Review of combined operation in heating systems with multi -sources
清華大學(xué) 石兆玉
Tsinghua University shi Zhaoyu
摘要：本文討論了大型供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的必要性。并就其運(yùn)行調(diào)節(jié)的基本原則、多點(diǎn)補(bǔ)水定壓以及工況調(diào)節(jié)的特殊性進(jìn)行了論述。
Abstract: This is a thesis about the requirement of combined operation in heating systems with multi-sources. Several situation are introduced including principle of operational regulation, stabilizing pressure with multi-point, particular of conditional regulation.
關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng) 多熱源聯(lián)網(wǎng) 平衡 多點(diǎn)補(bǔ)水定壓 工況調(diào)節(jié)
key words: heating systems, combined operation of multi-sources, balance, stabilizing
pressure with multi-point, conditional regulation.
國(guó)外，特別是北歐，供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行已有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)，自20世紀(jì)，七十年代末八十年代初以來，沈陽(yáng)、牡丹江、北京、赤峰、包頭、山東浮山等市縣，也陸續(xù)開始進(jìn)行多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的嘗試，取得了不少可貴的經(jīng)驗(yàn)；在供熱界，對(duì)一些共同關(guān)注的有關(guān)技術(shù)問題，也進(jìn)行了許多有益的探討。在這期間，我參與過沈陽(yáng)、赤峰、山東浮山多熱源聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行，對(duì)北京、牡丹江多熱源系統(tǒng)作過一些技術(shù)上的分析。有些研究成果反映在有關(guān)的論文里，有的寫進(jìn)了《供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制》一書中。
今天，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)發(fā)展，供熱事業(yè)突飛猛進(jìn)，能源供應(yīng)面臨緊迫形勢(shì)下，對(duì)供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行再進(jìn)行深化認(rèn)識(shí)是很有必要的。
一、多熱源聯(lián)網(wǎng)的必要性
這些年，由于對(duì)生態(tài)、環(huán)保的重視以及能源供應(yīng)的緊張，人們?cè)谔接懜鞣N能源利用的同時(shí)，在供熱界展開了何種供熱方式最好的爭(zhēng)論。我認(rèn)為：在我國(guó)，只要以煤為主的能源格局不改變，那么就全國(guó)范圍而言，集中供熱顯然應(yīng)該是供熱的主要方式，這是不言而喻的。但我同時(shí)以為，現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急，應(yīng)該把更多的注意力放在“如何保持和提高集中供熱在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中”的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上，因?yàn)?ldquo;龍頭老大”的地位是“爭(zhēng)來的”不是“封下的”。提高集中供熱的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以有很多措施，多熱源聯(lián)網(wǎng)就是其中的一項(xiàng)重要措施。
1．充分發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢(shì)、提高供熱的經(jīng)濟(jì)性
供熱負(fù)荷通常分為基本負(fù)荷和尖峰負(fù)荷。我國(guó)三北地區(qū)，供熱天數(shù)大致在3個(gè)月至6個(gè)月左右，其中大部分時(shí)間運(yùn)行在基本負(fù)荷下，只有一個(gè)月左右的時(shí)間運(yùn)行在尖峰負(fù)荷下。雖然尖峰負(fù)荷全年的運(yùn)行時(shí)間少，但它的小時(shí)熱負(fù)荷值卻很大，一般要占到設(shè)計(jì)熱負(fù)荷（即最大熱負(fù)荷）的20~50%左右。對(duì)于單熱源的供熱系統(tǒng)，為了保證尖峰熱負(fù)荷的需要，通常供熱設(shè)備要設(shè)置相當(dāng)大的裝機(jī)容量，這是集中供熱投資大的一條重要原因。
