大慶乘銀集中供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化運行研究

潘澤鋒 王永存 （大慶油田技術監(jiān)督中心）

多熱源聯(lián)網(wǎng)技術是國外供熱先進國家為節(jié)約能源、降低系統(tǒng)運行成本、提高經(jīng)濟效益，在綜合運用水泵調(diào)速技術和控制技術的基礎上發(fā)展起來的一項先進的熱水管網(wǎng)運行技術[1]。大慶油田乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)主要負責東湖、乘風、測井、銀浪、創(chuàng)業(yè)城、 八百坰地區(qū)供暖任務， 總供暖面積1 375.25×104m2。區(qū)域內(nèi)有宏偉熱電廠、乘風燃氣鍋爐房、銀浪燃煤鍋爐房、八百坰燃煤鍋爐房4座熱源和89 座熱力站。4 座熱源聯(lián)網(wǎng)供熱前，特別是供熱初末期階段，各熱源未能達到滿負荷運行，鍋爐低負荷運行時效率較低。這不僅造成了能源的嚴重浪費，而且熱源的低效率運行也大大降低了集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性[2]。

原大慶油田礦區(qū)服務事業(yè)部通過對乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)各個熱源和熱網(wǎng)進行規(guī)劃整合，建立了“大熱源、大聯(lián)網(wǎng)、大調(diào)度”供熱運行體系，4 座熱源聯(lián)網(wǎng)運行增強了各熱源的互補性和經(jīng)濟性[3]。

1 熱源情況

乘銀集中供熱系統(tǒng)主要有宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房、銀浪燃煤鍋爐房和乘風燃氣鍋爐房4座熱源聯(lián)網(wǎng)運行。

1） 宏偉熱電廠一期工程負責向乘銀網(wǎng)供熱，設計供熱能力360 MW，最大平穩(wěn)供熱能力為320 MW（1 150 GJ/h）。受系統(tǒng)壓力制約，運行高峰期可提供305 MW（1 100 GJ/h）供熱負荷。

2）八百坰燃煤鍋爐房現(xiàn)有5 臺29 MW 熱水鍋爐，設計總供熱能力145 MW，最高可提供130 MW運行負荷。

3） 銀浪燃煤鍋爐房現(xiàn)有4 臺58 MW 熱水鍋爐，設計總供熱能力232 MW，最高可提供220 MW運行負荷。

4） 乘風燃氣鍋爐房現(xiàn)有5 臺70 MW 熱水鍋爐，設計總供熱能力350 MW，最高可提供350 MW運行負荷。

乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)4 座熱源聯(lián)網(wǎng)后，形成了以宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房為主熱源，乘風燃氣鍋爐房、銀浪燃煤鍋爐房為調(diào)峰熱源的四熱源聯(lián)網(wǎng)集中供熱系統(tǒng)，整網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)和枝狀網(wǎng)相結(jié)合，一級管網(wǎng)143 km，最大供暖半徑23.88 km。其中，宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房、乘風燃氣鍋爐房三熱源為環(huán)網(wǎng)布局，八百坰燃煤鍋爐房為枝狀網(wǎng)結(jié)構。銀浪燃煤鍋爐房與八百坰燃煤鍋爐房通過DN500 mm管線相連，實現(xiàn)乘銀地區(qū)與八百坰地區(qū)聯(lián)網(wǎng)運行。

2 聯(lián)網(wǎng)運行方案的制定及調(diào)節(jié)

多熱源運行調(diào)節(jié)時，合理地安排熱效率高的熱源先投入運行，調(diào)節(jié)各熱源及熱力站工況，從而滿足熱用戶用熱需求，提高整個供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性，是運行調(diào)節(jié)工作的關鍵[4-7]。

2.1 用熱負荷確定

對供熱系統(tǒng)內(nèi)用熱設施進行系統(tǒng)普查，以理論熱指標為基礎，綜合考慮墻體保溫、高層建筑、散熱器形式等因素，確定供熱區(qū)域內(nèi)綜合熱指標和熱負荷。乘銀集中供熱系統(tǒng)各地區(qū)用熱負荷統(tǒng)計見表1。

表1 乘銀集中供熱系統(tǒng)用熱負荷統(tǒng)計Tab.1 Heat load of Chengyin central heating system

2.2 基本原則

1）熱源擇優(yōu)投運、全網(wǎng)集中調(diào)控原則。主熱源承擔基本熱負荷，并在整個運行期間，力爭全時滿負荷運行。無論是主熱源，還是調(diào)峰熱源，凡是成本低、能耗少、效率高的應優(yōu)先投運，并盡可能地延長其運行時間，以提高其經(jīng)濟性[8]。綜合考慮系統(tǒng)水力工況、熱源熱效率等因素，確定了優(yōu)先宏偉熱電廠熱源，其次燃氣熱源，最后燃煤熱源的擇優(yōu)梯次投運思路。各熱源負荷分配及全網(wǎng)水力、熱力工況調(diào)整由集中供熱指揮中心結(jié)合各階段熱源鍋爐房啟運情況，統(tǒng)一分配各熱源啟運負荷，實行全網(wǎng)集中調(diào)控。

