工业厂矿集中供热管网优化调度分析

李刚

（国能神东煤炭集团矿业服务公司，内蒙古 鄂尔多斯 017200）

0 引言

工业厂矿分散式供热目前仍大量存在，通过分散布置于各个厂区的锅炉房，向区域内工业生产区及办公生活区提供热能，存在能耗高、供热效果不均匀、管网运行效率低等问题。通过工业厂区联合集中供热，可以节约能源、减少污染、提高供热质量，从而切实满足供热需要，提升供热效果。工业厂矿由于建筑物建筑材料不同、用途不同、建设年代不同，故在实现联合集中供热建设时，供热的形式和供热管理的布置情况都要进行统筹的规划，从而保证供热效果。

1 工业厂矿集中供热模式的优化价值

1.1 节能减排

工业厂矿集中供热模式可以有效地节约能源，减少污染。一方面，集中供热模式可以利用工业区内现有的大型热源，如核电站、热电厂、煤液化等工厂余热，提高燃料的利用率，降低单位热量的能耗，减少能源的浪费。另一方面，工业厂矿联合集中供热模式可以采用拆小建大的方式，整个工业区内新建集中热源，宜煤则煤、宜电则电、宜气则气，首先可降低能源消耗量，并且减少大气污染物排放点数量，然后利用先进的环保技术，如脱硫、脱硝、除尘等，对集中热源配置合适的环保设施，减少污染物的排放量，降低空气污染，改善环境质量。据统计，集中供热模式相比分散供热模式，每年可以节约标准煤约2 亿t，减少二氧化碳排放约5 亿t，减少二氧化硫排放约100 万t，减少氮氧化物排放约50 万t。

优化工业厂矿集中供热模式，可以进一步提高能源的利用效率，降低环境的污染程度。通过优化供热管网的布局和结构，减少管网的长度和阻力，降低管网的热损失，可以有效提高管网的输送能力和可靠性[1]。同时，通过优化供热管网的调度和控制，根据供热需求和环境条件，动态调整供热参数，如供回水温度、流量、压力等，匹配供热负荷，平衡供热系统，可以减少供热过剩或不足的情况，提高供热的精确性和灵活性。通过这些优化措施，可以进一步节约能源，减少排放，实现供热的可持续发展。

1.2 提高供热质量

集中供热模式可以有效地提高供热质量。一方面，集中供热模式热源可靠性强，可以提供稳定和连续的供热服务，满足供热需求。另一方面，通过优化供热管网的调度，可以根据建筑物实际情况及供热实际需求，动态调整供热的温度和流量，保证供热质量，避免供热过热或过冷的现象。同时，通过优化供热的信息化和智能化，可实现供热的远程监控和控制，提供供热的实时数据和反馈，在保证供热质量的前提下实现减员增效[2]。

1.3 增强系统可靠性

优化工业厂矿集中供热模式，可以增强供热系统的可靠性，保证供热的安全和稳定。通过优化供热管网的结构和参数，还可以提高供热管网的强度和耐久性，减少供热管网的故障和泄漏，保证供热的连续性和均匀性。同时，通过优化供热的故障检测和处理，可以及时发现和排除供热的异常和隐患，防止供热的中断和事故，保障供热的安全和稳定。

2 工业厂矿集中供热管理优化难点

2.1 管网布置情况较复杂

供热管网在空间中的分布和连接需要与厂矿的规划相适应，是影响供热管网运行效率和可靠性的重要因素。通过合理地选择管线的走向、位置、直径、材料等，能够使供热管网的布局和结构达到最优，从而提高供热管网的性能和寿命，降低供热管网的损耗和成本，提高供热管网的经济性和效益。但在实际的供热管理工作中，由于管网布置情况较为复杂，供热管理工作的优化工作很容易遇到困难。首先，工业厂矿空间是一个多维的、动态的、非均匀的、非线性的系统，包括城市的地形、地貌、建筑、道路、绿化等多种要素，这些要素之间存在着复杂的相互作用和影响，给供热管网的布置带来了很大的限制和挑战。具体的，工业厂矿大多由于位置偏远，地形和地貌复杂，另外工业厂矿各类仓、桥、釜等跨度、高度差异较大，会影响供热管网的高程和坡度，进而需要对供热管网的压力信息进行具体调整。其次，在不同的地区，由于供热需求的不同，管网的布置和设计要求也并不一致，在很多情况下，管理人员需要根据实际的城市供热需要做好管网布置的调整工作，保证管网布置的科学性，但在很多情况下，供热需求受到时间、季节、气候等方面因素的动态影响，很难有效满足。

2.2 供热参数的调节难度较大

供热参数主要是指供热系统的运行参数，如供回水温度、流量、压力等，在供热管网的优化调度中，是十分关键的部分。通过供热参数的调节，能够改变供热系统的运行状态，满足调度需要，从而提高供热服务的质量和效率，平衡供热系统。但供热参数很容易受到各种因素的影响，首先，供热参数会随着供热需求和供热系统的运行情况发生变化，想要做好调节工作，就要预先做好准备，根据供热系统信息对供热参数进行统一控制，而在依靠传统形式进行供热参数调节时，由于参数过多，很难有效保证参数调节的科学性，容易对供热系统的调控和调度效果造成影响[3]。其次，目前供热参数的调节手段大多需要依靠传统的装置如阀门、泵、风机、换热器等，调节方式存在滞后性、不精确性等缺点，难以实现供热参数精确和灵活的调节，也难以覆盖供热系统的所有节点和分支，在实际的调节中，容易受到外界因素的影响。

