关于多热源联网供热系统的探索

袁春明

(山东和光智慧能源科技有限公司，山东 济南 250000)

多热源联网供热是一种集中供热形式，其关键是在保证用户供热质量的前提下，实现各热源供热的灵活调度。新一轮科技革命背景下，多热源联网供热系统利用智能化、自动化和信息化技术可以实现供热的实时调度、自动监控和信息管，故障条件下无需停运维修，只需合理调度即可满足用户用热需要，能有效提高工人各系统的可靠性与稳定性。

1 多热源联网供热系统组成

多热源联网供热系统是指具有两个或两个以上热源采用同一热网进行联合集中供热的系统。相较于单一热源供热系统而言，该系统运行不仅可以有效节约能源，还能提高供暖可靠性，实现水利工况优化，平衡供热效果。系统示意图如图1所示。

图1 多热源联网供热系统

1.1 热用户

热用户是多热源联网供热的终端，也是热源服务的最终用户。多热源联网供热的根本目的是满足我国大部分地区居民用暖需求，为其提供稳定、可靠的高品质热源。而由于不同地区居民对采暖需求的不同，多热源联网供热系统中可以为居民用户提供自行调节的工具，让用户结合自身需求进行调节。

1.2 热网

热网是指多热源联网供热系统的供热管网，是多热源联网供热的输配环节。热源入网前应装设入网调节阀，入网后两侧的主干线必须安装调节阀，以调节两侧流量，实现管网的阻力平衡。主干线的分支需安装分支调节阀，以消耗用户多余的压差，实现管网的平衡。随着我国加快市政基础设施建设，我国大部分地区供热管网不断完善，能有效协助热力公司加强多热源联网供热集中管理和调度，提高能源利用效率。目前我国供热管网的主要结构由环状管网和树状管网两种，具体结构需结合实际情况而定。热网优化的主要目的是在保证满足不同地区热用户对供暖需求的基础上，实现热源输配能耗最小。目前热网优化的主要工作在设计阶段和运行阶段，设计阶段重点优化热网结构，包括热网走向和管径大小，现在越来越多地区的热网结构开始由环装管网转变为树状管网，以提高供热效率和热网运行可靠性、稳定性。运行阶段主要探讨管网上流量优化配置，以实现对整个热网的合理调节，满足其热量均匀和水力平衡的要求。

而且多热源联网供热系统热网与单热源联网供热系统热网存在较大不同，前者设计时需要结合调峰热源全部启动、全系统由主热源供热、全系统由调峰热源在事故状态下供热等运行状态下的水力工况做校核计算，再确定热网主干线及其管径。后者热网主干线首末端均为大管径，且首末端分别为基本热源、调峰热源的出口，彼此间的管线即为主干线。

1.3 热源

1.3.1 热源的概念和分类

热源是多热源联网供热系统的供热来源，是符合将人造或是天然的能源装置转化为符合供热系统基本要求的装置的总称。常见的热源有热电厂、区域锅炉房、热泵和太阳能、地热能等设备。

热电厂是联合生产电能和热能的发电厂，其供热原理可概括为“热电联产”，具体如下：加热锅炉水，得到高温高压蒸汽-驱动汽轮机发电-汽轮机高温蒸汽冷却得到凝结水-凝结水进入锅炉被加热蒸发。“热电联产”的供热方式不仅可以实现能量的梯级利用，还能提高能源利用效率。现阶段，热电厂供热依据供热汽轮机的形式可划分为三种“热电联产”系统。第一，凝汽式汽轮机供热系统。通过导汽管开孔抽汽或低真空串联运行和拆除部分叶轮进行改装得到的汽轮机组来为系统供热。第二，抽气式汽轮机供热系统。将汽轮机组提供的高温热水需经过换热装置进行换热，经过循环放热后再返回热电厂。第三，压式汽轮机供热系统。使用排汽压力大于大气压力的汽轮机组进行供热。