2）質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)、回水定溫控制原則。供熱初末期以宏偉熱電廠作為系統(tǒng)運行的基礎熱源，對管網(wǎng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式。隨著整網(wǎng)運行流量不斷增加，各熱源供、回水壓力相應升高，突出表現(xiàn)在宏偉熱電廠一級網(wǎng)供水壓力超出安全范圍[9-11]。因此，在供熱高峰期，保證各熱源供水溫度一致，根據(jù)管網(wǎng)所需負荷匹配運行流量，采用熱量調(diào)節(jié)方式。同時，根據(jù)各熱力站負荷需求，分別制定各熱力站室外溫度與回水溫度對照運行表，采用回水定溫控制方式。

2.3 聯(lián)網(wǎng)方案的制訂及實施

根據(jù)供熱系統(tǒng)水力工況、熱力工況和熱源供熱參數(shù)，將乘銀集中供熱系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)分為供熱初末期、供熱中期和供熱高峰期3 個階段，乘銀集中供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)3 階段運行負荷見表2。

表2 乘銀集中供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)3 階段運行負荷Tab.2 No.3 operating load of operating regulation for Chengyin central heating system

1）供熱初末期。當室外日平均溫度為1～5 ℃時，以宏偉熱電廠作為系統(tǒng)運行的基礎熱源，實施宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房的雙熱源運行模式。由于八百坰南線地區(qū)是距宏偉熱電廠的最遠端，由八百坰燃煤鍋爐房兼顧其供暖工作，即由宏偉熱電廠承擔乘銀地區(qū)、創(chuàng)業(yè)城地區(qū)和八百坰北線7 座熱力站供暖負荷；八百坰燃煤鍋爐房承擔八百坰南線8 座熱力站和北線4 座熱力站供暖負荷。

2） 供熱中期。當室外日平均溫度降至0 ℃時，宏偉熱電廠已達到最高負荷（1 150 GJ/h） 輸出，此時啟運乘風燃氣鍋爐房補充系統(tǒng)需求負荷，實施宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房、乘風燃氣鍋爐房的三熱源運行模式。乘風燃氣鍋爐房隨室外平均溫度降低相應提高負荷輸出，最終由宏偉熱電廠承擔乘銀地區(qū)和八百坰北線7 座熱力站供暖負荷；八百坰燃煤鍋爐房承擔八百坰南線8 座熱力站和北線2 座熱力站供暖負荷；乘風燃氣鍋爐房承擔創(chuàng)業(yè)城地區(qū)和二廠高層地區(qū)供暖負荷。

3）供熱高峰期。當室外日平均溫度降至-12 ℃時，乘風燃氣鍋爐房已達到最高負荷輸出，此時啟運銀浪燃煤鍋爐房補充系統(tǒng)需求負荷。銀浪燃煤鍋爐房隨著室外溫度變化調(diào)整負荷輸出，保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)。由于銀浪燃煤鍋爐房在高峰時期需啟用4臺鍋爐，而在乘銀供熱系統(tǒng)與八百坰供熱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行后，供熱高峰期宏偉熱電廠供水壓力1.25 MPa，供水溫度109 ℃，均已達到系統(tǒng)安全運行上限；且系統(tǒng)供熱負荷需求及一級網(wǎng)循環(huán)流量不斷增加，尤其在供暖高峰期時，宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房和乘風燃氣鍋爐房均高負荷運行，全網(wǎng)流量可達18 150 m3/h，水力交匯點壓差增大，導致宏偉熱源處供水壓力升高，嚴重影響宏偉熱電廠循環(huán)流量，限制電廠熱量輸出。針對上述問題，在全網(wǎng)集中調(diào)控原則下，當室外日平均溫度降至-19 ℃時，受系統(tǒng)壓力制約，宏偉熱電廠降低負荷輸出，從1 150 GJ/h 降為1 100 GJ/h 穩(wěn)定運行。八百坰燃煤鍋爐房和銀浪燃煤鍋爐房隨著室外溫度變化調(diào)整負荷輸出。當室外日平均溫度降至-23 ℃時，銀浪燃煤鍋爐房接近滿負荷輸出，無法繼續(xù)滿足八百坰北線地區(qū)供熱需求，八百坰燃煤鍋爐房解網(wǎng)運行，提高運行負荷，獨自負擔八百坰地區(qū)供暖工作；宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房、乘風燃氣鍋爐房三熱源聯(lián)網(wǎng)運行，負擔乘銀、創(chuàng)業(yè)城地區(qū)供暖工作。

3 結(jié)語

乘銀集中供熱系統(tǒng)4 座熱源的聯(lián)網(wǎng)供熱和管網(wǎng)的互相連通，充分發(fā)揮了熱源間的互相備用優(yōu)勢，當任一熱源出現(xiàn)故障時，其他熱源能夠相互補充，保障供熱系統(tǒng)正常運行?！按鬅嵩础⒋舐?lián)網(wǎng)、大調(diào)度”的供熱運行體系，有效提高了乘銀集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性。通過熱源擇優(yōu)投運、全網(wǎng)集中調(diào)控，明顯提高了熱效率較高的宏偉熱源的運行時間，有效降低了其他高能耗熱源的運行時間；且充分發(fā)揮了宏偉熱電廠熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢，在滿足系統(tǒng)總體負荷的前提下，達到了降本減碳的供熱目的。