如果把單熱源供熱系統(tǒng)改造為多熱源聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，由主熱源擔(dān)負(fù)基本熱負(fù)荷，尖峰熱源承擔(dān)尖峰熱負(fù)荷，這樣不但可以減少龐大設(shè)備進(jìn)而減少初投資，而且可以使更多的設(shè)備在滿負(fù)荷下亦即高效率下運(yùn)行，其節(jié)能效果、降低運(yùn)行成本的效果是非常顯著的。特別對(duì)于以熱電廠為主的多熱網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，一般熱電廠承擔(dān)基本負(fù)荷，（熱化系數(shù)多為0.5~0.8），更能充分發(fā)揮其高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，多年運(yùn)行實(shí)踐，都證明了這一點(diǎn)。
北京市是全國(guó)最大的供熱系統(tǒng)，2000年開始實(shí)行多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行[8]。東區(qū)，華能熱電廠為主熱源，供暖季全時(shí)運(yùn)行，擔(dān)負(fù)728Gcal/h的基本負(fù)荷，左家莊、方莊為二個(gè)調(diào)峰供熱廠，分別擔(dān)負(fù)300Gcal/h、250Gcal/h熱負(fù)荷；西區(qū)，京能（石景山）熱電廠為主熱源，擔(dān)負(fù)615.7Gcal/h基本負(fù)荷，雙榆樹供熱廠為調(diào)峰熱源，擔(dān)負(fù)300Gcal/h的調(diào)峰負(fù)荷。自從多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行以來，左家莊、方莊、雙榆樹三個(gè)調(diào)峰供熱廠不再全供暖季運(yùn)行，只是室外溫度低于-4℃啟動(dòng)。全年運(yùn)行一個(gè)多月時(shí)間。上述主熱源是熱電廠，燒煤高效，熱力集團(tuán)購(gòu)進(jìn)熱價(jià)12.8元/GJ，而三個(gè)調(diào)峰供熱廠，均燃天然氣，生產(chǎn)成本近80元/GJ，可見多熱源聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。
2．提高了供熱系統(tǒng)的可調(diào)性和可靠性，改善了供熱效果。多熱源聯(lián)網(wǎng)的供熱系統(tǒng)，由于系統(tǒng)規(guī)模大，通常多設(shè)計(jì)為環(huán)形網(wǎng)，并在環(huán)網(wǎng)干線上配置調(diào)節(jié)閥門，這樣無論熱源還是管網(wǎng)，都增加了互補(bǔ)性，一旦出現(xiàn)故障甚至事故，都不必停運(yùn)維修，只要通過正確的適時(shí)協(xié)調(diào)、調(diào)節(jié)調(diào)度，就可以達(dá)到供熱需要，這種通過提高供熱系統(tǒng)的可調(diào)性和可靠性，進(jìn)而改善供熱效果，是多熱源聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
北京市東部地區(qū)的熱源供熱量相對(duì)比較充足，而西部地區(qū)熱源比較緊張，再加過去的供熱干線基本上都是樹支狀分布，地處市中心部位的熱力站（如市政管委）始終地處東西熱源的最末端，長(zhǎng)期供熱效果不理想，往往需要增設(shè)回水加壓泵維持運(yùn)行。自從市中心供熱管網(wǎng)改造為環(huán)形管網(wǎng)，并實(shí)行多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行以來，非常理想地實(shí)現(xiàn)了“東熱西送”，最不利的末端熱力站供回水壓差都能保持在0.15Mpa以上，供熱效果明顯改善。這是多熱源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行提高系統(tǒng)可調(diào)性的有力證明[8]。
包頭熱力公司所屬的供熱系統(tǒng)，為雙熱源聯(lián)網(wǎng)供熱[7]。主熱源為熱電廠，調(diào)峰熱源為2臺(tái)29MW的熱水鍋爐。他們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，很好地說明了多熱源聯(lián)網(wǎng)能有效提高供熱系統(tǒng)的可靠性。1995年12月12日至16日，調(diào)峰熱源一臺(tái)鍋爐除渣機(jī)發(fā)生事故，停爐檢修，此時(shí)正值室外溫度-12.3~13.5℃的寒冷天氣，供熱廠的供水溫度只能送出53~55℃（要求實(shí)際供水溫度為73℃），近75萬m2的熱用戶達(dá)不到室溫要求，居民反映強(qiáng)烈。這時(shí)進(jìn)行緊急協(xié)調(diào)調(diào)度，使熱電廠的運(yùn)行流量由3350t/h，增加到3540t/h，調(diào)峰供熱廠的循環(huán)流量從910t/h降為720t/h，這樣使熱電廠的供水溫度始終保持在73℃左右，而調(diào)峰熱源供水溫度提高到63~65℃，延伸熱電廠的供熱面積，保證了熱用戶的基本供熱需求，贏得了必要的搶修時(shí)間。
3．促進(jìn)高新技術(shù)的應(yīng)用，提高管理運(yùn)行水平
燃煤的集中供熱系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的能效，其發(fā)展趨勢(shì)仍然是我們一貫堅(jiān)持的——擴(kuò)大供熱規(guī)模，提高鍋爐熱容量，實(shí)現(xiàn)大型集中供熱。現(xiàn)在，全國(guó)范圍內(nèi)，鍋爐容量為29MW、56MW，供熱面積在幾百萬平方米以上的供熱系統(tǒng)越來越多。在這種情況下，如何克服粗放經(jīng)營(yíng)，如何提高管理運(yùn)行水平？進(jìn)而提高市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)能力？唯一的出路，就是從設(shè)計(jì)、施工安裝到管理運(yùn)行加大供熱系統(tǒng)的技術(shù)含量。當(dāng)前，緊迫的任務(wù)，就是大型集中供熱系統(tǒng)，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上實(shí)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控、變頻調(diào)速、信息管理、優(yōu)化調(diào)度、計(jì)量收費(fèi)等高新技術(shù)，我國(guó)的供熱事業(yè)才能在經(jīng)濟(jì)、可靠和有效的目標(biāo)中健康發(fā)展。
