多熱源聯(lián)網(wǎng)運行仿真模擬

許 征， 相克政， 胡靜洋

(1.青島能源設(shè)計研究院有限公司，山東青島266073；2.華電青島熱力有限公司，山東青島266034)

1 概述

與單熱源供熱系統(tǒng)相比，多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)可以提高供熱穩(wěn)定性，并可通過熱源優(yōu)化調(diào)度，提高供熱經(jīng)濟性、安全性，充分發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢,提高運行管理水平[1-3]。在實際運行中，隨著熱負荷變化，調(diào)節(jié)聯(lián)網(wǎng)熱源的投入順序及熱功率，提高運行效率，充分利用管網(wǎng)的輸送能力是多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)節(jié)能穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

青島市區(qū)現(xiàn)有熱源多為2000年以前建成，供熱系統(tǒng)普遍采用單熱源枝狀布置形式。自2017年，青島某供熱單位著手對有條件的5座熱源實施多熱源聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。以2015年末熱源供熱能力為現(xiàn)狀條件，在無新建熱源的條件下，采用多熱源聯(lián)網(wǎng)仿真模擬軟件計算分析多熱源聯(lián)網(wǎng)運行滿足2020年熱負荷的可行性。

2 項目概況

① 供熱能力及熱負荷

多熱源聯(lián)網(wǎng)運行涉及5座熱源，設(shè)計供、回水溫度均為130、70 ℃。其中，熱源E通過外購高溫水滿足供熱區(qū)域內(nèi)熱負荷，每個供暖期按熱量表計量結(jié)果進行貿(mào)易結(jié)算，設(shè)計熱流量為200 MW。2015年末、2020年末5座熱源的基本參數(shù)分別見表1、2。

由表1可知，截至2015年末，總熱負荷為810 MW，總供熱面積為1 746×104m2。熱源A、B剩余供熱能力分別為166、63 MW，熱源C～E已無剩余供熱能力。由表2可知，到2020年，熱源A新增熱負荷為52 MW，剩余供熱能力114 MW。熱源B新增熱負荷60 MW，熱源將接近滿負荷(剩余供熱能力為3 MW)。對于熱源C、D，雖然無新增熱負荷，但也無剩余供熱能力。熱源E新增熱負荷80 MW，外購熱量無法滿足新增熱負荷，缺口為80 MW。

綜合上述分析，考慮實施多熱源聯(lián)網(wǎng)運行，可調(diào)配熱源A、B的剩余供熱能力滿足熱源E的新增熱負荷，無需新建熱源，且剩余供熱能力37 MW。

表1 2015年末5座熱源的基本參數(shù)

表2 2020年末5座熱源的基本參數(shù)

② 2015年末熱網(wǎng)布置

2015年末各熱源及所在熱網(wǎng)分布見圖1。由圖1可知，這5座熱源所在熱網(wǎng)分布比較集中，有條件實施聯(lián)網(wǎng)運行。

圖1 2015年末各熱源及所在熱網(wǎng)分布

③ 熱負荷延續(xù)時間、熱負荷

2020年5座熱源供熱區(qū)域不同室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷見表3，最大熱負荷利用時間為2 302.09 h。

表3 2020年5座熱源供熱區(qū)域不同室外溫度對應(yīng)的熱負荷延續(xù)時間、熱負荷

3 多熱源聯(lián)網(wǎng)仿真模擬

3.1 仿真模擬方法

筆者采用多熱源聯(lián)網(wǎng)仿真模擬軟件Grades Heating進行聯(lián)網(wǎng)計算，該軟件可完成熱網(wǎng)水力、熱力工況的模擬與分析，模擬多熱源聯(lián)網(wǎng)調(diào)度等。計算原理為根據(jù)不同室外溫度下的熱負荷、熱網(wǎng)定壓壓力等計算各管段流量、壓差，從而獲得熱網(wǎng)各節(jié)點流量、壓力，進而確定不同室外溫度下的熱源實際熱功率以及循環(huán)泵實際揚程、流量等參數(shù)。

聯(lián)網(wǎng)運行熱源為熱源A～E，以2020年熱負荷為條件進行計算分析。具體模擬步驟如下：a.在Grades Heating軟件中插入由AutoCAD軟件導(dǎo)出的*.wmf圖形文件，建立熱源、熱力站模型，并通過管道模型連接。b.設(shè)置熱源供熱能力、熱力站負荷、管子規(guī)格，管段長度由軟件根據(jù)*.wmf圖形文件自動讀出。c.設(shè)定熱負荷延續(xù)時間圖，根據(jù)實際管網(wǎng)情況設(shè)置定壓點及定壓壓力。d.設(shè)定供回水溫差為60 ℃，選取軟件自帶的管道水力計算模型進行水力計算。e.軟件輸出不同室外溫度條件下的熱源實際熱功率及循環(huán)泵實際揚程、流量等。

熱源聯(lián)網(wǎng)后的熱網(wǎng)見圖2，聯(lián)網(wǎng)管段的規(guī)格為DN 600 mm。聯(lián)網(wǎng)后定壓點設(shè)在熱源B循環(huán)泵進口，定壓壓力設(shè)為400 kPa。根據(jù)2020年熱負荷延續(xù)時間及熱負荷(見表3)，將室外溫度劃分為4個區(qū)間，每個溫度區(qū)間的最低室外溫度盡量使得熱源滿負荷運行。定義室外溫度{t}=t/℃，則室外溫度區(qū)間1～4分別為：5≤{t}≤8，2≤{t}<5，-2≤{t}<2，-6≤{t}<-2。為充分利用熱源A、B的剩余供熱能力，并降低熱源E外購熱量，啟動順序設(shè)定為熱源A至熱源E。

圖2 熱源聯(lián)網(wǎng)運行后的熱網(wǎng)

3.2 仿真模擬結(jié)果

① 室外溫度區(qū)間1

在室外溫度區(qū)間1，啟用熱源A、B。室外溫度為5 ℃時，熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)見表4。

表4 室外溫度為5℃時各熱源的實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)

② 室外溫度區(qū)間2

在室外溫度區(qū)間2，啟用熱源A～C。室外溫度為2 ℃時，熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)見表5。

③ 室外溫度區(qū)間3

在室外溫度區(qū)間3，啟用熱源A～D。室外溫度為-2 ℃時，熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)見表6。

表5 室外溫度為2℃時熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)

表6 室外溫度為-2℃時熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)

④ 室外溫度區(qū)間4

在室外溫度區(qū)間4，啟用全部熱源。室外溫度為-6 ℃時，熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)見表7。

表7 室外溫度為-6℃時熱源實際熱功率及循環(huán)泵工作參數(shù)

4 結(jié)語

仿真模擬結(jié)果顯示，熱源A～E聯(lián)網(wǎng)運行可滿足2020年熱負荷需求。根據(jù)計算分析結(jié)果，可對熱源循環(huán)泵進行選型，以適應(yīng)不同室外溫度條件下的運行要求。熱源啟動順序設(shè)定為A～E，可有效利用熱源A、B的剩余供熱能力，降低熱源E外購熱量。