城市大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行管網(wǎng)布置方案及水力工況比較

康 立 恒

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

1 概述

現(xiàn)階段，城市集中供熱采暖中采取大型熱源聯(lián)網(wǎng)的方式逐漸的被應(yīng)用，且獲得了良好的效果。通過大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行，能夠使城市集中供熱采暖系統(tǒng)運行更加的具有安全性，并且也可以明顯地減少供熱采暖系統(tǒng)中的能量消耗。我國很多城市都已采用了區(qū)域性的熱源聯(lián)網(wǎng)模式，不過在城市的集中供熱采暖的系統(tǒng)中，完全達到大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行要求與標準的卻非常少。而在大型熱源聯(lián)網(wǎng)模式應(yīng)用于城市集中供熱采暖時，解決供熱系統(tǒng)中管網(wǎng)水力工況問題尤為重要，同時也決定著集中供熱采暖系統(tǒng)是否適宜采取大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的方式。

2 影響大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的因素和問題

2.1 存在的制約因素分析

1)目前，國內(nèi)對于城市集中供熱采暖有明確的標準與規(guī)范，其中規(guī)定了我國集中供熱采暖系統(tǒng)管網(wǎng)所包含的工作范圍應(yīng)當在10 km之內(nèi)。但是，現(xiàn)階段國內(nèi)處于城市化進程加快發(fā)展的時期，多數(shù)城市的市區(qū)直徑范圍均超過了10 km，并且?guī)缀鯖]有城市在其中心位置來建設(shè)相對大的熱源，所以出現(xiàn)了城市中大型熱源無法實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的局勢。

2)在進行大型熱源聯(lián)網(wǎng)時，采用何種模式來完成大型熱源之間的互聯(lián)，同時當大型熱源實現(xiàn)互聯(lián)之后，怎樣對系統(tǒng)的運行進行調(diào)度，依然未得到相對全面、系統(tǒng)的研究，在現(xiàn)實的操作中還沒有合適的理論參考。

3)個別的城市在極力的推動大型熱源聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，不過當聯(lián)網(wǎng)運行時，整個供熱系統(tǒng)在設(shè)計方面、運行過程以及調(diào)度調(diào)節(jié)等均具有非常大的復雜性及難度，因此也使得大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的模式很難廣泛的應(yīng)用。

4)采取大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的模式，特別是涉及到供熱距離相對長的供熱采暖系統(tǒng)，在系統(tǒng)的營運過程中是否真的具有較好的經(jīng)濟效益，目前未給出非?？隙ǖ拇鸢浮?/p>

2.2 存在的關(guān)鍵問題

現(xiàn)在全球范圍內(nèi)，有很多的國家和地區(qū)其供熱系統(tǒng)所包含的供熱范圍均要較10 km大很多，而且其供熱系統(tǒng)的供熱品質(zhì)也未由于供熱范圍較大而被嚴重影響。究其原因是由于這些城市所采用的供熱技術(shù)與工藝相對先進，具有較高的自動控制水平，而且供熱系統(tǒng)的管理與調(diào)控相對科學，還有最重要的是由于這些地區(qū)的城市集中供熱采暖特征所決定的。在一些發(fā)達國家，城市通常不會特別大，所以雖然供熱管網(wǎng)的干線距離相對長，不過其二次管網(wǎng)所涉及的范圍相對來說不太大。而對國內(nèi)城市來說，通常熱電廠以及大型熱源基本上均是處于城市建成區(qū)的周邊位置，而供熱系統(tǒng)供熱的管網(wǎng)主干線由熱源輸出后，在較短的距離內(nèi)將出現(xiàn)二次管網(wǎng)的接入，而后面的幾千米范圍之內(nèi)，一樣也會密布著二次管網(wǎng)。也就是說供熱網(wǎng)絡(luò)就是一個輸配管網(wǎng)，這就使供熱系統(tǒng)的輸入能力變差。

對于供熱系統(tǒng)來說，評價其運行狀態(tài)的最關(guān)鍵指標是用戶所接受的供熱品質(zhì)，而通過對國內(nèi)和國外城市集中供熱采暖系統(tǒng)中熱源前端用戶和熱源末端用戶供熱管道壓頭差值對比可知：雖然國內(nèi)城市集中供熱系統(tǒng)所包含的供熱距離不長，同時也配備了相應(yīng)的調(diào)節(jié)泵，但是所存在的壓頭差值依然較發(fā)達國家城市供熱系統(tǒng)的壓頭差值要大很多。也就表明，國內(nèi)的供熱系統(tǒng)管網(wǎng)所涉及的范圍大，導致熱網(wǎng)水力平衡相對較差，所以也易導致供熱管網(wǎng)出現(xiàn)熱力失調(diào)問題，這一問題也是國內(nèi)城市供熱距離無法實現(xiàn)較長目標的根本原因。經(jīng)分析，如果供熱距離為10 km，并且未加設(shè)調(diào)節(jié)泵設(shè)備，供熱源前端用戶和熱源末端用戶管道壓頭差值為10 m H2O左右。而通過控制閥門開度的方法進行調(diào)控，幾乎達不到效果，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)較為嚴重的水力以及熱力失調(diào)問題，嚴重時將會發(fā)生熱水短路的問題。所以，從嚴格意義上講，我國所規(guī)定的供熱距離為10 km，指的是輸配管網(wǎng)的距離值，并沒有包含有輸送干線的距離。因此，如果要實施大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行，就應(yīng)當解決好供熱管網(wǎng)節(jié)點位置的水力平衡。