二、協(xié)調(diào)運(yùn)行的基本原則
對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)的供熱系統(tǒng)，往往都是比較大型的，其供熱面積常常在幾百萬平方米以上。一般系統(tǒng)構(gòu)成也比較復(fù)雜。除多個(gè)熱源外，常有多種類型熱負(fù)荷的需求；在連接方式上，可能既有間接連接，也有直接連接，還有不同功能的增壓泵、混水泵。在這種情況下，為供熱系統(tǒng)的合理運(yùn)行提出了許多新課題：各熱源是同時(shí)啟動(dòng)，還是遞序啟動(dòng)？是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行還是摘網(wǎng)運(yùn)行？同樣，各泵站中水泵何時(shí)啟動(dòng)、何時(shí)關(guān)停？是起增壓作用還是混水作用？在熱源、水泵的不同工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的運(yùn)行工況能不能滿足用熱的需求？所有這些問題，都應(yīng)該通過管理層的協(xié)調(diào)運(yùn)行來解決。根據(jù)這些年國(guó)內(nèi)外運(yùn)行實(shí)踐，我認(rèn)為在制定系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行方案時(shí)，必須遵循以下三條基本原則。
1．熱量平衡
制定各熱源協(xié)調(diào)運(yùn)行方案，主要目的是確定哪個(gè)熱源是主熱源？哪些熱源是調(diào)峰熱源？各熱源承擔(dān)的供熱量是多少？以及各熱源的啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。
確定多熱源協(xié)調(diào)運(yùn)行方案的基本依據(jù)是熱量平衡，這里所說的熱量平衡，應(yīng)該包括三個(gè)涵義：
1）在供熱期間，各熱源總供熱量應(yīng)等于熱用戶總需熱量；
2）在各個(gè)不同外溫區(qū)段，各熱源的小時(shí)供熱量之和應(yīng)等于同一時(shí)段內(nèi)熱用戶的小時(shí)需熱量之和；
3）在同一時(shí)段，每個(gè)熱源的小時(shí)供熱量應(yīng)等于該熱源所承擔(dān)的用戶的小時(shí)需熱量。
在進(jìn)行熱量平衡的過程中，應(yīng)詳細(xì)繪制當(dāng)?shù)氐墓嶝?fù)荷延續(xù)圖。根據(jù)各熱源的產(chǎn)熱設(shè)備（熱電廠的供熱站或鍋爐房的鍋爐）的供熱能力，結(jié)合供熱負(fù)荷延續(xù)圖給出的不同外溫下的需熱量，制定協(xié)調(diào)運(yùn)行方案。總的原則是主熱源承擔(dān)基本熱負(fù)荷，并在整個(gè)運(yùn)行期間，力爭(zhēng)全時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行。無論是主熱源，還是調(diào)峰熱源，各個(gè)產(chǎn)熱設(shè)備，凡是成本低、能耗少、效率高的應(yīng)優(yōu)先投運(yùn)，并盡可能地延長(zhǎng)其運(yùn)行時(shí)間，以提高其經(jīng)濟(jì)性。為了更科學(xué)更有效地進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行，通常借助優(yōu)化理論編制的軟件完成優(yōu)化計(jì)算。我們采用遺傳算法，編制了多熱源聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行軟件，取得了很好效果。這種遺傳算法，是近年來國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展的一種最優(yōu)化理論，它屬于并行算法，即在同一時(shí)刻，可從多個(gè)方向進(jìn)行搜索，不但尋優(yōu)速度 快，而且避免了繁雜的數(shù)學(xué)建模。將這種優(yōu)化算法，移植于多熱源聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行方案制定上，一定有廣闊前景。
多熱源的產(chǎn)熱設(shè)備其供熱量常常與熱用戶的需熱量不相匹配，特別是在初寒期，即在供暖初期和末期，經(jīng)常出現(xiàn)供熱量多于需熱量的情形，造成不必要的能源浪費(fèi)。在這種情況下，國(guó)外多采用儲(chǔ)熱罐，將多余熱量?jī)?chǔ)存起來，在用熱需求增加時(shí)，添補(bǔ)熱源的供熱量。這種儲(chǔ)熱罐，在儲(chǔ)熱時(shí)相當(dāng)于一個(gè)熱用戶；在對(duì)外供熱時(shí)，又相當(dāng)于一個(gè)熱源。因此，儲(chǔ)熱罐的運(yùn)行方式，應(yīng)該在多熱源協(xié)調(diào)運(yùn)行方案的制定過程中一并考慮。北京熱力集團(tuán)，基于上述原因，正在多熱源的供熱系統(tǒng)上增設(shè)一個(gè)6000立方米的儲(chǔ)熱罐，屆時(shí)，節(jié)能的方式又將增加一種新的手段。
2．流量平衡
多熱源在協(xié)調(diào)運(yùn)行方案的指導(dǎo)下運(yùn)行，供熱系統(tǒng)的總供熱量與總需熱量和小時(shí)總供熱量與小時(shí)總需熱量的平衡比較容易實(shí)現(xiàn)，但各熱用戶的小時(shí)供熱量與小時(shí)需熱量的平衡卻比較難實(shí)現(xiàn)，這里存在一個(gè)總供熱量與總需熱量平衡時(shí)，各熱用戶還要完成一個(gè)供熱量再分配的問題。一般情況下，各熱用戶的供水溫度是相等的（忽略管網(wǎng)溫降），這時(shí)決定供熱量是否滿足需熱量，主要取決供水量。因此，要想全面實(shí)現(xiàn)熱量平衡，還必須進(jìn)行流量平衡。
