某市在集中供热多年持续发展的基础上逐步形成了多热源环形网的供热格局，这一格局对于热源或管网在事故工况下的互补供热，提高系统的可靠性起到了作用。然而由于在多热源环形网的并网运行上缺乏理论指导和实践经验，在实际运行中只能通过在主干管上设置阀门，各热源分片割裂独立运行，环形管网也用阀门割裂，“环状管网，枝状运行”。这种运行方式没有充分发挥多热源环形网在负荷匹配方面的灵活性，不能有效降低系统的运行成本。本文针对这一集中供热系统实现并网运行在设计和运行调度上进行了研究，目前该供热系统已经按这一运行模式成功投入运行，达到了预期的目的。
1.概述
某市集中供热系统共有东热电厂、西热电厂、南热电厂、北热源厂、南热源厂五个热源，基本供热格局如图1所示。
图1中，粗线条的分割线为2010年典型工况下各热源供热范围的分界线。从图中可以看出，除南热电厂和南热源厂形成了联网运行格局外，其余西热电厂、东热电厂和北热源厂的供热范围虽有联络管线进行连接，但在供热范围分割点处均由隔断阀分离开。由于割裂运行，导致无法充分发挥环形网的输配能力，更不能有效发挥和匹配各热源的供热能力，导致该供热系统无法应对供热负荷不断发展的要求，而且大大降低了供热的效率，造成供热成本居高不下。
基于以上考虑，通过多热源联网系统打破现有供热格局的局限性，充分发挥已有热源的供热能力，将是保证供热负荷发展的可行的、也是较为经济的一种方式。
2.多热源联网的系统设计
2.1 热源基本情况
该供热系统现有两类热源，一类为热电联产的热源，一类为热水锅炉房的热源；热电联产的热源包括西热电厂、东热电厂和南热电厂，锅炉房的热源包括北热源厂和南热源厂。
1）西热电厂：主力热电机组为50MW双抽凝汽式汽轮发电机组2台，其余为6MW背压式汽轮发电机组2台、12MW单抽凝汽式汽轮发电机组3台；
2）东热电厂：12MW背压式汽轮发电机组1台，12MW单抽凝汽式汽轮发电机组1台，25MW单抽凝汽式汽轮发电机组1台；
3）南热电厂：125万kW抽凝汽式汽轮发电机组2台。考虑到南热电厂与市区主要热负荷区域高差较大，南热电厂的蒸汽可以在厂内首站换热后供出，也可通过DN800的蒸汽管道输送至南热电厂供热首站供出，首站位置如图1所示。受限于抽汽压力，输送至首站的蒸汽量最大约为300吨/时；
4）北热源厂、南热源厂：均为35MW高温热水锅炉各三台。
2.2 管网基本情况和水力计算
经水力计算和管网分析可知，该供热系统管网设计基本合理，仅需较少的联络管线建设和使用年限较长、承压能力不足的管道更换即可达到联网要求。
水力计算资用压头平面图如图2所示：
某市集中供热系统共有东热电厂、西热电厂、南热电厂、北热源厂、南热源厂五个热源，基本供热格局如图1所示。
图1中，粗线条的分割线为2010年典型工况下各热源供热范围的分界线。从图中可以看出，除南热电厂和南热源厂形成了联网运行格局外，其余西热电厂、东热电厂和北热源厂的供热范围虽有联络管线进行连接，但在供热范围分割点处均由隔断阀分离开。由于割裂运行，导致无法充分发挥环形网的输配能力，更不能有效发挥和匹配各热源的供热能力，导致该供热系统无法应对供热负荷不断发展的要求，而且大大降低了供热的效率，造成供热成本居高不下。
基于以上考虑，通过多热源联网系统打破现有供热格局的局限性，充分发挥已有热源的供热能力，将是保证供热负荷发展的可行的、也是较为经济的一种方式。
2.多热源联网的系统设计
2.1 热源基本情况
该供热系统现有两类热源，一类为热电联产的热源，一类为热水锅炉房的热源；热电联产的热源包括西热电厂、东热电厂和南热电厂，锅炉房的热源包括北热源厂和南热源厂。
1）西热电厂：主力热电机组为50MW双抽凝汽式汽轮发电机组2台，其余为6MW背压式汽轮发电机组2台、12MW单抽凝汽式汽轮发电机组3台；
2）东热电厂：12MW背压式汽轮发电机组1台，12MW单抽凝汽式汽轮发电机组1台，25MW单抽凝汽式汽轮发电机组1台；