3 大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的方案比較

我們以某城市為例，來對大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行實施方案比較。該城市中所涉及的供熱范圍是1 350萬m2，擁有大型熱源為3個，其中熱電廠在該市的東部地區(qū)，代號為R1。熱水鍋爐房共有2個，分別在城市東北位置和東南位置，代號分別為R2與R3，這三個大型熱源幾乎擔負著整個城市的供熱負荷。我們采用兩種熱源聯(lián)網(wǎng)運行布置方案來對比。

3.1 關(guān)聯(lián)環(huán)狀供熱管網(wǎng)布置方案

在此方案中，供熱管網(wǎng)的管道主干線呈現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而且管徑保持一致，是固定值。將所有的熱源熱量均輸送到此環(huán)網(wǎng)中。而用戶則由供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)所具有的壓力差值獲得相應(yīng)的流量。通過該方案，可以有效的解決好管網(wǎng)聯(lián)絡(luò)管管徑偏小的問題，也可以解決官管聯(lián)絡(luò)管通道系數(shù)不高的問題。

3.2 串聯(lián)熱源供熱管網(wǎng)布置方案

在供熱系統(tǒng)中，供水先經(jīng)提供熱量最多的R1輸出，并流向R2，在R2周圍的用戶將供水截止，此段內(nèi)的供熱管道管徑不斷的減小，回水則由R1周圍的用戶為起始并流向R2，回水管網(wǎng)管徑不斷的增加。同時R2向R3方向供水，相應(yīng)的回水流至R3，R3向R1供水，相應(yīng)的回水最終再流向R1。采用這種形式，供熱管網(wǎng)中的所有大型熱源經(jīng)由他們之間的加熱水、回水等而串聯(lián)在一起，從而形成了串聯(lián)熱源供熱管網(wǎng)。

4 大型熱源聯(lián)網(wǎng)運行的水力工況對比

4.1 并聯(lián)環(huán)狀供熱管網(wǎng)方案水力工況

在此方案中，管網(wǎng)的水力工況實際運行時，調(diào)試將極為的困難和復雜。要是想確保此方案下供熱系統(tǒng)可以正常的運行，管網(wǎng)的水壓應(yīng)當控制在相對窄的范圍內(nèi)，且需要較為的穩(wěn)定。并且，每一滯止點處均是依照熱源的供熱情況以及用戶使用熱量情況進行確定的，并不是管網(wǎng)中水力工況自行進行確定的。所以，系統(tǒng)的運行過程如果想達到水壓要求，會較為不易。

1)系統(tǒng)運行時，滯止點幾乎不可能與設(shè)計值一致，要經(jīng)過極為繁雜計算與系統(tǒng)調(diào)控，如若不然必將導致系統(tǒng)的熱力出現(xiàn)失衡問題。

2)在對系統(tǒng)的調(diào)控過程中，需調(diào)控閥門開度、動水壓頭以及熱網(wǎng)節(jié)點的靜水壓頭。然而，供熱系統(tǒng)中的靜水壓頭通常要經(jīng)過對膨脹水箱以及補水泵等裝置進行調(diào)控操作，具有較大的難度。

3)系統(tǒng)調(diào)控過程中，滯止點也會隨系統(tǒng)運行而出現(xiàn)一定的變化，還需再次進行調(diào)解。

4)如果用戶的狀況出現(xiàn)波動，滯止點同樣也會出現(xiàn)波動，必須再次進行調(diào)節(jié)。所以，此方案下水力工況相對不優(yōu)良，不具備較強的可操控性。

4.2 串聯(lián)熱源供熱管網(wǎng)水力工況分析

建筑物中的采暖系統(tǒng)通常會利用“同程式”管網(wǎng)設(shè)計來改善供熱系統(tǒng)的水力工況，不過這一管網(wǎng)設(shè)計模式卻未曾被城市集中供熱采暖所使用。這是由于供熱系統(tǒng)大多為單一的熱源，要實現(xiàn)“同程式”管網(wǎng)設(shè)計會使系統(tǒng)的管道長度多一半以上，同時還會引起管網(wǎng)阻力的大幅提升。不過，要是在串聯(lián)熱源供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，“同程式”管網(wǎng)設(shè)計對管網(wǎng)的阻力沒有較大的影響。和“異程式”相比而言，通?！巴淌健笨梢允构芫W(wǎng)節(jié)點位置的自平衡性能更加優(yōu)良。在采取串聯(lián)熱源供熱管網(wǎng)方案時，雖然R1～R2以及R2～R3熱源的間距超過了10 km，不過僅僅需要加設(shè)一級調(diào)水泵就能夠讓系統(tǒng)的供水壓力值維持在相對穩(wěn)定與適宜的區(qū)間，同時也能保證不同用戶的壓頭值相對一致，從而基本上不會出現(xiàn)水力失調(diào)問題，也給多熱源聯(lián)網(wǎng)運行提供了基礎(chǔ)保障。

5 結(jié)語

采取串聯(lián)熱源“同程式”供熱運行，雖然存在一些不完善之處，還應(yīng)當不斷地健全。不過，該方案所具有的優(yōu)點也較為顯著，可以有效的處理好供熱系統(tǒng)水力以及熱力失調(diào)的問題，同時也證明了采取大型多熱源聯(lián)網(wǎng)運行具有可行性。