這里所說流量平衡，應(yīng)該包括兩層涵義
1）供熱系統(tǒng)各區(qū)段總實(shí)際循環(huán)流量應(yīng)該等于該區(qū)段的理想流量；
2）各熱用戶的實(shí)際循環(huán)流量應(yīng)該等于該熱用戶的理想流量。
我們所說的理想流量，在設(shè)計(jì)工況下即為設(shè)計(jì)流量；在非設(shè)計(jì)工況下，則是最佳循環(huán)流量。
對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各區(qū)段的實(shí)際循環(huán)流量與理想循環(huán)流量的平衡，其目的是有效劃分各熱源的供熱區(qū)段或供熱范圍。核心技術(shù)手段是確定供熱系統(tǒng)的水力匯交點(diǎn)。水力匯交點(diǎn)，一般有兩種情況：一種情況是該點(diǎn)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)（通常為某一干管）；一種情況是該點(diǎn)成為兩股流體相向流動(dòng)的匯交點(diǎn)（一般在干管三通處）。對(duì)于均勻流動(dòng)的單環(huán)供熱系統(tǒng)，一般幾個(gè)熱源聯(lián)網(wǎng)就有幾個(gè)匯交點(diǎn)（對(duì)于多環(huán)網(wǎng)，每個(gè)環(huán)網(wǎng)至少有一個(gè)匯交點(diǎn)）。匯交點(diǎn)類似于關(guān)斷閥門，相當(dāng)于把一個(gè)多熱源的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解列為多個(gè)單熱源供熱系統(tǒng)，每個(gè)熱源承擔(dān)一定范圍的供熱面積。因此，在多熱源聯(lián)網(wǎng)時(shí)，總供熱量與總需熱量平衡的條件下，只要水力匯交點(diǎn)能按設(shè)計(jì)意圖選取，那么各熱源所承擔(dān)的區(qū)段供熱量一定會(huì)與該區(qū)段的需熱量相平衡。
熱用戶實(shí)際循環(huán)流量與理想流量的平衡，要通過流量調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)：在設(shè)計(jì)工況，通過初調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)；在非設(shè)計(jì)工況，則要通過中央和局部的變流量調(diào)節(jié)來完成。
3．壓力平衡
在現(xiàn)實(shí)的供熱系統(tǒng)中，不可能在各環(huán)路、各支線都安裝流量計(jì)，因此，用流量計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)判斷是否達(dá)到流量平衡是困難的。但是，流量和壓力二個(gè)參數(shù)，存在著確定的函數(shù)關(guān)系，而且其變化值的反映速度非常快，等于聲音在水中的傳播速度，即流量、壓力的變化，可以在1秒鐘內(nèi)傳遞到1公里遠(yuǎn)的距離。因此，采用壓力平衡，間接判斷流量是否平衡，不但直觀、有效而且快速，是非常理想的。
多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓力平衡要完成的主要內(nèi)容為：
1）使設(shè)定匯交點(diǎn)處的區(qū)段供水壓力最低，回水壓力最高；
2）熱用戶（含熱力站）的實(shí)際資用壓頭等于其理想資用壓頭；
3）各熱源承擔(dān)的分區(qū)供熱系統(tǒng)，其各個(gè)恒壓點(diǎn)壓力必須在設(shè)定的數(shù)值下運(yùn)行。
上述的第一條，是企圖說明采用壓力平衡，尋找系統(tǒng)匯交點(diǎn)的方法；第二條是借用滿足用戶資用壓頭平衡來實(shí)現(xiàn)熱用戶流量的平衡；第三條則是保證全網(wǎng)壓力穩(wěn)定進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各熱源間流量均勻分配的重要措施。
三、多點(diǎn)補(bǔ)水與多點(diǎn)定壓
對(duì)于單熱源供熱系統(tǒng)，一般只有一個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)，一個(gè)定壓點(diǎn)；對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，情況比較復(fù)雜：最常見的是有幾個(gè)熱源運(yùn)行，就有幾個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)補(bǔ)水，幾個(gè)定壓點(diǎn)定壓；當(dāng)主熱源單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，常因其自身的補(bǔ)水量不足，需要其他熱源同時(shí)補(bǔ)水定壓。因此，多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，一個(gè)重要特點(diǎn)是多點(diǎn)補(bǔ)水和多點(diǎn)定壓。當(dāng)然，也有特殊情況，當(dāng)主熱源補(bǔ)水量充足時(shí)，只主熱源單點(diǎn)補(bǔ)水、單點(diǎn)定壓的情形。
