工業廠礦集中供熱管網優化調度分析

李剛

（國能神東煤炭集團礦業服務公司，內蒙古 鄂爾多斯 017200）

0 引言

工業廠礦分散式供熱目前仍大量存在，通過分散布置于各個廠區的鍋爐房，向區域內工業生產區及辦公生活區提供熱能，存在能耗高、供熱效果不均勻、管網運行效率低等問題。通過工業廠區聯合集中供熱，可以節約能源、減少污染、提高供熱質量，從而切實滿足供熱需要，提升供熱效果。工業廠礦由于建筑物建筑材料不同、用途不同、建設年代不同，故在實現聯合集中供熱建設時，供熱的形式和供熱管理的布置情況都要進行統籌的規劃，從而保證供熱效果。

1 工業廠礦集中供熱模式的優化價值

1.1 節能減排

工業廠礦集中供熱模式可以有效地節約能源，減少污染。一方面，集中供熱模式可以利用工業區內現有的大型熱源，如核電站、熱電廠、煤液化等工廠余熱，提高燃料的利用率，降低單位熱量的能耗，減少能源的浪費。另一方面，工業廠礦聯合集中供熱模式可以采用拆小建大的方式，整個工業區內新建集中熱源，宜煤則煤、宜電則電、宜氣則氣，首先可降低能源消耗量，并且減少大氣污染物排放點數量，然后利用先進的環保技術，如脫硫、脫硝、除塵等，對集中熱源配置合適的環保設施，減少污染物的排放量，降低空氣污染，改善環境質量。據統計，集中供熱模式相比分散供熱模式，每年可以節約標準煤約2 億t，減少二氧化碳排放約5 億t，減少二氧化硫排放約100 萬t，減少氮氧化物排放約50 萬t。

優化工業廠礦集中供熱模式，可以進一步提高能源的利用效率，降低環境的污染程度。通過優化供熱管網的布局和結構，減少管網的長度和阻力，降低管網的熱損失，可以有效提高管網的輸送能力和可靠性[1]。同時，通過優化供熱管網的調度和控制，根據供熱需求和環境條件，動態調整供熱參數，如供回水溫度、流量、壓力等，匹配供熱負荷，平衡供熱系統，可以減少供熱過剩或不足的情況，提高供熱的精確性和靈活性。通過這些優化措施，可以進一步節約能源，減少排放，實現供熱的可持續發展。

1.2 提高供熱質量

集中供熱模式可以有效地提高供熱質量。一方面，集中供熱模式熱源可靠性強，可以提供穩定和連續的供熱服務，滿足供熱需求。另一方面，通過優化供熱管網的調度，可以根據建筑物實際情況及供熱實際需求，動態調整供熱的溫度和流量，保證供熱質量，避免供熱過熱或過冷的現象。同時，通過優化供熱的信息化和智能化，可實現供熱的遠程監控和控制，提供供熱的實時數據和反饋，在保證供熱質量的前提下實現減員增效[2]。

1.3 增強系統可靠性

優化工業廠礦集中供熱模式，可以增強供熱系統的可靠性，保證供熱的安全和穩定。通過優化供熱管網的結構和參數，還可以提高供熱管網的強度和耐久性，減少供熱管網的故障和泄漏，保證供熱的連續性和均勻性。同時，通過優化供熱的故障檢測和處理，可以及時發現和排除供熱的異常和隱患，防止供熱的中斷和事故，保障供熱的安全和穩定。

