集中供热多热源联网运行的模拟试验研究分析

周旭

（山东和光智慧能源科技有限公司，山东 济南 250000）

近年来，我国逐步发展城市集中供热，逐渐改变区域锅炉房单独供热为多个区域锅炉房联合供热方式。与单一热源供暖系统相比，多热源联合供暖系统的热力和水力条件十分复杂。虽然不可能完全取消燃煤供热，但采用多热源联合供热系统可以减少区域锅炉房的运行时间，充分利用热源厂的多余热能。2019年11月初，济南热力集团莲花山供热公司转山西路区域因工况原因，短时间无法对外供热。当地集中供热时间为当年11月15日至次年3月15日。为了尽早让群众用暖，公司立即成立了应急指挥部，在领导小组的带领下，成立应急小组，积极开展了一系列措施，包括制定应急供暖方案、调度热源输出、增加管网输配能力、调节管网、抢修管网、用户安抚、宣传解释等工作。通过上述相关措施，达到了应急并网运行的目的，尽量减少了热利用效果不良的范围，圆满解决了危机。以下是具体工作的简要介绍。

1 集中供热多热源联网运行的优点

（1）可以提高整个集中供暖系统的可靠性和安全性。对于多热源集中供热系统，如果一个热源不能满足热用户的供热需求，或者由于事故或某些原因导致供热容量减少，可以通过其他热源增加供热容量来满足热用户的需求。当故障热源修复后，其他热源将恢复运行。这样，多热源联合供暖系统的可靠性和安全性显著高于单一热源供暖系统，实现了各种热源的相互替代、协调和补充。

（2）多热源联合供热系统各热源的制热能力可灵活调节，提高热源的效率，达到节能的效果。集中供热系统中的多热源，可根据当地气候特点和热负荷持续时间图制定节能供热方案。由于在采暖期各热源很长一段时间内都处于部分负荷状态运行，在供热期间，满足热用户的需求的情况下，可以让高效率的热源尽可能地满负荷运行，延长供热时间，减少低效热源的供热能力。

根据济南热力集团联合供热改造方案，分析了多热源联合供热系统的设计原则和工况。多热源联合加热系统的设计步骤如下：①首先，需要确定主热源和调峰热源联合供热的方式，例如，可采用并联供热和阶段供热等方式，对于多调峰热源系统，还可以合理规划不同调峰热源的输入顺序和运行时间。②确定了联合供热方式，需要制定供热调节曲线。③完成以上2个步骤后，可以确定不同加热条件下不同管段的流量，合理选择管径，分析各工况的水压，确定循环水泵的扬程和流量。

（3）热源厂的供热系统。在济南的东部有三个热源厂。分析了各热源厂的最大供热能力，莲花山热源厂制热容量为5×70MW水煤浆热水锅炉+1×80MW燃气锅炉，最大负荷430MW；浆水泉热源厂制热容量为3×80MW煤粉热水锅炉，1×70MW天然气煤粉双燃料热水锅炉，最大负荷310MW；唐冶热源厂主要负责2×116MW煤粉锅炉、2×116MW兰炭热水锅炉以及2×70MW链条燃煤热水锅炉（备用），最大负荷604MW。

原有的热水供暖采用截断运行方式，后来逐渐扩大了供热规模。热源厂、锅炉房初始站无法满足负荷要求。此外，一级管网的布置缺乏标准化，需要对热水加热形式进行整改，并间接连接联合加热。控制一级管网供回水温度为115℃/70℃，控制二极管供回水温度为80℃/60℃。加热系统涉及30多个加热站，每个加热站的加热面积不同。不同热源厂的加热包括两种工况，即部分热源厂通过热源厂的初始站分别加热。在供热初期，一些热源厂采用热源厂和调峰运行锅炉房等常见的供热形式。