對(duì)于多熱源的單點(diǎn)補(bǔ)水、單點(diǎn)定壓，其操作方法和單熱源的單點(diǎn)補(bǔ)水單點(diǎn)定壓基本上沒有什么區(qū)別。這里主要討論多點(diǎn)補(bǔ)水和多點(diǎn)定壓的情況。在以往多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，往往各熱源的分系統(tǒng)循環(huán)流量出現(xiàn)過大的不平衡現(xiàn)象（有的熱源循環(huán)流量過大，有的熱源循環(huán)流量過小）以及系統(tǒng)倒空、串氣現(xiàn)象。這些故障的發(fā)生，基本上都是因?yàn)槎帱c(diǎn)補(bǔ)水、多點(diǎn)定壓的設(shè)計(jì)不合理或運(yùn)行操作不當(dāng)造成的。因此，多點(diǎn)補(bǔ)水與多點(diǎn)定壓的正確設(shè)計(jì)、合理運(yùn)行對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)流量平衡具有重要意義。
1．多熱源聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有多個(gè)恒壓點(diǎn)
對(duì)于單熱源供熱系統(tǒng)，具有唯一的恒壓點(diǎn)，其位置在最靠近熱源的最高建筑物的回水干管連接點(diǎn)上[1]。該恒壓點(diǎn)的壓力值即靜水壓線值應(yīng)等于最高建筑物高度與供水溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力之和。對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，由于水力匯交點(diǎn)的存在，實(shí)際上以匯交點(diǎn)為界，把多熱源供熱系統(tǒng)分成了若干個(gè)（由熱源個(gè)數(shù)確定）單熱源供熱系統(tǒng)，這樣，原來的最高建筑，現(xiàn)在只屬于其中的一個(gè)單熱源供熱系統(tǒng)，而其他的單熱源供熱系統(tǒng)，將各有一個(gè)新的最高建筑。由于每一個(gè)單熱源供熱系統(tǒng)有一個(gè)唯一的恒壓點(diǎn)，從而導(dǎo)致多熱源聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有若干個(gè)恒壓點(diǎn)。雖然各個(gè)單熱源供熱系統(tǒng)都具有相同的靜水壓線即同值恒壓點(diǎn)壓力，但在運(yùn)行過程中，每個(gè)分系統(tǒng)都以各自的恒壓點(diǎn)為軸心，呈現(xiàn)不同的水壓分布（即水壓圖，見圖1所示）從圖1中看出，只主熱源（熱源1）運(yùn)行時(shí)，水壓圖為實(shí)線（只畫出熱源1、2之間的水壓圖），這時(shí)的恒壓點(diǎn)為O1；當(dāng)熱源1、2同時(shí)運(yùn)行時(shí)，水壓圖由虛線表示，則此時(shí)有二個(gè)恒壓點(diǎn)O1和O2。由此說明，在整個(gè)運(yùn)行季節(jié)，隨著室外溫度的變化，供熱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的熱源數(shù)目也隨著變化，系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的數(shù)目也跟著變化，導(dǎo)致系統(tǒng)水力工況的變化更加繁雜。在多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)中，了解其具有多個(gè)恒壓點(diǎn)這一特性，對(duì)于正確分析水力工況和正確確定多點(diǎn)補(bǔ)水定壓方式顯得至關(guān)重要。
2．多點(diǎn)旁通定壓
通常人們把供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的入口點(diǎn)作為系統(tǒng)恒壓點(diǎn)，然而這是不對(duì)的。只要細(xì)致觀察循環(huán)水泵入口點(diǎn)，在循環(huán)泵運(yùn)行與停止?fàn)顟B(tài)下，其壓力值不是定值就是證明。基于這種誤解，把循環(huán)水泵入口點(diǎn)作為系統(tǒng)定壓點(diǎn)定壓也是不對(duì)的。對(duì)于供熱規(guī)模較小，熱用戶建筑簡(jiǎn)單的單熱源供熱系統(tǒng)，上述作法可能不致造成太多故障，但對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)的供熱系統(tǒng)，就必須謹(jǐn)慎處理了。因?yàn)橛蓤D1可知，在所有熱源循環(huán)水泵停運(yùn)狀態(tài)下，各個(gè)循環(huán)水泵入口點(diǎn)的壓力都相等，即為靜水壓線值；此時(shí)熱源1循環(huán)水泵入口點(diǎn)壓力值由a0表示；當(dāng)只有熱源1（即主熱源）啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，該循環(huán)泵入口點(diǎn)的壓力值降低變?yōu)閍1；當(dāng)熱源1、2聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，熱源1循環(huán)水泵入口點(diǎn)的壓力變?yōu)閍2，此時(shí)a2壓力值大于a1壓力值，熱源2循環(huán)水泵入口點(diǎn)壓力為b2，其值低于靜水壓線值。從這里可以看出：不同的運(yùn)行工況，各個(gè)熱源循環(huán)水泵入口點(diǎn)的壓力值不同，其值，首先決定于該系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的位置距熱源的距離，其次決定于該恒壓點(diǎn)至熱源回水干線的壓力降。對(duì)于多熱源的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，由于運(yùn)行的熱源數(shù)目和恒壓點(diǎn)數(shù)目、位置以及管網(wǎng)流量分布都是變數(shù)，導(dǎo)致各熱源循環(huán)水泵入口點(diǎn)的壓力，隨時(shí)都是變動(dòng)的，因此，采用該入口點(diǎn)進(jìn)行定壓點(diǎn)定壓，勢(shì)必造成定壓的失真、失控，對(duì)系統(tǒng)的安全性形成嚴(yán)重威脅。
