集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化方法研究

趙永臣+李曉光

【摘要】集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)中，質(zhì)調(diào)節(jié)管理簡單，操作方便，水力工況穩(wěn)定，但循環(huán)水量總保持不變，消耗電能較多。量調(diào)節(jié)雖然能節(jié)約大量能耗，但是隨著外溫升高，網(wǎng)路流量迅速減少，常使供暖系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的豎向熱量失調(diào)，且操作復(fù)雜，難以進(jìn)行管理。分階段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)綜合了質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，既較好的避免了垂直失調(diào)，又顯著的節(jié)省了電能。因此，針對目前集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀，本文將對集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化方式進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】集中供熱;管網(wǎng);優(yōu)化

Central heating pipe network optimization research regulator

Zhao Yong-chen，Li Xiao-guang

（Fushun Municipal Engineering Design Institute Co.， LtdFushunLiaoning113008）

【Abstract】Centralized regulation of the heating pipe network optimization run， the management of quality regulation is simple， easy to operate hydraulic condition is stable， but the cycle of water always remains the same power consumption more. The volume control can save a lot of energy， but as the outside temperature rises， the network traffic is rapidly reduced， often makes the heating system to produce a serious imbalance of the vertical heat and the operation is complex， difficult to manage. Phased change the flow of quality adjustment combines the advantages of quality adjustment and volume control， and both avoid the vertical imbalance， but also significant power savings. Therefore， for the central heating pipe network optimization， this paper will focus on the heating pipe network adjustment optimization study.

【Key words】Central heating;Pipe network;Optimization

隨著現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)濟(jì)的不斷提高和節(jié)約能源的迫切要求，供熱工程已經(jīng)成為熱能工程中的一個(gè)重要的組成部分，日益受到重視和發(fā)展。城市供熱系統(tǒng)也由分散的取暖爐逐步發(fā)展為區(qū)域鍋爐房、熱電聯(lián)產(chǎn)等大型集中供熱系統(tǒng)。對集中供熱管網(wǎng)而言，運(yùn)行參數(shù)是供熱運(yùn)行中重要的技術(shù)指標(biāo)，參數(shù)的合理性直接關(guān)系到供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及熱用戶的供熱質(zhì)量。從運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化入手，將運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化與熱網(wǎng)水力平衡和熱力平衡有機(jī)地結(jié)合起來，可以達(dá)到供熱節(jié)能的效果;另一方面，充分考慮熱網(wǎng)的供水溫度與流量變化的綜合影響，對熱網(wǎng)的供熱量及時(shí)而有效的調(diào)節(jié)是保證供熱質(zhì)量和效益的前提。

1. 供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化的現(xiàn)狀

集中供熱系統(tǒng)由三大部分組成：熱源、熱網(wǎng)和熱用戶。其目的在于維持室內(nèi)氣溫適合，使建筑物始終處于得熱與失熱的平衡狀態(tài)。其中熱網(wǎng)承擔(dān)著將熱源的熱量及時(shí)地輸送、分配給各個(gè)熱用戶的任務(wù)，起到連接二者的橋梁作用，是供熱系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，隨著我國城市集中供熱事業(yè)迅速發(fā)展，集中供熱系統(tǒng)供熱面積逐漸增大，管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，相應(yīng)地在供熱管網(wǎng)上面的投資也越來越大，熱網(wǎng)越來越顯示其重要性。供熱管網(wǎng)越來越多地走向人們的生活，熱電廠集中供熱和區(qū)域集中供熱急劇增加。我國城市供熱管網(wǎng)的特點(diǎn)是熱用戶分布區(qū)域廣、分支多，有些熱網(wǎng)為提高供熱可靠性和應(yīng)付供熱發(fā)展的不確定性，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就將熱網(wǎng)像市政給水管網(wǎng)一樣成網(wǎng)格狀布置，卻存在熱水力工況和控制復(fù)雜，網(wǎng)格狀管網(wǎng)投資非常高的問題。因此，我國城市 供熱管網(wǎng)仍然多為多條枝狀管網(wǎng)放射型布置。在現(xiàn)階段，部分城市集中供熱管網(wǎng)存在管道老化、腐蝕嚴(yán)重、技術(shù)落后、熱能浪費(fèi)、安全事故時(shí)有發(fā)生等問題，造成了不應(yīng)有的浪費(fèi)，影響了城市生產(chǎn)和生活秩序。因此，為了減少能源消耗、降低運(yùn)行費(fèi)用、提高運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，供熱管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行迫在眉睫。保證供熱質(zhì)量能否把生產(chǎn)的熱能，按熱網(wǎng)用戶需要進(jìn)行合理分配，這就要求熱網(wǎng)在設(shè)計(jì)中選擇最優(yōu)方案、進(jìn)而搞好城市的供熱問題。

