大慶乘銀集中供熱系統(tǒng)多熱源聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行研究

潘澤鋒 王永存 （大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

多熱源聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是國外供熱先進(jìn)國家為節(jié)約能源、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，在綜合運(yùn)用水泵調(diào)速技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)的熱水管網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)[1]。大慶油田乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)東湖、乘風(fēng)、測(cè)井、銀浪、創(chuàng)業(yè)城、 八百坰地區(qū)供暖任務(wù)， 總供暖面積1 375.25×104m2。區(qū)域內(nèi)有宏偉熱電廠、乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房、銀浪燃煤鍋爐房、八百坰燃煤鍋爐房4座熱源和89 座熱力站。4 座熱源聯(lián)網(wǎng)供熱前，特別是供熱初末期階段，各熱源未能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率較低。這不僅造成了能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且熱源的低效率運(yùn)行也大大降低了集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[2]。

原大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部通過對(duì)乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)各個(gè)熱源和熱網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃整合，建立了“大熱源、大聯(lián)網(wǎng)、大調(diào)度”供熱運(yùn)行體系，4 座熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行增強(qiáng)了各熱源的互補(bǔ)性和經(jīng)濟(jì)性[3]。

1 熱源情況

乘銀集中供熱系統(tǒng)主要有宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房、銀浪燃煤鍋爐房和乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房4座熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

1） 宏偉熱電廠一期工程負(fù)責(zé)向乘銀網(wǎng)供熱，設(shè)計(jì)供熱能力360 MW，最大平穩(wěn)供熱能力為320 MW（1 150 GJ/h）。受系統(tǒng)壓力制約，運(yùn)行高峰期可提供305 MW（1 100 GJ/h）供熱負(fù)荷。

2）八百坰燃煤鍋爐房現(xiàn)有5 臺(tái)29 MW 熱水鍋爐，設(shè)計(jì)總供熱能力145 MW，最高可提供130 MW運(yùn)行負(fù)荷。

3） 銀浪燃煤鍋爐房現(xiàn)有4 臺(tái)58 MW 熱水鍋爐，設(shè)計(jì)總供熱能力232 MW，最高可提供220 MW運(yùn)行負(fù)荷。

4） 乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房現(xiàn)有5 臺(tái)70 MW 熱水鍋爐，設(shè)計(jì)總供熱能力350 MW，最高可提供350 MW運(yùn)行負(fù)荷。

乘銀地區(qū)供熱系統(tǒng)4 座熱源聯(lián)網(wǎng)后，形成了以宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房為主熱源，乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房、銀浪燃煤鍋爐房為調(diào)峰熱源的四熱源聯(lián)網(wǎng)集中供熱系統(tǒng)，整網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)和枝狀網(wǎng)相結(jié)合，一級(jí)管網(wǎng)143 km，最大供暖半徑23.88 km。其中，宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房、乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房三熱源為環(huán)網(wǎng)布局，八百坰燃煤鍋爐房為枝狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。銀浪燃煤鍋爐房與八百坰燃煤鍋爐房通過DN500 mm管線相連，實(shí)現(xiàn)乘銀地區(qū)與八百坰地區(qū)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

2 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方案的制定及調(diào)節(jié)

多熱源運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)，合理地安排熱效率高的熱源先投入運(yùn)行，調(diào)節(jié)各熱源及熱力站工況，從而滿足熱用戶用熱需求，提高整個(gè)供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，是運(yùn)行調(diào)節(jié)工作的關(guān)鍵[4-7]。

2.1 用熱負(fù)荷確定

對(duì)供熱系統(tǒng)內(nèi)用熱設(shè)施進(jìn)行系統(tǒng)普查，以理論熱指標(biāo)為基礎(chǔ)，綜合考慮墻體保溫、高層建筑、散熱器形式等因素，確定供熱區(qū)域內(nèi)綜合熱指標(biāo)和熱負(fù)荷。乘銀集中供熱系統(tǒng)各地區(qū)用熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 乘銀集中供熱系統(tǒng)用熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)Tab.1 Heat load of Chengyin central heating system

2.2 基本原則

1）熱源擇優(yōu)投運(yùn)、全網(wǎng)集中調(diào)控原則。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，凡是成本低、能耗少、效率高的應(yīng)優(yōu)先投運(yùn)，并盡可能地延長其運(yùn)行時(shí)間，以提高其經(jīng)濟(jì)性[8]。綜合考慮系統(tǒng)水力工況、熱源熱效率等因素，確定了優(yōu)先宏偉熱電廠熱源，其次燃?xì)鉄嵩矗詈笕济簾嵩吹膿駜?yōu)梯次投運(yùn)思路。各熱源負(fù)荷分配及全網(wǎng)水力、熱力工況調(diào)整由集中供熱指揮中心結(jié)合各階段熱源鍋爐房啟運(yùn)情況，統(tǒng)一分配各熱源啟運(yùn)負(fù)荷，實(shí)行全網(wǎng)集中調(diào)控。

2）質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)、回水定溫控制原則。供熱初末期以宏偉熱電廠作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)熱源，對(duì)管網(wǎng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式。隨著整網(wǎng)運(yùn)行流量不斷增加，各熱源供、回水壓力相應(yīng)升高，突出表現(xiàn)在宏偉熱電廠一級(jí)網(wǎng)供水壓力超出安全范圍[9-11]。因此，在供熱高峰期，保證各熱源供水溫度一致，根據(jù)管網(wǎng)所需負(fù)荷匹配運(yùn)行流量，采用熱量調(diào)節(jié)方式。同時(shí)，根據(jù)各熱力站負(fù)荷需求，分別制定各熱力站室外溫度與回水溫度對(duì)照運(yùn)行表，采用回水定溫控制方式。

