多热源联网供热系统的应用性研究

多热源联网供热系统的应用性研究天津市津安热电有限公司郭磊宏雷春鸣王永胡少江杨洪健摘要：本文对多热源供热系统应该注意的几个问题进行了分析，并以天津市某热电公司为例，阐述其管网运行现状和遇到的问题，并着重从调峰热源设置、热负荷分配、运行和调解方案几个方面出发，对此多热源联网供热系统做了应用性方案研究，得出多热源联网供热的可行性及其优越性。关键词：多热源联网调峰运行调节1、引言随着供热行业的快速发展，很多企业的供热面积都达到了上千万甚至上亿平方米，所以供热系统的安全稳定和高效节能成为社会广泛关注的问题。很多热力公司都采用环状管网系统以及在管网干线的适当位置增加关断阀门等措施提高热力管网稳定性，而多热源联网供热方式则更能实现节能、安全的目标。集中供热系统的热负荷主要随室外温度线性变化，根据室外温度的变化规律一般将供热期划为供热初期、严寒期和供热末期三个阶段，其中大部分时间运行在基本负荷下，只有一个月左右的时间即严寒期在尖峰负荷下运行。因此大型集中供热系统都普遍采用设置调峰热源来辅助供热。这种对于室外温度较低，热负荷不足部分，采用其它方式补充高峰负荷的方式就是调峰。虽然尖峰负荷全年的运行时间少，但它的小时热负荷值却很大，一般要占到设计热负荷（即最大热负荷）的20~50%左右。此外，当主热源或个别峰荷热源出现故障时，可启动其它峰荷热源以补偿供热量的不足。所以带有调峰的多热源供热系统是供热行业今后发展方向。2、多热源联网供热运行注意的几个问题2.1调峰热源设置的原则1．对于有多座峰荷热源的联合供热系统，首先应启用热效率最高或离基本热源最远的峰荷热源。当热负荷进一步增大，现有供热能力不足时，再启用其余峰荷热源。调峰热源的个数不宜过多，容量不宜过小。调峰热源的位置尽量远离主热源，在负荷比较集中的位置，并且相对主热源大体均匀分布，以利于管网调节。2．对联合供热系统进行网路水力计算时，应分析各个热源的投入顺序和状况，对不同运行工况分别进行水力计算。如对管网中循环水泵的流量和扬程进行校核计算，进行输配管网的可行性分析计算。3.多热源及环形网的优化调度需在干管或环上的适当位置设置调节阀门来调整各热源的匹配，达到运行工况稳定和最优。例如对于多热源环形网而言，在干管上设置并调小或关闭调节阀，不仅不会降低管网的输送能力，反而可以提高输送能力，改善系统的水力工况。2.2热化系数的合理选择在一个多热源联合供热系统中，热化系数a等于热电厂最大供热能力与系统设计热负荷的比值，所以合理的热化系数不但可以使热电厂达到最佳经济效益，而且可在主热源出现故障情况下，调峰热源承担热用户的部分热负荷，起到备用热源的作用，进而提高热网系统的供热可靠性。目前从我国的情况来看，以采暖供热负荷为主的热化系数应保持在0.5~0.7之间为合理。调峰系数的设置受初投资和年运行费用的双重制约。在设有调峰热源的供热系统中，在热负荷一定的条件下，不同配置方案有不同的合理的热化系数值，选取其中的最优数值来确定调峰锅炉房的容量，从而进一步确定调峰锅炉单台容量，同时也就确定了调峰锅炉的台数。2.3多热源联网运行的补水定压问题因为多热源联网系统中存在多个补水和定压点，所以多点补水、多点定压以及水力工况特性是联网运行的重点，如果没有合理准确的设定此项工作，则会大大降低运行效率，甚至系统出现倒空、串气等安全隐患。假设基本热源将定压值确定在热源出口回水压力的高度上，当调峰热源回水压力高于此定压值，则调峰热源的补水装置不能对系统补水。反之，若将定压点设在调峰热源处，则基本热源补水点压力升高，基本热源停止补水。所以当联网运行时定压点只有一处是有效的，其它均应处于关闭状态，但仅设一处补水定压点又易出现补水能力不足的问题。所以，多热源联网运行应根据实际情况和技术经济原则确定定压点位置，由于供暖初期只有基本热源运行，因此一般应在基本热源处应设定压装置，将其余调峰补水定压点改为只补水、不定压便可解决上述问题。