（4）多热源联网的必要性。热负荷一般可分为基础性负荷和高度尖峰性负荷。目前，我国北方3个地区采暖日数控制在3个月～6个季度。大多数情况下，供热是在基本高压负荷下运行的，只有1个月左右的高压供热时间才能在高压峰值负荷下运行。虽然高峰负荷是由于全年运行时间较短，但其平均每小时热负荷很高，一般需要占用设计热负荷(即最大热负荷)的20%～50%。对于热源单一的供热系统，为了充分保证供热负荷峰值的要求，配电设备通常布置相当大的配电设备装机容量，这是集中供热建设投资大的重要因素。如果单一热源供热系统转化为一个多热源并网系统，主要的热源将承担基本的热负荷和峰热源，将分别承担热负荷峰值，这不仅可以减少设备和减少初始投资，还能促进更多的设备在满负荷下正常运行，即效率高，具有良好的节能环保效果，降低设备运行成本的效果也十分显著。

2 集中供热多热源联网运行现状及热源调度方案

2.1 供热状态

转山西路区域供暖面积99万m2。附近距离最近的两个热源管网分别是浆水泉热源厂区域和唐冶热源厂区域，这两个热源区域的负荷还有余量。但两个热源厂的循环泵扬程不足以完全覆盖原有的转山西路区域。由于两个热源厂供热区连网处与转山西路区域供热区管网处管径较小，因此，两个热源厂没有多余的压头进行热跨区域输送热煤。

2.2 热源调度方案

受供热能力、管径、热源厂距离等限制，原转山西路区域65万m2供热面积改为：浆水泉热源厂区域供热，34万m2用户切换由唐冶热源厂区域供热。即以转山西路区域为中心，将转山西路区域以北的户切换到浆水泉热源厂区域，转山西路区域以南的用户切换到唐冶热源厂区域。经计算，在当时的室外温度下唐冶热源厂区域通过提高供热温度来解决热量问题是没有问题的，但热量平衡问题是一个难题。部分用户流量不足，需要继续调整参数，损失更多热量，以确保最终用户。

3 集中供热多热源联网运行调度方案

（1）浆水泉热源厂区域热源厂原集中供热面积约450万m2，调度后新增65万m2。新增用户由浆水泉热源厂供热。要求浆水泉热源厂总循环流量4000t/h，出口压力不高于0.55MPa。

（2）唐冶热源厂区域热源厂供热面积约560万m2。调度后，新增用户34万由唐冶热源厂区域热源厂供热。要求唐冶热源厂区域热源厂总循环流量为4500t/h，出口压力不高于0.7MPa。

（3）并网过程中的检查和调整。

①浆水泉热源厂区域与转山西路区域并网前后压力一致，并网成功完成。

②唐冶热源厂区域热源厂因地势较低，管道压力由下至上逐渐降低。热水到达2#供热站用户后，管网压力约为0.4MPa。与往年0.6MPa管网压力相比，压力降低了0.2MPa。这导致一些换热站出现欠流现象。通过上报集团调度中心，启用一网管道泵，将流量控制在需求流量。

③并网成功后，在并网处设置24h值班人员。遇有重大问题时，应及时切断管网，避免局部管网泄漏再次影响大管网运行的情况。

④供热管网操作人员应根据班组对全线管网进行连续巡检。管网运行年限、管壁厚度等因素对供热管网安全的影响是客观存在的，但很难准确量化影响程度。因此，供热管网运营商应重点检查薄弱区域的流量和压力，每隔小时记录一次供热管网运行参数，为管网运行提供数据支持。

4 集中供热多热源联网运行时期的调节及措施

4.1 运行调节及措施

（1）由于城市尚未进入集中供热期，为加快长输管网循环，鼓励转山西路区域范围内用户开启供热阀门。开启具备开阀条件的用户支线阀门并进行排气。

（2）打开主管网供回水连接阀，加快管网循环。

（3）增设两处临时中继泵，浆水泉热源厂区域新增用户距离浆水泉热源厂区域管网末端约7.5km，热用户与热源厂高差10m以内；唐冶热源厂区域新增用户距离唐冶热源厂区域管网末端约10km。由于唐冶热源厂地势较低，唐冶热源厂与热用户的高度差在30m以上。为了保证新增用户的供热质量，分别在唐冶热源厂区域与转山西路区域中间位置及浆水泉热源厂区域与转山西路区域中间位置各设置一个临时中继泵，增大扬程以保证唐冶热源厂及浆水泉热源厂的热量能够输送至转山西路区域所辖用户。