圖1 多熱源聯(lián)網(wǎng)的多個(gè)恒壓點(diǎn)
（注：右端水壓圖略）
對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的供熱系統(tǒng)，正確的方法應(yīng)該采用多點(diǎn)旁通同值定壓。具體作法是：在各熱源循環(huán)水泵的進(jìn)出口設(shè)置旁通測(cè)壓管（直徑在DN25~DN40之間），檢測(cè)旁通測(cè)壓管上安裝的壓力傳感器，通過對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)水量的控制（補(bǔ)水泵最好選用變頻調(diào)速控制），使旁通測(cè)壓管上的壓力傳感器的壓力始終保持靜水壓線值。這種定壓方式的優(yōu)點(diǎn)，是在旁通測(cè)壓管上控制系統(tǒng)恒壓點(diǎn)壓力，從而回避了熱源運(yùn)行數(shù)目不同進(jìn)而引起系統(tǒng)恒壓點(diǎn)變動(dòng)的復(fù)雜性，不但準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便而且安全可靠。
當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí)，只要壓力條件允許，不管有多少定壓點(diǎn)和補(bǔ)水點(diǎn)，最理想的是采用同值定壓，即各個(gè)定壓點(diǎn)都維持同一數(shù)值的靜水壓線值。當(dāng)?shù)匦胃卟畲螅荒軐?shí)現(xiàn)同值定壓時(shí)，可采用異值定壓，即建立二個(gè)或二個(gè)以上的靜壓區(qū)，其方法見參考[1]。為了便于控制，補(bǔ)水點(diǎn)應(yīng)靠近定壓點(diǎn)。由于循環(huán)水泵的入口點(diǎn)，通常是系統(tǒng)壓力的最低點(diǎn)，為便于補(bǔ)水，補(bǔ)水點(diǎn)常常設(shè)在該點(diǎn)的附近。但必須注意：循環(huán)水泵入口點(diǎn)的壓力不宜過低，除防止系統(tǒng)倒空外，還應(yīng)避免其壓力值低于補(bǔ)水箱的高度，進(jìn)而造成補(bǔ)水失控。預(yù)防的措施是，調(diào)整旁通測(cè)壓管上的調(diào)節(jié)閥門（前提是壓力傳感器的壓力值不變），使循環(huán)水泵入口點(diǎn)壓力保持在允許范圍內(nèi)。這種調(diào)節(jié)是在供熱系統(tǒng)試運(yùn)行期間完成的，不必在運(yùn)行過程頻繁操作，因而簡(jiǎn)單方便。
四、系統(tǒng)的工況調(diào)節(jié)
在多熱源聯(lián)網(wǎng)的供熱系統(tǒng)中，工況調(diào)節(jié)，包括水力工況調(diào)節(jié)和熱力工況調(diào)節(jié)。水力工況調(diào)節(jié)，指的是在各種工況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流量平衡，亦即壓力平衡；熱力工況調(diào)節(jié)，是指在各種工況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱量平衡。供熱系統(tǒng)的運(yùn)行工況，主要包括設(shè)計(jì)工況，調(diào)節(jié)工況和事故工況：在設(shè)計(jì)外溫下，按照設(shè)計(jì)負(fù)荷、設(shè)計(jì)流量運(yùn)行的工況稱為設(shè)計(jì)工況；在其它外溫下，按照既定的調(diào)節(jié)方式以理想負(fù)荷、理想流量運(yùn)行的工況稱為調(diào)節(jié)工況；在事故狀態(tài)下，滿足最大需求的運(yùn)行工況稱為事故工況。在多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中，隨著室外溫度的不斷變化，熱源的運(yùn)行數(shù)目（包括機(jī)組的臺(tái)數(shù)）也跟著變化，因此工況的變動(dòng)將更加復(fù)雜。在這種情況下，正確掌握工況變動(dòng)規(guī)律，實(shí)施合理的調(diào)節(jié)，滿足供熱需求，就顯得更為重要。
1．根據(jù)多熱源環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)施調(diào)節(jié)
多熱源聯(lián)網(wǎng)特別是多熱源環(huán)形聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，第一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有中和點(diǎn)即水力匯交點(diǎn)，其個(gè)數(shù)，可由如下公式[3]表示：
1≤M≤R+H-1
式中： M—水力匯交點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
R—熱源的數(shù)目；
H—系統(tǒng)環(huán)形回路的個(gè)數(shù)。
對(duì)于樹枝狀雙熱源供熱系統(tǒng)，有一個(gè)水力匯交點(diǎn)；具有單熱源一個(gè)環(huán)形回路的供熱系統(tǒng)也只有一個(gè)水力匯交點(diǎn)；當(dāng)熱源、熱負(fù)荷分布均勻時(shí)，水力匯交點(diǎn)的數(shù)目將等同熱源的數(shù)目。多熱源聯(lián)網(wǎng)水力工況調(diào)節(jié)，首要的任務(wù)，就是根據(jù)設(shè)計(jì)方案，調(diào)整水力匯交點(diǎn)，其他調(diào)節(jié)應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。
