(fù)荷分配比例調(diào)度各個熱源的供熱量，同時 按照最不利環(huán)路的運(yùn)行工況（是一個綜合判據(jù)，而不是簡單的壓差）調(diào)整整個 供需關(guān)系，當(dāng)最不利環(huán)路供熱量不足時，按照不足比例同比例增大總供熱量， 反之減小；由于通過改變循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速比通過調(diào)整熱源鍋爐燃燒能力來改變供 水溫度要容易得多，因此我們盡可能使各個熱

18、源供水溫度保持一致的方法是通 過控制各個熱源的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，供熱溫度高時加大循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，供熱溫度低時 減小循環(huán)泵轉(zhuǎn)速。由于向各個熱源發(fā)送供熱量和供熱溫度的調(diào)度指令的實時性， 最好采用計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)。七、多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時一次熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)方法一次網(wǎng)的調(diào)節(jié)實質(zhì)是各個熱力站一次流量的調(diào)節(jié)，按照國外的做法，各個 熱力站按照室外溫度實現(xiàn)氣候補(bǔ)償即可。我國的單熱源與熱網(wǎng)供需匹配情況與 國外不同，我們經(jīng)常出現(xiàn)供熱量不足，若各個熱力站按照室外溫度進(jìn)行氣候補(bǔ) 償就必然存在爭搶供熱量的問題，造成不利環(huán)路不熱，而我國的供熱原則是盡 可能讓所有用戶享受同等的供熱待遇，因此一次網(wǎng)調(diào)節(jié)的主要目的是平衡調(diào)節(jié)。 考慮到各個熱力站換熱器選型面積和運(yùn)行工況的差異性，考慮到二次網(wǎng)循環(huán)水 量的差異性，不能簡單的將按照供熱負(fù)荷計算的一次流量作為一次網(wǎng)的平衡依 據(jù)。當(dāng)按面積收費時，用戶不主動進(jìn)行熱量的調(diào)節(jié)，由于供回水平均溫度與室 內(nèi)溫度具有一一對應(yīng)的關(guān)系，即各個熱力站供回水平均溫度一致就表明