3 工业厂矿集中供热模式调度策略

3.1 管线节点设计优化

管线节点的设计优化的主要目标是通过合理地选择管线节点的类型、数量、位置、参数等，使供热管网的结构和拓扑达到最优，从而提高供热管网的性能和寿命，降低供热管网的损耗和成本，提高供热管网的经济性和效益。管线节点的设计优化是城市供热模式调度工作中的重要内容，也是集中供热模式调度的基础和前提。

首先，应当做好管线类型节点类型的选择，使节点类型与节点情况相适应，以有效保证管线的设计效果。具体的，对于供热管网的分支节点，可以选择分流或合流的类型，根据供热负荷的分布，实现供热管网的负荷平衡；对于供热管网的调节节点，可以选择阀门或泵的类型，根据供热需求和环境条件，通过供热管网的调节满足相关需要；对于供热管网的测量节点，可以选择传感器或仪表的类型，实时对管网的相关节点进行监测，根据监测信息对管网进行调度和调整[4]。

其次，应当合理控制管线节点数量，做好相关的优化工作，使管线节点能够充分地发挥其作用，避免过多或过少的节点，造成供热管网的运行和控制的困难和成本方面的浪费。对于供热管网的主干节点，可以适当地增加节点的数量，提高供热管网的输送能力和可靠性；对于供热管网的末端节点，可以适当地减少节点的数量，降低供热管网的热损失和水力损失等。供热管网设计原则示意图如图1 所示。

图1 供热管网设计原则示意图

3.2 供热系统自适应控制

供热系统的自适应控制是指根据供热系统的运行状况和效果，动态地调整供热系统的运行参数，如供回水温度、流量、压力等，使供热系统能够自动地适应供热需求和环境条件的变化，实现供热系统的优化运行，提高供热服务的质量和效率，满足供热需求。在自适应控制的过程中，首先应当通过数据挖掘技术，从大量的供热运行数据中，提取供热的关键特征和规律，建立供热的预测模型和评价指标，为供热系统的自适应控制提供数据支持。同时，还应当建立相应的动态数据库，保证能够根据数据库分析对供热进行适当调整，以切实保证供热效果，防止出现问题。其次，应当做好供热参数的优化和调节工作，通过智能控制技术，具体分析用户的偏好和习惯，再根据用户情况自动进行供热系统的调节，切实满足用户的供热需要，并且更好地节约供热成本。同时，供热情况应当与智能供热计量系统相挂钩，对各车间、各用户的供热量进行计量，防止出现过度供热情况，切实保证供热的科学、合理，规范用热，节能减排。此外，还应通过先进的监测装置，结合信息技术和物联网技术等，对供热系统的运行状况和效果进行有效的观测，以保证供热系统的安全性和稳定性，并且指导供热系统的优化和改进。同时，根据监测信息，还可以实时进行供热网络的动态调整，使供热情况更加适应实际的需要。供热管网自适应调节示意图如图2 所示。

图2 供热管网自适应调节示意图

3.3 供热系统的仿真实验

在进行供热管网的调度优化过程中，可以通过建立供热系统的数学模型和计算机模拟的方式，对供热系统的运行状况和效果进行有效的模拟和验证，以检验供热系统优化调度的有效性，分析其对供热服务的质量和效率的影响，再根据相关信息对调度工作进行调整，从而切实保证调度工作的科学性和有效性，使供热系统得到全面有效的调度。首先，应当借助信息技术建立供热系统的数学模型，根据供热系统的实际情况，使供热系统的数学模型能够准确地反映供热系统的运行状况和效果[5]。例如，可以采用微分方程、代数方程、概率统计等数学方法，建立供热系统的动态模型、静态模型等数学模型，准确描述供热系统的运行参数、运行状态、运行效果等数学变量之间的关系。其次，应当通过计算机编程、仿真模拟、三维模拟技术结合数据模型做好供热系统的仿真实验工作，通过仿真模拟明确探知到供热管网当前设计中的不足和调度的局限性，根据相应内容进行系统调度的优化，从而保证供热系统的运行效果。

3.4 加强信息化建设

通过利用信息技术和网络技术，可以自动实现供热系统的数据采集、传输、处理、存储、展示、分析、评价等功能，提高供热系统的管理水平和服务水平，增强供热系统的透明度和便利度，信息化建设是管网调度工作发展的新方法，也是现代化智慧供热管网调度创新的必然要求。在进行信息化建设的过程中，首先应当切实做好数据信息的收集和储存工作，通过大数据技术和传感器系统广泛收集用热点和管网调度信息，并且建立相关的信息处理系统和调度平台，让管理人员能够通过相关系统对供热情况进行实时调度，充分满足供热需要。其次，应当建立多端的调度系统，使厂矿办公、生活区能够根据需要自主进行供热调节，在满足需求的同时保证个性化供热管网控制的水平，提升管网控制的实际效果。同时，应当建立反馈机制，让热用户实时进行管网调度问题的反馈，使问题得到及时处理，从而保证供热效果。供热管网智能调节模式如图3 所示，供热管网智慧系统如图4 所示。

图3 供热管网智能调节模式

图4 供热管网智慧系统

4 结语

总而言之，供热管网的优化调度工作涉及工业厂矿集中供热能力和集中供热水平，通过优化调度，能够更好地使供热效果得到保证，并且提升集中供热的科学性，在满足供热方面的基本要求的前提下，最大限度实现节能减排降耗。在供热管网的优化过程中，也应当注意策略的应用，保证调度工作与供热方面的数据分析相结合，提升智慧供热水平。