多熱源環(huán)形聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)的第二個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特殊性[2]、[5]。按照?qǐng)D論網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)于單熱源樹枝狀供熱系統(tǒng)，其熱用戶數(shù)即等于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連支數(shù)，亦即熱用戶數(shù)的流量是獨(dú)立變量，只要所有熱用戶的流量確定，則整個(gè)系統(tǒng)各管段的流量即可確定。換句話說，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定后（管長(zhǎng)、管徑及閥門閥位一定），按照一定方法，只要對(duì)各熱用戶進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可達(dá)到其理想流量的數(shù)值。但多熱源環(huán)形聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，則有明顯區(qū)別：除任意一個(gè)熱源外，其它熱源和所有熱用戶皆為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連支，每一環(huán)形回路還必須有任意一雙供回水干管為連支，才能組成全部連支向量。這就是說，除一個(gè)熱源外，其他熱源和熱用戶的流量都是獨(dú)立變量，但要想確定整個(gè)供熱系統(tǒng)各管段的流量時(shí)，還必須讓每一環(huán)形回路上的一雙供回水干管的流量成為獨(dú)立變量，若從流量調(diào)節(jié)的角度考慮，要想使各個(gè)熱用戶達(dá)到要求的流量，除了對(duì)各熱用戶進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還必須同時(shí)對(duì)每一環(huán)形回路上選定的一對(duì)供回水干管實(shí)施調(diào)節(jié)，目的才能實(shí)現(xiàn)。了解多熱源環(huán)形網(wǎng)的上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減少其工況調(diào)節(jié)的盲目性是至關(guān)重要的。
2．水力工況調(diào)節(jié)
水力工況調(diào)節(jié)的目的，就是實(shí)現(xiàn)不同調(diào)節(jié)工況下的系統(tǒng)流量平衡，亦即壓力平衡。總結(jié)多年的理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，調(diào)節(jié)方法可采取以下步驟進(jìn)行：
1）首先制定全年運(yùn)行方案：根據(jù)室外氣象資料，確定初寒期、寒冷期和嚴(yán)寒期，各個(gè)熱源的運(yùn)行時(shí)間、承擔(dān)的供熱負(fù)荷數(shù)量以及相應(yīng)時(shí)間下起運(yùn)的機(jī)組（發(fā)電機(jī)組或鍋爐臺(tái)數(shù)）臺(tái)數(shù)。在此基礎(chǔ)上，擬定循環(huán)水泵、增壓泵、混水泵的運(yùn)行方案，落實(shí)運(yùn)行臺(tái)數(shù)、運(yùn)行流量和揚(yáng)程大小并制定系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)的位置。上述運(yùn)行方案的制定，最理想的方法是通過優(yōu)化調(diào)度程序軟件進(jìn)行；如果條件不具備可在工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，盡量做到量化性的估算。
2）調(diào)整系統(tǒng)工況，按既定的水力匯交點(diǎn)運(yùn)行。這是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量平衡最關(guān)鍵的一步措施。因?yàn)橹挥兴R交點(diǎn)調(diào)整到位，才能表明系統(tǒng)按計(jì)劃分割（多熱源聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分割為若干個(gè)單熱源的分系統(tǒng)）完成。這時(shí)，各熱源與所承擔(dān)的熱用戶，其總循環(huán)流量才算達(dá)到了供需平衡。當(dāng)然，在進(jìn)行這一步的現(xiàn)場(chǎng)操作前，系統(tǒng)的定壓必須正常，各循環(huán)水泵和其他功能水泵其運(yùn)行臺(tái)數(shù)和主要參數(shù)必須和預(yù)先制定的運(yùn)行方案相一致。
整定系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)，有多種調(diào)節(jié)方法，但最簡(jiǎn)便快速的方法是緩慢調(diào)節(jié)環(huán)形回路中供回水干管上的閥門，使設(shè)定中的水力匯交點(diǎn)處的供水干管上的壓力值最低、回水干管上的壓力值最高（在相鄰區(qū)段內(nèi)）；如果滿足了上述壓力參數(shù)的要求，則該點(diǎn)必定為設(shè)定的水力匯交點(diǎn)。當(dāng)然在調(diào)節(jié)干管閥門的過程中，各熱源循環(huán)水泵的主要參數(shù)也會(huì)有所變動(dòng)，應(yīng)相應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。