2 工業廠礦集中供熱管理優化難點

2.1 管網布置情況較復雜

供熱管網在空間中的分布和連接需要與廠礦的規劃相適應，是影響供熱管網運行效率和可靠性的重要因素。通過合理地選擇管線的走向、位置、直徑、材料等，能夠使供熱管網的布局和結構達到最優，從而提高供熱管網的性能和壽命，降低供熱管網的損耗和成本，提高供熱管網的經濟性和效益。但在實際的供熱管理工作中，由于管網布置情況較為復雜，供熱管理工作的優化工作很容易遇到困難。首先，工業廠礦空間是一個多維的、動態的、非均勻的、非線性的系統，包括城市的地形、地貌、建筑、道路、綠化等多種要素，這些要素之間存在著復雜的相互作用和影響，給供熱管網的布置帶來了很大的限制和挑戰。具體的，工業廠礦大多由于位置偏遠，地形和地貌復雜，另外工業廠礦各類倉、橋、釜等跨度、高度差異較大，會影響供熱管網的高程和坡度，進而需要對供熱管網的壓力信息進行具體調整。其次，在不同的地區，由于供熱需求的不同，管網的布置和設計要求也并不一致，在很多情況下，管理人員需要根據實際的城市供熱需要做好管網布置的調整工作，保證管網布置的科學性，但在很多情況下，供熱需求受到時間、季節、氣候等方面因素的動態影響，很難有效滿足。

2.2 供熱參數的調節難度較大

供熱參數主要是指供熱系統的運行參數，如供回水溫度、流量、壓力等，在供熱管網的優化調度中，是十分關鍵的部分。通過供熱參數的調節，能夠改變供熱系統的運行狀態，滿足調度需要，從而提高供熱服務的質量和效率，平衡供熱系統。但供熱參數很容易受到各種因素的影響，首先，供熱參數會隨著供熱需求和供熱系統的運行情況發生變化，想要做好調節工作，就要預先做好準備，根據供熱系統信息對供熱參數進行統一控制，而在依靠傳統形式進行供熱參數調節時，由于參數過多，很難有效保證參數調節的科學性，容易對供熱系統的調控和調度效果造成影響[3]。其次，目前供熱參數的調節手段大多需要依靠傳統的裝置如閥門、泵、風機、換熱器等，調節方式存在滯后性、不精確性等缺點，難以實現供熱參數精確和靈活的調節，也難以覆蓋供熱系統的所有節點和分支，在實際的調節中，容易受到外界因素的影響。

3 工業廠礦集中供熱模式調度策略

3.1 管線節點設計優化

管線節點的設計優化的主要目標是通過合理地選擇管線節點的類型、數量、位置、參數等，使供熱管網的結構和拓撲達到最優，從而提高供熱管網的性能和壽命，降低供熱管網的損耗和成本，提高供熱管網的經濟性和效益。管線節點的設計優化是城市供熱模式調度工作中的重要內容，也是集中供熱模式調度的基礎和前提。

首先，應當做好管線類型節點類型的選擇，使節點類型與節點情況相適應，以有效保證管線的設計效果。具體的，對于供熱管網的分支節點，可以選擇分流或合流的類型，根據供熱負荷的分布，實現供熱管網的負荷平衡；對于供熱管網的調節節點，可以選擇閥門或泵的類型，根據供熱需求和環境條件，通過供熱管網的調節滿足相關需要；對于供熱管網的測量節點，可以選擇傳感器或儀表的類型，實時對管網的相關節點進行監測，根據監測信息對管網進行調度和調整[4]。

其次，應當合理控制管線節點數量，做好相關的優化工作，使管線節點能夠充分地發揮其作用，避免過多或過少的節點，造成供熱管網的運行和控制的困難和成本方面的浪費。對于供熱管網的主干節點，可以適當地增加節點的數量，提高供熱管網的輸送能力和可靠性；對于供熱管網的末端節點，可以適當地減少節點的數量，降低供熱管網的熱損失和水力損失等。供熱管網設計原則示意圖如圖1 所示。