2.3 聯(lián)網(wǎng)方案的制訂及實(shí)施

根據(jù)供熱系統(tǒng)水力工況、熱力工況和熱源供熱參數(shù)，將乘銀集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)分為供熱初末期、供熱中期和供熱高峰期3 個(gè)階段，乘銀集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)3 階段運(yùn)行負(fù)荷見表2。

表2 乘銀集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)3 階段運(yùn)行負(fù)荷Tab.2 No.3 operating load of operating regulation for Chengyin central heating system

1）供熱初末期。當(dāng)室外日平均溫度為1～5 ℃時(shí)，以宏偉熱電廠作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)熱源，實(shí)施宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房的雙熱源運(yùn)行模式。由于八百坰南線地區(qū)是距宏偉熱電廠的最遠(yuǎn)端，由八百坰燃煤鍋爐房兼顧其供暖工作，即由宏偉熱電廠承擔(dān)乘銀地區(qū)、創(chuàng)業(yè)城地區(qū)和八百坰北線7 座熱力站供暖負(fù)荷；八百坰燃煤鍋爐房承擔(dān)八百坰南線8 座熱力站和北線4 座熱力站供暖負(fù)荷。

2） 供熱中期。當(dāng)室外日平均溫度降至0 ℃時(shí)，宏偉熱電廠已達(dá)到最高負(fù)荷（1 150 GJ/h） 輸出，此時(shí)啟運(yùn)乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房補(bǔ)充系統(tǒng)需求負(fù)荷，實(shí)施宏偉熱電廠、八百坰燃煤鍋爐房、乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房的三熱源運(yùn)行模式。乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房隨室外平均溫度降低相應(yīng)提高負(fù)荷輸出，最終由宏偉熱電廠承擔(dān)乘銀地區(qū)和八百坰北線7 座熱力站供暖負(fù)荷；八百坰燃煤鍋爐房承擔(dān)八百坰南線8 座熱力站和北線2 座熱力站供暖負(fù)荷；乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房承擔(dān)創(chuàng)業(yè)城地區(qū)和二廠高層地區(qū)供暖負(fù)荷。

3）供熱高峰期。當(dāng)室外日平均溫度降至-12 ℃時(shí)，乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房已達(dá)到最高負(fù)荷輸出，此時(shí)啟運(yùn)銀浪燃煤鍋爐房補(bǔ)充系統(tǒng)需求負(fù)荷。銀浪燃煤鍋爐房隨著室外溫度變化調(diào)整負(fù)荷輸出，保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。由于銀浪燃煤鍋爐房在高峰時(shí)期需啟用4臺(tái)鍋爐，而在乘銀供熱系統(tǒng)與八百坰供熱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行后，供熱高峰期宏偉熱電廠供水壓力1.25 MPa，供水溫度109 ℃，均已達(dá)到系統(tǒng)安全運(yùn)行上限；且系統(tǒng)供熱負(fù)荷需求及一級(jí)網(wǎng)循環(huán)流量不斷增加，尤其在供暖高峰期時(shí)，宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房和乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房均高負(fù)荷運(yùn)行，全網(wǎng)流量可達(dá)18 150 m3/h，水力交匯點(diǎn)壓差增大，導(dǎo)致宏偉熱源處供水壓力升高，嚴(yán)重影響宏偉熱電廠循環(huán)流量，限制電廠熱量輸出。針對(duì)上述問題，在全網(wǎng)集中調(diào)控原則下，當(dāng)室外日平均溫度降至-19 ℃時(shí)，受系統(tǒng)壓力制約，宏偉熱電廠降低負(fù)荷輸出，從1 150 GJ/h 降為1 100 GJ/h 穩(wěn)定運(yùn)行。八百坰燃煤鍋爐房和銀浪燃煤鍋爐房隨著室外溫度變化調(diào)整負(fù)荷輸出。當(dāng)室外日平均溫度降至-23 ℃時(shí)，銀浪燃煤鍋爐房接近滿負(fù)荷輸出，無法繼續(xù)滿足八百坰北線地區(qū)供熱需求，八百坰燃煤鍋爐房解網(wǎng)運(yùn)行，提高運(yùn)行負(fù)荷，獨(dú)自負(fù)擔(dān)八百坰地區(qū)供暖工作；宏偉熱電廠、銀浪燃煤鍋爐房、乘風(fēng)燃?xì)忮仩t房三熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，負(fù)擔(dān)乘銀、創(chuàng)業(yè)城地區(qū)供暖工作。

3 結(jié)語

乘銀集中供熱系統(tǒng)4 座熱源的聯(lián)網(wǎng)供熱和管網(wǎng)的互相連通，充分發(fā)揮了熱源間的互相備用優(yōu)勢(shì)，當(dāng)任一熱源出現(xiàn)故障時(shí)，其他熱源能夠相互補(bǔ)充，保障供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行。“大熱源、大聯(lián)網(wǎng)、大調(diào)度”的供熱運(yùn)行體系，有效提高了乘銀集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。通過熱源擇優(yōu)投運(yùn)、全網(wǎng)集中調(diào)控，明顯提高了熱效率較高的宏偉熱源的運(yùn)行時(shí)間，有效降低了其他高能耗熱源的運(yùn)行時(shí)間；且充分發(fā)揮了宏偉熱電廠熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，在滿足系統(tǒng)總體負(fù)荷的前提下，達(dá)到了降本減碳的供熱目的。