区域锅炉房是给两个或两个以上单位热用户供热的锅炉房。其供热基本原理是利用燃料燃烧所产生的热量，将循环水加热成为高温热水或蒸汽，之后通过热网将高温的热水或蒸汽输送到热用户用热设施中，满足其生活、工作用热。区域锅炉房具有投资小、占地小的优势，而且热效率高。

1.3.2 热源选择

通常情况下，多热源联网供热系统热源结构有两种，其一，以一大型锅炉房为基本热源，其余几个小型锅炉房为峰荷热源。其二，以一个或几个热电厂为基本热源，其余几个小型锅炉房为峰荷热源。合理选择热源是多热源联网供热系统设计的重要内容。一般情况下，选择热源需满足如下要求：第一，并网热源选择时要保证供热参数一致。第二，系统中主热源的供热能力不得超过系多热源联网供热系统供热能力的30%。第三，热源尽量处于热用户分布的中心位置。

1.3.3 热源的结构

热源构造图如图2所示。

图2 热源构造图

由图2可知，调峰热源在循环水泵一旁设置通管Ⅰ，热源总供水干管间旁设置通管Ⅱ。前者可以在调峰热源停运时，将热网管道中的水由供水干管导入调峰热源，经过散热后再由回水干管流入热网。并且在调峰热源启动时，将热网管道中的水由总回水管导入调峰热源，加热后再导入热网的总供水管中。而后者可以调节热网的循环水量、供回水温度和供回水压差，保证多热源联网供热系统协调运行。

1.3.4 热源设计

第一，系统定压。结合热用户分布确定系统定压点压力，具体位置一般选择在循环水泵吸入口处；第二，确定回水入网压力。保证各热源回水入网压力一致或在一定限值内；第三，确定热源循环水泵。宜选用变速泵，配合多热源联网供热系统灵活调度，以降低损耗；第四，选择事故工况加压泵。依据相邻热源事故工况水力计算结果确定加压泵；第五，阀门设置。热源入网前后需要在供回水干线上安装调节阀、关断阀和分段阀。

2 多热源联网供热系统调度依据

2.1 热量平衡

热量平衡是确保多热源联网供热系统稳定运行的基本保障。热量平衡要求供热期间内各热源总供热量应等于热用户总需热量。简单来说，在一定时间段内，各热源的小时供热量与该热源承担的供热用户小时需热量一致。或是在一定供热区域内，各热源的小时供热量总和与该区域内同时间段的热用户需热量总和相等。在多热源联网供热系统工作期间，为保证系统供热的稳定性、可靠性，需要结合各热源供热能力绘制热负荷延续时间曲线，进而确定不同外温下的热用户需热量，为工作人员系统调度提供可靠依据。图3为热负荷延续时间曲线图。

图3 热负荷延续时间曲线图

2.2 流量平衡

流量平衡是热量平衡的前提条件。流量平衡要求供热系统各区段实际循环总流量应该等于该区段的设计流量，且各热用户的实际循环流量应该等于该热用户的设计流量。多热源联网供热的突出优势是可以改善热网供热冷却不均的情况，提高系供热稳定性。而热网供热负荷与热网循环水量密切相关，调度热网循环水量相当于重新分配热用户供热量。由此可见，流量平衡对多热源联网供热稳定至关重要。

在多热源联网供热系统运行时，如果该热用户设计流量等于其实际循环流量，则相当于各热源供热范围、大小和区段均在理想工况条件下，此时系统供热个流量平衡。当设计流量大于实际循环量时，系统内流量平衡被破坏，则需要采用恰当的手段在保证干线流量不变的前提下，增加用户流量，使系统流量平衡。水利交汇点是划分各热源供热范围的关键。其相当于把一个多热源的联网系统解裂为多个单热源供热系统，每个热源承担一定范围的供热面积。由此可见，确定水利交汇点是解决流量平衡的关键。水利交汇点一般有两种情况，其一是该点流体处于静止状态，其二是该点成为两股流体相向流动的汇交点。而且水利交汇点与热源数量、容量和热网管道结构密切相关。其数学表达式如下。