2.4管网水压图的绘制一般供暖始末期由基本热源供热，随着室外温度的降低，增加的负荷由调峰热源补充，普遍执行统一的温度调节曲线，并采用量调节的方式。流量调节会不同程度的影响水力工况，所以一切的调节必须首先保证系统的安全压力。此外，如果调峰热源供水温度与基本热源不一致，则热源间水力交汇点附近的用户水温波动很大，无法保证正常供热，所以水力工况点尽量离换热站远些。对于多热源系统，应按热源投产顺序绘制每个热源满负荷运行时的主干线水压图及事故工况水压图。由于联网运行是变流量调节，因此在水力工况分析前，要制定运行水温调节曲线。根据室外温度下的供回水温度和负荷变化情况得出流量变化数据，特别是不同热源投入时的数据，这样才能绘制相应的水压图。2.5热源循环泵的选型热源循环泵选型要遵循以下原则:首先，在多热源供热系统中，热源循环泵宜选用变频泵，不但调节灵活方便，还能有效降低运行能耗。但由于受热源规模的约束，流量调节往往依靠调峰热源增、减循环泵的台数，这样调峰热源的热费成本会更高，可从某一主热源的多台循环泵中选择一台做调速变频泵，既可以保证流量调节又能节约能源。其次，各热源循环泵的扬程应基本一致，流量应根据各热源负荷确定。热电厂的循环泵应能满足供热初期和末期的流量，燃气锅炉房的循环泵除应能满足满负荷调峰时的流量之外，还应满足在热电厂事故状态下的热网最低流量。2.6多热源运行方式目前有串联运行、切断运行和并联运行三种方式，在此主要讨论常见的并联运行和切断运行。1.并联运行，在热负荷高峰期主热源供水和调峰热源供出的热水混合后同时送往外网用户。所以并网运行中各热源的温度调节步骤应保持一致，该运行方式相当于分阶段变流量质调节运行。调峰热源位置仍以热网前部靠近热源端为宜。2.切断运行，在热负荷高峰期把调峰热源连同其供热范围内的用户一起与主干线切断而自成体系，进而减少了基本热源的热负荷。当调峰热源距主热源较远或几个调峰热源比较分散时，宜采用切断运行的连接方式。即调峰热源只单独对某一部分用户供热，平峰时全部用户热量均由主热源提供；高峰期则把全部用户中的某一部分与主热源切断，由调峰热源单独对其供热。最大缺点是多热源互补的优势没有得以充分发挥。3．某供热公司的热源现状、发展需求以及存在问题天津市某热电公司供热规模约2162万平方米，最大供热管径为DN1200，一次管网总长度480余公里，换热站442余座，为16万户居民和公建用户提供供热服务。其热源杨柳青热电厂供热设计能力为1232MW，除三期向杨柳青镇供热35MW，其余1197MW输向中心城区。电厂原设计总流量13244T/H，经首站改造后总流量提升至17000T/H。其中通往此热电公司承担的市区负荷最大实现流量约14000T/H，2012~2013采暖季运行参数已达到13200T/H，尖峰负荷达到798MW。另一路通向杨柳青镇负荷流量约在3000T/H，管网总输出流量已接近上限。由于电厂设备和供热管网老化，考虑到安全运行等因素，电厂实际运行最大供回水温度120℃/60℃，达不到原设计的150℃/70℃，市区最大供给流量14000T/H，即此供热公司实际最大对外供热能力976MW。十二五末期预计供热规模面积达到3600万㎡，其中新开负荷约428万㎡，并网锅炉房16座，约1010万㎡。实际供热建筑面积约3060万㎡，届时总负荷达到1530MW，仍差554MW的供热能力缺口。所以热源供热能力日益紧缺的问题严重影响公司发展，设置调峰锅炉房，形成多热源联网系统是解决公司燃眉之急的有效措施。4.某公司管网热负荷现状分析及调峰运行方案4.1现状分析此公司采用质调节的运行方式，供回水温度随室外温度做相应调度调整，2012~2013采暖季实际运行参数见下图1。图1在对多热源的负荷分配进行分析时，首先应根据当地不同室外温度下相应延续小时数的气温资料来绘制热负荷延续时间图。最常用的方法是采用无因次综合公式数学方法来表示采暖热负荷延续时间图。如图2所示。