在整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行期間，隨著熱源投運(yùn)的數(shù)目不同，系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置也隨著變動(dòng)。但系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)不必頻繁地進(jìn)行人工整定，只是在有數(shù)的幾次大的工況變動(dòng)（如熱源或產(chǎn)熱機(jī)組投運(yùn)的變數(shù)大）時(shí)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在正常運(yùn)行中，當(dāng)各熱源的供水溫度相同時(shí)，主要監(jiān)控各熱源的總回水溫度是否相同；如果總回水溫度出現(xiàn)不一致，再進(jìn)行水力匯交點(diǎn)的調(diào)整[6]。圖2給出了熱源變動(dòng)情況下，系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)的調(diào)整示意圖。
圖2 多熱源聯(lián)網(wǎng)水力匯交點(diǎn)調(diào)整
3）調(diào)整熱用戶流量，實(shí)現(xiàn)供需平衡。在系統(tǒng)水力匯交點(diǎn)的調(diào)整工作完成后，一個(gè)多熱源聯(lián)網(wǎng)環(huán)形供熱系統(tǒng)就變成了若干個(gè)單熱源的樹枝狀供熱分系統(tǒng)。此時(shí)系統(tǒng)熱用戶的流量調(diào)節(jié)即水力平衡問題，就變成了人們相當(dāng)熟悉的技術(shù)問題了。在計(jì)量收費(fèi)的前提下，在室內(nèi)系統(tǒng)散熱器旁設(shè)置的恒溫閥，是熱用戶流量調(diào)節(jié)的核心設(shè)備。與之配套的手動(dòng)平衡閥、自力式平衡閥（限流閥）、壓差調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的作用都是為恒溫閥創(chuàng)造一個(gè)良好的工作條件。對(duì)于手動(dòng)平衡閥，國(guó)外有補(bǔ)償法、比例法，國(guó)內(nèi)有模擬分析法、計(jì)算機(jī)法和快速簡(jiǎn)易法等調(diào)節(jié)方法可采用，一般都能達(dá)到良好效果。
3．熱力工況調(diào)節(jié)
熱力工況調(diào)節(jié)，實(shí)際上是通過對(duì)供熱系統(tǒng)供、回水溫度和系統(tǒng)循環(huán)流量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)供熱量的調(diào)節(jié)，達(dá)到供熱量與需熱量的平衡。在實(shí)際運(yùn)行中，著重進(jìn)行熱源和熱力站（或熱用戶入口）兩級(jí)調(diào)節(jié)。只要供水溫度按照設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)曲線運(yùn)行，在熱用戶系統(tǒng)只進(jìn)行局部的流量平衡調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)供熱量調(diào)節(jié)的目的。
熱力工況調(diào)節(jié)主要有質(zhì)調(diào)節(jié)（即定流量調(diào)節(jié)）、質(zhì)量并調(diào)（變流量調(diào)節(jié)）等方法。質(zhì)調(diào)節(jié)只調(diào)節(jié)一、二次網(wǎng)的供、回水溫度。質(zhì)量并調(diào)則既調(diào)節(jié)一、二次網(wǎng)的供回水溫度，又調(diào)節(jié)一、二次網(wǎng)的循環(huán)流量。質(zhì)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單易操作，但不節(jié)電。質(zhì)量并調(diào)不但節(jié)電，而且從室內(nèi)系統(tǒng)消除垂直失調(diào)而言，是最佳的調(diào)節(jié)方法。實(shí)施計(jì)量收費(fèi)的供熱系統(tǒng)，應(yīng)該優(yōu)先采用質(zhì)量并調(diào)。特別在變頻調(diào)速技術(shù)相當(dāng)成熟的現(xiàn)在，更應(yīng)如此。熱用戶室內(nèi)系統(tǒng)的形式（單、雙管系統(tǒng)）不同，質(zhì)、量并調(diào)的調(diào)節(jié)曲線也不同，但參數(shù)的計(jì)算值差別不是很大，在熱源和熱力站，可只按其中一種系統(tǒng)形式（如按雙管系統(tǒng)）的調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)偏差可由室內(nèi)的恒溫閥的調(diào)節(jié)作用提供補(bǔ)償。
對(duì)于多熱源聯(lián)網(wǎng)，各熱源應(yīng)采用同一種調(diào)節(jié)方法，即采用相同的溫度流量調(diào)節(jié)曲線，保證在同一室外溫度下，各熱源都有相同的供水溫度。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，除鍋爐實(shí)行燃燒自動(dòng)控制外，在熱源處通過旁通管進(jìn)行供回水的混合也不失為一種適用的供水溫度調(diào)節(jié)方法[6]。
實(shí)現(xiàn)各熱源供水溫度的一致性，主要為了便于運(yùn)行管理。當(dāng)各熱源供水溫度出現(xiàn)不一致時(shí)，系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)同樣能安全運(yùn)行。如果系統(tǒng)作到了流量平衡，則各熱源的總回水溫度也出現(xiàn)不一致，但各熱源的供回水溫差將相同。出現(xiàn)事故工況，當(dāng)某一熱源或某一干管不能正常運(yùn)行時(shí)，將按事故工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。此時(shí)，常常采取提高某個(gè)熱源（無事故）的供水溫度以最大限度減少供熱量的不足，這種措施，往往能收到理想的效果[7]。
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