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多熱源聯網供熱系統熱力管網設計方案實例分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2012-11-30  瀏覽次數:897
  某市在集中供熱多年持續發展的基礎上逐步形成了多熱源環形網的供熱格局,這一格局對于熱源或管網在事故工況下的互補供熱,提高系統的可靠性起到了作用。然而由于在多熱源環形網的并網運行上缺乏理論指導和實踐經驗,在實際運行中只能通過在主干管上設置閥門,各熱源分片割裂獨立運行,環形管網也用閥門割裂,“環狀管網,枝狀運行”。這種運行方式沒有充分發揮多熱源環形網在負荷匹配方面的靈活性,不能有效降低系統的運行成本。本文針對這一集中供熱系統實現并網運行在設計和運行調度上進行了研究,目前該供熱系統已經按這一運行模式成功投入運行,達到了預期的目的。
  1.概述
  某市集中供熱系統共有東熱電廠、西熱電廠、南熱電廠、北熱源廠、南熱源廠五個熱源,基本供熱格局如圖1所示。
  圖1中,粗線條的分割線為2010年典型工況下各熱源供熱范圍的分界線。從圖中可以看出,除南熱電廠和南熱源廠形成了聯網運行格局外,其余西熱電廠、東熱電廠和北熱源廠的供熱范圍雖有聯絡管線進行連接,但在供熱范圍分割點處均由隔斷閥分離開。由于割裂運行,導致無法充分發揮環形網的輸配能力,更不能有效發揮和匹配各熱源的供熱能力,導致該供熱系統無法應對供熱負荷不斷發展的要求,而且大大降低了供熱的效率,造成供熱成本居高不下。
  基于以上考慮,通過多熱源聯網系統打破現有供熱格局的局限性,充分發揮已有熱源的供熱能力,將是保證供熱負荷發展的可行的、也是較為經濟的一種方式。
  2.多熱源聯網的系統設計
  2.1 熱源基本情況
  該供熱系統現有兩類熱源,一類為熱電聯產的熱源,一類為熱水鍋爐房的熱源;熱電聯產的熱源包括西熱電廠、東熱電廠和南熱電廠,鍋爐房的熱源包括北熱源廠和南熱源廠。
  1)西熱電廠:主力熱電機組為50MW雙抽凝汽式汽輪發電機組2臺,其余為6MW背壓式汽輪發電機組2臺、12MW單抽凝汽式汽輪發電機組3臺;
  2)東熱電廠:12MW背壓式汽輪發電機組1臺,12MW單抽凝汽式汽輪發電機組1臺,25MW單抽凝汽式汽輪發電機組1臺;
  3)南熱電廠:125萬kW抽凝汽式汽輪發電機組2臺?紤]到南熱電廠與市區主要熱負荷區域高差較大,南熱電廠的蒸汽可以在廠內首站換熱后供出,也可通過DN800的蒸汽管道輸送至南熱電廠供熱首站供出,首站位置如圖1所示。受限于抽汽壓力,輸送至首站的蒸汽量最大約為300噸/時;
  4)北熱源廠、南熱源廠:均為35MW高溫熱水鍋爐各三臺。
  2.2 管網基本情況和水力計算
  經水力計算和管網分析可知,該供熱系統管網設計基本合理,僅需較少的聯絡管線建設和使用年限較長、承壓能力不足的管道更換即可達到聯網要求。
  水力計算資用壓頭平面圖如圖2所示:
  3.多熱源聯網系統的運行調節
  3.1 熱源的運行調節
  根據對熱源的綜合能效分析,熱源綜合效率從高至低排序為:
  南熱電廠熱源、西熱電廠熱源、東熱電廠熱源、北熱源廠、南熱源廠。
  考慮到熱源供熱的經濟性和熱網的匹配特點,將熱電廠的熱源作為基本熱源,在未達到各熱電廠熱源最大供熱能力情況下,熱電廠熱源按最大供熱能力均分供熱負荷。[4]
  根據這個原則,可確定在整個采暖季中各種熱源的供熱量變化的基本情況。
  如圖3所示為各熱源均在最大供熱量時恰好能滿足供熱需求情況下,整個集中供熱系統的熱負荷延時曲線和不同熱源的供熱量的分配圖。
從上圖可以看到,在系統總負荷小于基本熱源最大供熱能力時,只運行基本熱源供熱。在系統熱負荷大于基本熱源最大供熱能力時,基本熱源按最大出力運行,不足部分由調峰熱源補足。熱網運行調節情況如下:
  1)室外日平均溫度低于5℃時,開始供熱。5℃時熱負荷總量為275MW,此時需啟動南熱電、西熱電、東熱電的熱源供熱;
  2)當室外日平均溫度低于-15℃時,熱負荷超過701MW,南熱電、東熱電、西熱電已達到最大出力,此時需啟動北熱源廠供熱;