它可在无需详尽气象资料的情况下，仅知道几个参数就能绘制出年采暖热负荷延续曲线。图2热负荷延续时间图的数学表达式为：....................................5(1).......................5jPbonjPQNRQNNQ或1....................................51.......................5PbonPNRNNQ式中N………………………….延续天数，即采暖季内室外平均温度等于或低于wt下的历年平均天数pN………………………….采暖期总天数o,b,………………….无因次数..5wjonwjttt...5pjpjwjtbtt5ppNNnR………………………….无因次延续天数,55npNRNnt………………………….室内保持温度，取18℃wt………………………….室外某一温度.wjt………………………..采暖室外计算温度,取-9℃.pjt…………………………采暖期室外平均温度,天津地区取-1.5℃Q…………………………采暖相对热负荷.nwjnwjQttQQttQ…………………………某一室外温度wt下的采暖热负荷,jQ……………………….采暖设计热负荷根据以上公式和天津市气象资料以及此热电公司的实际运行情况可得出以下值：pN=134o=0.52b=0.62=1.04可由公式115(5)()bPoaNN燃气调峰锅炉房投入运行延续时间为77天，具体热网负荷的延续天数见下表1。表1室外计算温度(℃)室外计算温度段(℃)该温度段下的天数(d)累计延续时间(d)相对热负荷比现状采暖热负荷（MW）十二五末最大采暖热负荷（MW）-9-95519001530-8-9~-8270.963866.71473.4-7-8~-74110.926833.41416.8-6-7~-65160.889800.11360.2-5-6~-56220.852766.81303.6-4-5~-47290.815733.51247.0-3-4~-39380.778700.21190.3-2-3~-29470.741666.91133.7-1-2~-110570.704633.61077.10-1~011680.667600.31020.510~112800.630567963.921~212920.593533.7907.332~3131050.556500.4850.743~4141190.519467.1794.154151340.481432.9735.9注：现状采暖热负荷按照1800万㎡计算，十二五末最大采暖热负荷按照3060万㎡计算当主热源达到最大供热能力，也就是整个采暖系统的相对负荷Q等于该系统热化系数a=976/1530=0.638时，即根据表1易算出当室外温度降到0.8℃时，调峰热源开始顺次投入。天津市2012~2013采暖季实际天气情况如图3所示。图3无因次计算负荷延续时间和实际气象天数对比如表2，此处以采暖期室外平均温度为准，以此来校正无因次延续时间数据的准确性。表2室外计算温度室外计算温度段计算该温度段下的天数计算累计延续天数实际阶段气象天数实际气象延续天数-9-95511-8-9~-82712-7-8~-741124-6-7~-651659-5-6~-56221019-4-5~-4729726-3-4~-39381137-2-3~-29471653-1-2~-110579620-1~01168137510~1128088321~2129289132~31310549543~4141198103541513431134图4图5根据图4易看出，无因次公式计算出的阶段温度天数，从极冷温度到5℃成稳步递增状。实际气象参数显示阶段温度相应的延续天数差异较大，尤其表现在实际天气-2℃左右持续天数长，3℃左右持续天数短，4度以上气温持续天数较长。但从图5可看出采暖期延续天数对比图显示这两种方法整体趋势基本一致，