圖1 供熱管網設計原則示意圖

3.2 供熱系統自適應控制

供熱系統的自適應控制是指根據供熱系統的運行狀況和效果，動態地調整供熱系統的運行參數，如供回水溫度、流量、壓力等，使供熱系統能夠自動地適應供熱需求和環境條件的變化，實現供熱系統的優化運行，提高供熱服務的質量和效率，滿足供熱需求。在自適應控制的過程中，首先應當通過數據挖掘技術，從大量的供熱運行數據中，提取供熱的關鍵特征和規律，建立供熱的預測模型和評價指標，為供熱系統的自適應控制提供數據支持。同時，還應當建立相應的動態數據庫，保證能夠根據數據庫分析對供熱進行適當調整，以切實保證供熱效果，防止出現問題。其次，應當做好供熱參數的優化和調節工作，通過智能控制技術，具體分析用戶的偏好和習慣，再根據用戶情況自動進行供熱系統的調節，切實滿足用戶的供熱需要，并且更好地節約供熱成本。同時，供熱情況應當與智能供熱計量系統相掛鉤，對各車間、各用戶的供熱量進行計量，防止出現過度供熱情況，切實保證供熱的科學、合理，規范用熱，節能減排。此外，還應通過先進的監測裝置，結合信息技術和物聯網技術等，對供熱系統的運行狀況和效果進行有效的觀測，以保證供熱系統的安全性和穩定性，并且指導供熱系統的優化和改進。同時，根據監測信息，還可以實時進行供熱網絡的動態調整，使供熱情況更加適應實際的需要。供熱管網自適應調節示意圖如圖2 所示。

圖2 供熱管網自適應調節示意圖

3.3 供熱系統的仿真實驗

在進行供熱管網的調度優化過程中，可以通過建立供熱系統的數學模型和計算機模擬的方式，對供熱系統的運行狀況和效果進行有效的模擬和驗證，以檢驗供熱系統優化調度的有效性，分析其對供熱服務的質量和效率的影響，再根據相關信息對調度工作進行調整，從而切實保證調度工作的科學性和有效性，使供熱系統得到全面有效的調度。首先，應當借助信息技術建立供熱系統的數學模型，根據供熱系統的實際情況，使供熱系統的數學模型能夠準確地反映供熱系統的運行狀況和效果[5]。例如，可以采用微分方程、代數方程、概率統計等數學方法，建立供熱系統的動態模型、靜態模型等數學模型，準確描述供熱系統的運行參數、運行狀態、運行效果等數學變量之間的關系。其次，應當通過計算機編程、仿真模擬、三維模擬技術結合數據模型做好供熱系統的仿真實驗工作，通過仿真模擬明確探知到供熱管網當前設計中的不足和調度的局限性，根據相應內容進行系統調度的優化，從而保證供熱系統的運行效果。

3.4 加強信息化建設

通過利用信息技術和網絡技術，可以自動實現供熱系統的數據采集、傳輸、處理、存儲、展示、分析、評價等功能，提高供熱系統的管理水平和服務水平，增強供熱系統的透明度和便利度，信息化建設是管網調度工作發展的新方法，也是現代化智慧供熱管網調度創新的必然要求。在進行信息化建設的過程中，首先應當切實做好數據信息的收集和儲存工作，通過大數據技術和傳感器系統廣泛收集用熱點和管網調度信息，并且建立相關的信息處理系統和調度平臺，讓管理人員能夠通過相關系統對供熱情況進行實時調度，充分滿足供熱需要。其次，應當建立多端的調度系統，使廠礦辦公、生活區能夠根據需要自主進行供熱調節，在滿足需求的同時保證個性化供熱管網控制的水平，提升管網控制的實際效果。同時，應當建立反饋機制，讓熱用戶實時進行管網調度問題的反饋，使問題得到及時處理，從而保證供熱效果。供熱管網智能調節模式如圖3 所示，供熱管網智慧系統如圖4 所示。

圖3 供熱管網智能調節模式

圖4 供熱管網智慧系統

4 結語

總而言之，供熱管網的優化調度工作涉及工業廠礦集中供熱能力和集中供熱水平，通過優化調度，能夠更好地使供熱效果得到保證，并且提升集中供熱的科學性，在滿足供熱方面的基本要求的前提下，最大限度實現節能減排降耗。在供熱管網的優化過程中，也應當注意策略的應用，保證調度工作與供熱方面的數據分析相結合，提升智慧供熱水平。