  3)當室外日平均溫度達到-20℃時,熱負荷為806MW,南熱電、東熱電、西熱電、北熱源廠已達到最大出力,此時需啟動南熱源廠供熱;
  4)當室外日平均溫度達到-25℃時,熱負荷為910MW,各熱源均達到最大出力;
  5)當室外日平均溫度低于-25℃時,需要采取壓電保熱措施。
  3.2 熱源和熱網的聯合運行調節
  在滿足供熱要求的條件下和管網輸送能力允許的范圍內,整個集中供熱系統總流量越大(即多熱源流量之和),則管網供回水溫度越低,能有效提高熱源的熱效率,但同時導致循環泵的耗電量大。因此,管網最佳總流量需要在綜合考慮熱源熱效率和管網輸配電耗的基礎上進行優化。
  根據該集中供熱網實際情況和各熱源的供熱量分配圖,采用質量并調的運行調節方式,繪制出系統的總流量調節曲線的示意圖,如圖4所示。
  運行中一般要求各熱源的供水溫度一致,同時,根據不同外溫下的管網總熱負荷、各熱源的流量,可繪制出熱源的經濟供回水溫度,如圖5所示。
  上圖是通過理論分析和計算后的最理想的運行曲線,反映了熱源和供熱系統在整個采暖季的基本運行情況。實際供熱系統的運行曲線需要根據熱源、熱網的具體情況進行調整。
  熱源流量的調節:多熱源并網運行的集中供熱系統,必然存在水力匯交點。集中供熱系統的水力工況的頻繁變化將導致水力匯交點處供熱的不穩定,為防止這種情況的發生,不允許各熱源流量短期內的大幅度地、周期性地調整。
  熱源供水溫度和熱源供熱量的調節:供熱系統的熱負荷根據前三天的外溫、系統供熱效果等參數進行預測,在此基礎上根據各熱源的關系以及外網的實際情況進行優化,確定本熱源應該提供的供熱量。在此基礎上,根據供熱量與熱源供回水的溫度曲線可以確定熱源的供水溫度。需要指出的是,由于熱源、管道、房間都是很大的蓄熱體,系統是一個大慣性的系統,因此不能簡單地根據外溫的變化同步地調整熱源出水溫度的設定值。頻繁地調整熱源出口水溫設定值,會給系統帶入較大的干擾,也不利于節能降耗。
  3.3 補水系統的運行調節
  當系統進行多熱源聯合運行時,整個系統只能設置一個定壓點,通常將定壓點設置在較大的熱源處,而較小的熱源仍然設置一個補水點,該補水點為輔助補水點。正常工況下,根據系統運行情況,輔助補水點不補水或每日往管網內補入恒定的水量。事故狀態下,如系統跑水嚴重的情況下根據主補水點的調度需求向管網內補水,其補水量則根據設在主補水點的定壓點壓力來控制。
  當各熱源的管網解裂運行時,則各熱源的補水點均成為定壓點。不同補水點補水泵的轉速根據不同工況下定壓點的壓力來調節,以保持定壓點的壓力在設定的范圍內波動。
  4.通過本文分析,可得出以下結論:
  1)采用多熱源聯網供熱方式打破現有供熱格局的局限性,充分發揮已有熱源的供熱能力和管網的輸送能力,是適應供熱負荷不斷發展,充分挖掘系統供熱能力的有效途徑;
  2)多熱源聯網系統中,特別是不同屬性熱源的并網運行,可以充分發揮基礎熱源供熱成本較低的優勢,同時由于并網系統能夠靈活匹配管網負荷的變化,充分發揮管網的輸送能力,有效降低輸配電耗,從而大大降低系統運行成本;
  3)多熱源聯網系統中,針對各種極端工況的水力計算和系統綜合分析是進行系統聯網運行設計的重要基礎;
  4)多熱源聯網系統中,熱源和熱網聯合運行調節須充分考慮供熱系統熱慣性較大的特點,盡可能避免短時間內的多次大幅度調節,確保系統運行(特別是水力匯交點附近運行調節)的穩定性;
  5)多熱源聯網系統中,宜采用主要補水點和輔助補水點共同補水的方法,提高系統運行可靠性。其中輔助補水點承擔系統補水的基本量,以恒定流量補水,主要補水點承擔系統補水的變化量,兼以定壓的功能。--同方股份有限公司 秦緒忠
 
  參考資料:[1]秦緒忠.區域供熱供冷輸配系統動力學特性研究[D].?北京:清華大學,2000年
[2]賀平、孫剛. 供熱工程[M]. 中國建筑工業出版社,1993年
[3]E.Я.索柯洛夫. 熱化與熱力網[M]. 北京:機械工業出版社,1988年
[4]秦冰. 集中供熱系統熱動態特性研究[D]. 北京:清華大學,2004年
[5]石兆玉. 供熱系統運行調節與控制[M]. 清華大學出版社,1994年
 
 
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