4.2 继电泵站选型原则

（1）主管网阀处设置并联继电保护泵。由于主线管网已处于满水运行状态，为保证安全需要在现有阀门处将主线关断，在回水管道上并联加泵，克服沿程阻力，以满足热源能够输送至管网最末端。

（2）在适当位置增加继电泵站。由于现有管网大部分直接埋设在城市道路上，为了尽量减少对交通的影响，在人行道上选择继电泵站，设置临时移动板房，引入临时电源。

（3）中继泵的选型。利用水力平衡分析软件Flowra32建模，计算提出的管网压力和所需的压头的管道网络，并计算最不利点，以确定所需的头继电器增压泵，流量是根据用户区域来计算的。

（4）终端用户换热站根据管网运行情况安装管泵，减少用户系统阻力。

（5）能源公司保证用户换热站数据24h稳定上传，配合供热管网的调整。根据各换热站二次侧供热温度与建筑、供暖方式和室外温度的不同，供热规律也不同，由能源公司进行调整。

4.3 加强用户服务

（1）向用户如实告知转山西路区域多热源调度并网运行供热布置情况。

（2）根据发热线路将区域内用户划分为10个服务组，服务组成员由客服和供热网运营商组成。逐一走访各小区，了解供热情况，汇报抢修情况和紧急情况，稳定用户情绪。

（3）接到投诉后2h内回复，提前积极与用户沟通，4h内提供上门服务和测温，并派专人负责。客户服务工作应遵循谁对用户负责、谁对服务负责的原则，不得相互推诿。

（4）对于供热不合格的用户，由供热网运营商与客服人员共同现场工作。对室内温度不符合标准的用户，按城市集中供热规定减收暖气费。

（5）每天总结供热情况及用户积极性，并向应急指挥部汇报。

从11月2日～22日，转山西路区域仅用了20天时间排除故障并成功运行。目前，转山西路区域供热用户将从唐冶热源厂和浆水泉热源厂重新调回莲花山热源厂供暖。经过前期一系列采暖技术的应用后，加强室外采暖技术与城市采暖技术之间的联系更为有效。同时，也是初期远高于0℃的一系列热源，为系列供热技术的成功应用提供了更好的支撑。同时，通过技术应用和加强服务等多种方式，较好地完成了转山西路区域的事故应急处理。

5 集中供热多热源联网运行优化调度注意事项分析

（1）全厂热负荷分析。根据历年运行数据分析全厂热负荷情况，绘制采暖季全厂供热负荷曲线图，根据曲线图分析供热开始时间、结束时间、采暖时间、热负荷最大值及供热各阶段热负荷情况。

（2）各热源运行状态分析。根据多年来操作数据，分析每个热源的运行状态，绘制采暖季各热源实际供热负荷曲线图，分析供热开始时间、结束时间、热负荷最大值及供热各阶段各热源运行情况。

（3）各热源的制热能力分析。分析不同热源的制热能力，计算不同工况下全厂的制热能力，挖掘制热潜力。

（4）综合分析最优调度方案。结合全厂的热负荷、各热源的运行状况、不同热源的供热成本和不同热源的制热能力，制定多热源联合供热系统的优化调度方案。

6 结语

多热源网络化供热系统由多个热源单元组成，为用户提供相对稳定的热能。在保证供热质量满足要求的前提下，合理调度和控制不同的热源。这种供热方式优点明显，但在实际运行过程中难以控制，所以多热源供热系统的安全可靠性将比解裂运行的供热系统高。

本文主要分析了多热源联合供暖系统的设计原则和方法，对今后城市多热源联合供暖系统的设计和研究具有一定的参考作用。此外，提出了多热源联合供暖系统的优化调度方案，以保证多热源联合供暖系统的运行效率，降低整个供暖系统的运行成本，促进供暖工作的可持续发展。