城市大型热源联网运行管网布置方案及水力工况比较

2018-03-23康立恒

山西建筑 2018年35期

康立恒

(太原市热力公司，山西太原 030024)

1 概述

现阶段，城市集中供热采暖中采取大型热源联网的方式逐渐的被应用，且获得了良好的效果。通过大型热源联网运行，能够使城市集中供热采暖系统运行更加的具有安全性，并且也可以明显地减少供热采暖系统中的能量消耗。我国很多城市都已采用了区域性的热源联网模式，不过在城市的集中供热采暖的系统中，完全达到大型热源联网运行要求与标准的却非常少。而在大型热源联网模式应用于城市集中供热采暖时，解决供热系统中管网水力工况问题尤为重要，同时也决定着集中供热采暖系统是否适宜采取大型热源联网运行的方式。

2 影响大型热源联网运行的因素和问题

2.1 存在的制约因素分析

1)目前，国内对于城市集中供热采暖有明确的标准与规范，其中规定了我国集中供热采暖系统管网所包含的工作范围应当在10 km之内。但是，现阶段国内处于城市化进程加快发展的时期，多数城市的市区直径范围均超过了10 km，并且几乎没有城市在其中心位置来建设相对大的热源，所以出现了城市中大型热源无法实现联网的局势。

2)在进行大型热源联网时，采用何种模式来完成大型热源之间的互联，同时当大型热源实现互联之后，怎样对系统的运行进行调度，依然未得到相对全面、系统的研究，在现实的操作中还没有合适的理论参考。

3)个别的城市在极力的推动大型热源联网的应用，不过当联网运行时，整个供热系统在设计方面、运行过程以及调度调节等均具有非常大的复杂性及难度，因此也使得大型热源联网运行的模式很难广泛的应用。

4)采取大型热源联网运行的模式，特别是涉及到供热距离相对长的供热采暖系统，在系统的营运过程中是否真的具有较好的经济效益，目前未给出非常肯定的答案。

2.2 存在的关键问题

现在全球范围内，有很多的国家和地区其供热系统所包含的供热范围均要较10 km大很多，而且其供热系统的供热品质也未由于供热范围较大而被严重影响。究其原因是由于这些城市所采用的供热技术与工艺相对先进，具有较高的自动控制水平，而且供热系统的管理与调控相对科学，还有最重要的是由于这些地区的城市集中供热采暖特征所决定的。在一些发达国家，城市通常不会特别大，所以虽然供热管网的干线距离相对长，不过其二次管网所涉及的范围相对来说不太大。而对国内城市来说，通常热电厂以及大型热源基本上均是处于城市建成区的周边位置，而供热系统供热的管网主干线由热源输出后，在较短的距离内将出现二次管网的接入，而后面的几千米范围之内，一样也会密布着二次管网。也就是说供热网络就是一个输配管网，这就使供热系统的输入能力变差。

对于供热系统来说，评价其运行状态的最关键指标是用户所接受的供热品质，而通过对国内和国外城市集中供热采暖系统中热源前端用户和热源末端用户供热管道压头差值对比可知：虽然国内城市集中供热系统所包含的供热距离不长，同时也配备了相应的调节泵，但是所存在的压头差值依然较发达国家城市供热系统的压头差值要大很多。也就表明，国内的供热系统管网所涉及的范围大，导致热网水力平衡相对较差，所以也易导致供热管网出现热力失调问题，这一问题也是国内城市供热距离无法实现较长目标的根本原因。经分析，如果供热距离为10 km，并且未加设调节泵设备，供热源前端用户和热源末端用户管道压头差值为10 m H2O左右。而通过控制阀门开度的方法进行调控，几乎达不到效果，从而使系统出现较为严重的水力以及热力失调问题，严重时将会发生热水短路的问题。所以，从严格意义上讲，我国所规定的供热距离为10 km，指的是输配管网的距离值，并没有包含有输送干线的距离。因此，如果要实施大型热源联网运行，就应当解决好供热管网节点位置的水力平衡。

3 大型热源联网运行的方案比较

我们以某城市为例，来对大型热源联网运行实施方案比较。该城市中所涉及的供热范围是1 350万m2，拥有大型热源为3个，其中热电厂在该市的东部地区，代号为R1。热水锅炉房共有2个，分别在城市东北位置和东南位置，代号分别为R2与R3，这三个大型热源几乎担负着整个城市的供热负荷。我们采用两种热源联网运行布置方案来对比。

3.1 关联环状供热管网布置方案

在此方案中，供热管网的管道主干线呈现环状结构，而且管径保持一致，是固定值。将所有的热源热量均输送到此环网中。而用户则由供水管网和回水管网所具有的压力差值获得相应的流量。通过该方案，可以有效的解决好管网联络管管径偏小的问题，也可以解决官管联络管通道系数不高的问题。

3.2 串联热源供热管网布置方案

在供热系统中，供水先经提供热量最多的R1输出，并流向R2，在R2周围的用户将供水截止，此段内的供热管道管径不断的减小，回水则由R1周围的用户为起始并流向R2，回水管网管径不断的增加。同时R2向R3方向供水，相应的回水流至R3，R3向R1供水，相应的回水最终再流向R1。采用这种形式，供热管网中的所有大型热源经由他们之间的加热水、回水等而串联在一起，从而形成了串联热源供热管网。

4 大型热源联网运行的水力工况对比

4.1 并联环状供热管网方案水力工况

在此方案中，管网的水力工况实际运行时，调试将极为的困难和复杂。要是想确保此方案下供热系统可以正常的运行，管网的水压应当控制在相对窄的范围内，且需要较为的稳定。并且，每一滞止点处均是依照热源的供热情况以及用户使用热量情况进行确定的，并不是管网中水力工况自行进行确定的。所以，系统的运行过程如果想达到水压要求，会较为不易。

1)系统运行时，滞止点几乎不可能与设计值一致，要经过极为繁杂计算与系统调控，如若不然必将导致系统的热力出现失衡问题。

2)在对系统的调控过程中，需调控阀门开度、动水压头以及热网节点的静水压头。然而，供热系统中的静水压头通常要经过对膨胀水箱以及补水泵等装置进行调控操作，具有较大的难度。

3)系统调控过程中，滞止点也会随系统运行而出现一定的变化，还需再次进行调解。

4)如果用户的状况出现波动，滞止点同样也会出现波动，必须再次进行调节。所以，此方案下水力工况相对不优良，不具备较强的可操控性。

4.2 串联热源供热管网水力工况分析

建筑物中的采暖系统通常会利用“同程式”管网设计来改善供热系统的水力工况，不过这一管网设计模式却未曾被城市集中供热采暖所使用。这是由于供热系统大多为单一的热源，要实现“同程式”管网设计会使系统的管道长度多一半以上，同时还会引起管网阻力的大幅提升。不过，要是在串联热源供热管网系统中，“同程式”管网设计对管网的阻力没有较大的影响。和“异程式”相比而言，通常“同程式”可以使管网节点位置的自平衡性能更加优良。在采取串联热源供热管网方案时，虽然R1～R2以及R2～R3热源的间距超过了10 km，不过仅仅需要加设一级调水泵就能够让系统的供水压力值维持在相对稳定与适宜的区间，同时也能保证不同用户的压头值相对一致，从而基本上不会出现水力失调问题，也给多热源联网运行提供了基础保障。