电厂供热系统节能与优化控制策略研究

华电佛山能源有限公司 文 川

当前，电厂供热系统的节能与优化控制存在一些问题和挑战。传统供热系统存在能源浪费和效率低下等问题，如管道传输损失、设备运行不稳定等。电厂供热系统常面临复杂的供需关系、多变的外部环境因素以及不确定的能源价格等问题，导致系统调度和控制困难。针对以上问题和挑战，目前已经涌现出一些针对电厂供热系统的节能与优化控制策略研究。基于此，电厂供热系统节能与优化控制研究具有重要的理论和实践意义。

1 电厂供热系统节能与优化控制问题

1.1 能耗高

传统的电厂供热系统存在能源利用率较低等问题，导致能耗较高。这主要是因为系统内部存在能量损失、设备老化以及控制策略不合理等原因造成。对于老旧的供热设备，如锅炉、热交换器等，其能源转换效率较低，导致能耗的增加。此时，可以考虑进行设备更新或改造，引入更先进的设备，提高供热系统的能效。供热系统的运行参数设置不当，也会导致能耗的增加。例如，供热蒸汽温度过高或过低，通过优化运行参数，可以使供热系统更加高效地运行，供热管网设计不合理也会增加能耗[1]。

1.2 热能分配不均

供热管网中热量分配不均匀，一些用户供热不足，而有些用户供热超过需求。这会导致能源浪费和供热效果不佳。供热系统中热能流动的路径、管道布局等设计因素可能不够合理，导致热能分配不均。例如，有些区域的热负荷较大，但热源和热网的连接位置不合理，导致热能无法充分供应。供热系统控制策略的设计可能存在问题，不能及时、准确地根据实际热负荷情况调整热能分配。例如，某些区域的热负荷波动较大，但控制系统没有合理的自适应调节策略，导致热能供应不足或过剩。供热系统的运行和管理中可能存在能耗监测不及时、数据分析不准确等问题，导致无法及时发现和解决热能分配不均的情况。

1.3 设备调节能力差

传统的电厂供热系统中的设备通常调节能力较差，无法及时响应供热需求的变化，导致能源浪费和能源利用率低下。较老的设备可能无法进行高效节能控制，或者控制功能有限。这可能会降低设备的调节能力，从而导致系统的能耗没有得到充分优化。供热系统的控制策略不合理或者未经优化，可能会导致设备调节能力差。

2 电厂供热系统节能与优化控制的重要性

2.1 资源利用率提高

图1 蒸汽热网系统结构图

电厂供热系统的节能与优化控制可以提高资源的利用效率。通过合理控制热力发电和供热的配合运行，能够最大限度地利用电厂的余热，避免能源浪费，减少环境污染。供热系统在运行过程中消耗大量的能源，如燃煤、天然气等。通过合理的节能措施和优化控制，可以减少能源的消耗，降低能源成本，实现能源的高效利用。电厂供热系统在燃烧燃料过程中会产生大量的污染气体，如二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等。优化控制可以使燃烧过程更加充分和高效，减少燃料的用量，从而减少污染物的排放，保护环境。通过优化控制，可以使供热系统的运行更加稳定和高效。

2.2 环境保护

电厂供热系统的节能与优化控制可以减少能源消耗，降低燃煤、燃气等能源的使用，从而减少排放的污染物，保护环境。节约能源还可以减少对自然资源的开采和利用，对生态环境的保护具有重要意义。电厂供热系统的能耗通常很高，仅次于发电系统。通过节能与优化控制，可有效降低能耗，减少资源消耗，达到减少二氧化碳和其他温室气体排放的目的。这对环境保护和应对气候变化较为重要。

电厂供热系统使用大量的能源和水资源，通过节能与优化控制，可以最大限度地减少对水资源的消耗，并延长其使用寿命，这有助于保护有限的自然资源，保持可持续发展。电厂供热系统通常会排放大量的废气和颗粒物，通过优化控制技术，可以减少废气排放，并采取适当的治理措施，降低对空气质量的影响。

2.3 提升供热质量

通过节能与优化控制，可以提高电厂供热系统的运行效率和稳定性，确保供热质量和热力稳定输出，供热系统的优化控制可以提高供热质量，通过控制燃烧过程、传热介质的温度和压力等参数，可以实现供热设备的稳定运行和更高的热效率。如此，可确保供热设备提供稳定、可靠、高效的热能，满足用户对供热质量的要求，提升用户满意度。优化控制可以有效预防和减少供热系统的故障。通过定期监测和诊断供热设备的运行状况，及时发现问题并采取措施修复，可以减少停机时间和维护成本。此外，优化控制还可以使供热设备的寿命得到延长，降低设备更换和维修的频率和费用。

3 电厂供热系统节能与优化控制的策略

3.1 节能设备与技术

通过引入节能设备和技术，如高效换热器、可再生能源利用等，提高整个供热系统的能源利用效率。通过对供热系统整体结构和运行方式进行优化设计，提高系统的能效。可以考虑采用双回路或多回路供热系统，减少热损失；加强设备缺陷治理，减少“跑冒滴漏”；合理设置管道布局，减少管道阻力和热量传输损失；使用高效换热器设备，提高热效率等[2]。采用先进的智能控制技术，优化供热系统的运行，减少能耗。可以利用现代化的监测系统和传感器，实时监测和控制供热系统各个环节的参数，实现最佳的运行状态。