目前，我國大部分地區(qū)供熱系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算仍然使用逐段計(jì)算的方法，該方法計(jì)算效率低，工作量大，適應(yīng)性差。由于計(jì)算量巨大、計(jì)算過程復(fù)雜，單純使用手算的方法已難于達(dá)到要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及管網(wǎng)計(jì)算理論和方法的不斷完善，使得我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決復(fù)雜管網(wǎng)的水力計(jì)算并快速選擇最優(yōu)調(diào)節(jié)方案成為可能。只有以準(zhǔn)確的水力計(jì)算為基礎(chǔ)，快速的對大型供熱管網(wǎng)進(jìn)行多方案擇優(yōu)、可靠性分析以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，才能適應(yīng)日益復(fù)雜的供熱管網(wǎng)運(yùn)行要求及發(fā)展。

對供熱管網(wǎng)而言，運(yùn)行參數(shù)是供熱運(yùn)行中重要的技術(shù)指標(biāo)，參數(shù)的合理性直接關(guān)系到供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及熱用戶的供熱質(zhì)量。從運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化入手，將運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化與熱網(wǎng)水力平衡和熱力平衡有機(jī)地結(jié)合起來，可以達(dá)到供熱節(jié)能的效果另一方面，充分考慮熱網(wǎng)的供水溫度與流量變化的綜合影響，對熱網(wǎng)的供熱量及時(shí)而有效的調(diào)節(jié)是保證供熱質(zhì)量和效益的前提。因此，研究供熱管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行方法是保證熱網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效手段和必需措施，也是提出本課題的現(xiàn)實(shí)意義。

2. 供熱管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方法

集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)需考慮它的技術(shù)性、初投資和運(yùn)行中的能量輸送損失這三個(gè)方面，對于一個(gè)布局已定的集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，存在著尋求這三個(gè)目標(biāo)綜合起來的優(yōu)化問題。然而，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和能量這三個(gè)目標(biāo)之間是矛盾的。追求高的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，將導(dǎo)致降低熱網(wǎng)運(yùn)行的能量目標(biāo)，如何將這三個(gè)目標(biāo)統(tǒng)一起來，形成一個(gè)綜合的目標(biāo)，是解決布局已定的樹狀熱網(wǎng)設(shè)計(jì)最優(yōu)化的關(guān)鍵問題。供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)是一項(xiàng)復(fù)雜細(xì)致理論性和專業(yè)性較強(qiáng)的工作，其目的是使熱用戶內(nèi)散熱器的放熱與熱用戶熱損失的變化相適應(yīng)，以確保熱用戶室內(nèi)溫度達(dá)標(biāo)，既節(jié)約能源，又保證供熱質(zhì)量。因此，有必要對集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析，逐步引中和發(fā)展，以解決熱網(wǎng)系統(tǒng)問題。在具體的設(shè)計(jì)集中供熱管網(wǎng)過程中可以從以下方面出發(fā)來優(yōu)化集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