1≤≥+-1

上式中表示热源数量；表示水利交汇点的数量；表示热网环路的数量。结合上述公式不难看出，随着热网环路的增加，系统水利交汇点的数目也逐渐增多，且当热负荷分布均匀且热源与热负荷供需平衡时，水利交汇点个数最多。为此，在设计阶段，严格按照设计图纸选取水利交汇点，并通过流量调节手段保证理想流量和实际循环流量的平衡，进而保证该热源区域供需平衡。

2.3 压力平衡

流量和压力密切相关，两者间存在确定的函数关系。通常情况下，通过压力检测和压力平衡等手段可以间接判断流量平衡。多热源联网供热系统实现压力平衡的主要办法如下：第一，借用满足用户资用压头平衡来实现热用户流量的平衡。第二，各热源承担的分区供热系统，其各个恒压点压力必须在设定的数值下运行，保证全网压力稳定进而实现各热源间流量均匀分配的重要措施。第三，使设定汇交点处的区段供水压力最低，回水压力最高。

3 多热源联网供热系统优化调度办法

3.1 热用户优化调度

热用户优化调度是实现热量和流量平衡，保证系统供热满足用户的用热需求。但由于热用户很少主动对热量进行调节，为此，热用户优化调度可看做是热力站一次调节。同时考虑到热力站内运行工况和二次网循环水量的不同不能将热负荷计算结果作为热力站一次调节的依据。为此，在实践中，需要通过多热源联网供热系统实时监控各热力站的运行工况，实时采集各参数数据发送至统一调度中心，经过系统计算分析后，将调节指令发送至各热力站的电动调节阀门。与此同时，由于部分小型热力站对整个系统供热的影响不大，热力站可以结合室外温度进行自动调节。即通过自控系统实现供热量的气候补偿，改变调节阀开度，通过控制用户侧水量实现供热量的调节。除此之外，太阳能辐射和作息时间在一定程度上也能影响热负荷，为此，热力站可以通过环境模拟综合考虑太阳能辐射和夜间休息时间长短对系统供热的影响，从而进行自动调节，在满足用户用热需求的前提下节约能源。

3.2 热网优化调度

热网优化调度的根本目的是在各种工况下实现系统的流量平衡和热量平衡，并寻找最优的干管上阀门状态的组合，使得系统中循环水泵的能耗最小。具体可以通过对系统水力工况和热力工况调节进行实现，而两种调节路径的根本目的是实现流量平衡和热量平衡。水力工况调节一般步骤如下：第一，结合室外气温资料和热源调度方案，确定热源优先等级和运行规律，合理制定水泵运行调解方案；第二，找出水利交汇点位置，调整多热源联网供热系统运行工况，改变水力汇交点的位置会使得各个热源的循环水流量配置发生变化，实现流量平衡。热力工况调节方法有两种，分别是质量合并调节和有质调节，前者可以同时调节热网的供回水温度和供热管网的流量。后者则是在定流量条件下调节供热管网的供、回水温度。无论何种方法，其调节的主要目的是使供水温度保持一致。

3.3 热源优化调度

热源优化调度的根本目的是确定系统最佳运行方案，实现降本节能，其主要方法是根据热负荷的特性和其分配的比例进行调度。为此，工作人员需综合考虑温度、湿度、通风和太阳辐射等外界环境因素对供热负荷的影响，实时计算热负荷，了解热负荷动态变化。同时应用计算机监控系统并发送和采集信息，以更好地适应热源的启运规律。由运行调度中心把控各热源启运顺序及热源供热量，合理预测下个供暖期可能负担的总供热量，并制定出各阶段随室外温度变化的供热调节表，用来调度整个供热系统的运行。

4 结语

多热源联网供热是未来城市供热发展的必然趋势，是新时期下实现降本增效、节能提质的先进供热技术。为保证多热源联网供热系统地正常、稳定运行，系统设计、运行阶段，要重视“热量平衡”“流量平衡”“压力平衡”，同时结合实际情况，合理进行羽化调度，以更好地满足用户用户需求。