利用模型预测和优化算法，预测能耗和温度需求，提前做出调整，避免能耗的浪费。选择和应用节能设备，减少能耗。例如，采用高效燃烧器和锅炉，提高燃烧效率；安装热回收装置，将废热利用起来；使用节能泵和风机等设备，减少供热系统中的能耗。进行供热系统的定期维护与管理，确保设备的良好运行状态和高效工作。定期清洗和维护设备，保证设备表面的热传导效率；定期检查和校准传感器，确保数据准确性；建立健全的维护记录和管理体系。

3.2 温控策略优化

建立合理的温控策略，根据实际需求调整供热设备的运行参数，以达到舒适的室内温度。通过合理调整温控策略，使得供热系统的温度控制更加精确和稳定。可以采用模糊控制、模型预测控制等先进控制算法，根据室内外温度、湿度等环境参数来自动调整供热系统的温度设定值，减少能耗。对于热水循环系统，可采取循环水回收利用技术，将排放的废水经过处理后再次循环利用，减少热能的损失和水资源的消耗。

对于供热系统中的燃机和锅炉，可以进行燃烧优化，提高燃烧效率，减少燃料的消耗。可以采用燃烧控制系统，根据外界环境条件和负荷需求，动态调整燃料的供给量和燃烧过程中的氧量，实现最佳燃烧效果。更新供热系统中的设备，采用节能型设备，如高效热交换器、节能阀门等，减少能源的消耗。建立完善的供热系统能源管理系统，对供热设备运行状态、能耗情况等数据进行监测和分析，及时发现问题并进行相应的调整和优化。其中，蒸汽管道保温后的热量散失计算公式如下：Q=(2π(TZ-T0)×1.3×Z)/(ln(D0/D1)/λ+2/(D0α))，式中：Q为管道单位长度的散热损失，W/m；TZ为系统要求的维持温度，℃；T0为当地的最低环境温度，℃；D0为管道的外径，m；D1为管道保温层的外径，m；ln为自然对数；λ为保温材料的导热系数，W/(m·℃)；Z为修正系数。α为保温层外表面向大气的散热系数。

3.3 能耗监测与管理

安装智能监测系统，实时监控供热系统的运行状态、能耗等关键参数。通过数据分析和管理，及时发现能源消耗较大的问题，进行调整和优化，提高能源利用效率。优化供热系统的运行参数，如燃料的燃烧效率、锅炉炉温、水质参数等，提高供热系统的热效率。例如，通过调整燃机的运行模式或锅炉的氧量，实现燃烧的完全和高效，减少燃料的浪费。对供热系统的管道网络进行优化设计，减小管道阻力，优化供热管网的布局和分支，减少热损失和输配热损耗。

采用先进的智能控制算法和模型预测控制方法，对供热系统进行优化调度和控制。例如，基于模型预测控制技术，通过建立热负荷预测模型，实时预测供热负荷，并根据预测结果调整供热系统的运行参数，以提高供热系统的效率和稳定性。利用太阳能、风能等可再生能源替代传统能源，降低供热系统的环境影响和能源消耗。

3.4 蓄能与储热技术

选择合适的蓄能与储热技术，例如热储罐或地下蓄能系统等，可以利用低峰时段的廉价电力或余热来储存热能。这些储能系统可以在高峰时段释放储存的热能，降低电厂在高负荷时的燃料消耗，从而节约能源。利用先进的温度和负荷预测技术，准确预测供热系统的负荷和环境温度变化，以便优化蓄能与储热系统的运行策略。这样可以在高效运行蓄能系统的同时，提供足够的热量满足用户需求。将蓄能与储热系统与其他能源系统（如发电系统、供热设备等）进行紧密集成和协调，实现能源的高效利用。

例如，通过与发电系统的协同控制，将发电过程中产生的余热利用于储热系统，进一步提高能源利用效率。建立有效的监测系统，对蓄能与储热系统进行实时监测和分析，及时发现异常情况并采取措施进行维护。定期检查和维护设备，确保蓄能与储热系统的正常运行，避免能量损失。

3.5 系统智能控制

引入人工智能和自动化控制技术，建立智能控制模型，实现对供热系统的优化调度。根据实时能耗、室内需求和外部环境等因素，自动调整供热设备的运行状态，提高能源利用效率[3]。根据天然气价格、天气情况和燃气管道的供应情况等因素，智能控制系统可通过模型预测和优化算法，自动调整燃气的使用比例。合理分配燃气的使用量，实现系统运行的最佳节能控制。

通过智能控制系统对供热负荷进行实时监测和预测，结合历史数据和天气预报等信息，预测未来一段时间内的负荷变化，并根据预测结果调整供热系统的运行参数。这样可以避免供热系统的过量运行或过少运行，提高系统的运行效率和节能性能。智能控制系统可以通过实时监测和分析供热系统的各个参数和状态，及时检测出可能存在的故障或异常情况，并提供相应的故障诊断和维护建议。如此，可及时发现和解决问题，防止故障的进一步扩大，提高供热系统的可靠性和稳定性。

4 结语

通过对供热系统运行数据的分析，发现存在着一些潜在的节能和优化的空间。例如，供热系统中的节能设备存在效率低下的问题，而优化控制策略的设计也较为简单和粗糙，无法达到最佳运行状态。针对以上问题，笔者进行了深入地研究和分析，并提出了一系列的节能与优化控制策略。这些策略包括提高供热设备的效率，优化供热系统的运行调度和控制参数，以及应用先进的控制算法等。综上所述，本文的研究为电厂供热系统的节能与优化控制提供了一定的理论和实践支持，为电厂的可持续发展和能源节约做出了贡献。