2.1調(diào)節(jié)優(yōu)化。

初調(diào)節(jié)一般在供熱系統(tǒng)正式運(yùn)行前進(jìn)行，也可以在供熱系統(tǒng)運(yùn)行期間進(jìn)行。初調(diào)節(jié)的目的是將各個(gè)熱用戶的運(yùn)行流量調(diào)節(jié)至理想流量，即滿足熱用戶實(shí)際熱負(fù)荷需求的流量。只有保證了初調(diào)節(jié)的質(zhì)量，使實(shí)際流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量，才能保證對熱用戶持續(xù)穩(wěn)定的供熱，更有利于用戶端的調(diào)節(jié)。目前初調(diào)節(jié)的方法包括阻力系數(shù)法、預(yù)定計(jì)劃法等，但因?yàn)檎{(diào)節(jié)工作量大，一般很難在實(shí)際中得到運(yùn)用。隨著各種平衡閥以及智能儀表的開發(fā)應(yīng)用，為解決實(shí)際運(yùn)行工況下的失調(diào)問題，又陸續(xù)提出了多種初調(diào)節(jié)方法，如比例法、補(bǔ)償法、模擬分析法、模擬阻力法、溫度調(diào)節(jié)法等等，這些方法在實(shí)際供熱系統(tǒng)中都得到了不同程度的應(yīng)用。

2.2參數(shù)優(yōu)化。

二次網(wǎng)供、回水壓差要滿足克服系統(tǒng)阻力的要求，由于循環(huán)泵消耗功率與介質(zhì)體積流量的三次方成正比，因此在考慮二次網(wǎng)供回水壓差時(shí)應(yīng)優(yōu)先確定系統(tǒng)合理的體積流量，以降低運(yùn)行電耗;二次網(wǎng)定壓壓力應(yīng)保證運(yùn)行時(shí)最不利端充滿水，并能將氣排凈，具體確定時(shí)要考慮以下四個(gè)方面的因素：熱力站供熱半徑、熱網(wǎng)最高點(diǎn)高度、供熱運(yùn)行方式以及系統(tǒng)阻力;二次網(wǎng)熱力站一般采用變頻補(bǔ)給水泵定壓，定壓點(diǎn)可設(shè)在供熱系統(tǒng)總回水管上或補(bǔ)給水泵出口總管上，以保證定壓壓力的合理確定。

2.3多熱源聯(lián)網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化。

供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行可以提高系統(tǒng)的可靠性以及不同形式熱源合理匹配帶來的熱源運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等，但在具體的運(yùn)行調(diào)度時(shí)還應(yīng)注意以下問題：

（1）各個(gè)熱源熱負(fù)荷的分配。

熱源承擔(dān)熱負(fù)荷的能力受到熱源本身容量的限制，同時(shí)受到熱網(wǎng)輸配是否可及的限制。另外，不同熱源制備熱能和輸送熱能的成本隨承擔(dān)的負(fù)荷而變化，在實(shí)際操作中還要考慮不同熱源的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性等。因此，主熱源應(yīng)為熱電廠，目_滿負(fù)荷運(yùn)行;次熱源為區(qū)域鍋爐房，在熱負(fù)荷達(dá)到一定規(guī)模時(shí)投入;燃?xì)?、燃油鍋爐房作為調(diào)峰熱源可以隨時(shí)投入。

（2）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，因此供熱過程中首先考慮維持整個(gè)二次網(wǎng)的供、回水平均溫度一致，實(shí)現(xiàn)均勻供熱。具體的調(diào)度方法是：按照各個(gè)熱源的熱負(fù)荷分配比例調(diào)度各個(gè)熱源的供熱量，同時(shí)按照最不利環(huán)路的運(yùn)行工況調(diào)整整個(gè)供需關(guān)系，控制各個(gè)熱源處循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，使各個(gè)熱源的供水溫度保持一致。

（3）熱網(wǎng)水力工況的調(diào)整。

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;此外，輸配系統(tǒng)本身的動(dòng)力消耗于分巨大，水力工況的優(yōu)化調(diào)度可以盡可能的減少這部分能量消耗。因此，需要對多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行水力工況模擬分析，計(jì)算出水力會交點(diǎn)的位置、熱網(wǎng)的壓力和流量分布、各熱源循環(huán)水泵的運(yùn)行工況和耗電量等等，以便于及時(shí)調(diào)整水力工況，指導(dǎo)多熱源的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度。

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