3）南热电厂：125万kW抽凝汽式汽轮发电机组2台。考虑到南热电厂与市区主要热负荷区域高差较大，南热电厂的蒸汽可以在厂内首站换热后供出，也可通过DN800的蒸汽管道输送至南热电厂供热首站供出，首站位置如图1所示。受限于抽汽压力，输送至首站的蒸汽量最大约为300吨/时；
4）北热源厂、南热源厂：均为35MW高温热水锅炉各三台。
2.2 管网基本情况和水力计算
经水力计算和管网分析可知，该供热系统管网设计基本合理，仅需较少的联络管线建设和使用年限较长、承压能力不足的管道更换即可达到联网要求。
水力计算资用压头平面图如图2所示：
3.多热源联网系统的运行调节
3.1 热源的运行调节
根据对热源的综合能效分析，热源综合效率从高至低排序为：
南热电厂热源、西热电厂热源、东热电厂热源、北热源厂、南热源厂。
考虑到热源供热的经济性和热网的匹配特点，将热电厂的热源作为基本热源，在未达到各热电厂热源最大供热能力情况下，热电厂热源按最大供热能力均分供热负荷。［4］
根据这个原则，可确定在整个采暖季中各种热源的供热量变化的基本情况。
如图3所示为各热源均在最大供热量时恰好能满足供热需求情况下，整个集中供热系统的热负荷延时曲线和不同热源的供热量的分配图。
从上图可以看到，在系统总负荷小于基本热源最大供热能力时，只运行基本热源供热。在系统热负荷大于基本热源最大供热能力时，基本热源按最大出力运行，不足部分由调峰热源补足。热网运行调节情况如下：
1）室外日平均温度低于5℃时，开始供热。5℃时热负荷总量为275MW，此时需启动南热电、西热电、东热电的热源供热；
2）当室外日平均温度低于-15℃时，热负荷超过701MW，南热电、东热电、西热电已达到最大出力，此时需启动北热源厂供热；
3）当室外日平均温度达到-20℃时，热负荷为806MW，南热电、东热电、西热电、北热源厂已达到最大出力，此时需启动南热源厂供热；
4）当室外日平均温度达到-25℃时，热负荷为910MW，各热源均达到最大出力；
5）当室外日平均温度低于-25℃时，需要采取压电保热措施。
3.1 热源的运行调节
根据对热源的综合能效分析，热源综合效率从高至低排序为：
南热电厂热源、西热电厂热源、东热电厂热源、北热源厂、南热源厂。
考虑到热源供热的经济性和热网的匹配特点，将热电厂的热源作为基本热源，在未达到各热电厂热源最大供热能力情况下，热电厂热源按最大供热能力均分供热负荷。［4］
根据这个原则，可确定在整个采暖季中各种热源的供热量变化的基本情况。
如图3所示为各热源均在最大供热量时恰好能满足供热需求情况下，整个集中供热系统的热负荷延时曲线和不同热源的供热量的分配图。
从上图可以看到，在系统总负荷小于基本热源最大供热能力时，只运行基本热源供热。在系统热负荷大于基本热源最大供热能力时，基本热源按最大出力运行，不足部分由调峰热源补足。热网运行调节情况如下：
1）室外日平均温度低于5℃时，开始供热。5℃时热负荷总量为275MW，此时需启动南热电、西热电、东热电的热源供热；
2）当室外日平均温度低于-15℃时，热负荷超过701MW，南热电、东热电、西热电已达到最大出力，此时需启动北热源厂供热；
3）当室外日平均温度达到-20℃时，热负荷为806MW，南热电、东热电、西热电、北热源厂已达到最大出力，此时需启动南热源厂供热；
4）当室外日平均温度达到-25℃时，热负荷为910MW，各热源均达到最大出力；
5）当室外日平均温度低于-25℃时，需要采取压电保热措施。
3.2 热源和热网的联合运行调节
在满足供热要求的条件下和管网输送能力允许的范围内，整个集中供热系统总流量越大（即多热源流量之和），则管网供回水温度越低，能有效提高热源的热效率，但同时导致循环泵的耗电量大。因此，管网最佳总流量需要在综合考虑热源热效率和管网输配电耗的基础上进行优化。
根据该集中供热网实际情况和各热源的供热量分配图，采用质量并调的运行调节方式，绘制出系统的总流量调节曲线的示意图，如图4所示。
运行中一般要求各热源的供水温度一致，同时，根据不同外温下的管网总热负荷、各热源的流量，可绘制出热源的经济供回水温度，如图5所示。
在满足供热要求的条件下和管网输送能力允许的范围内，整个集中供热系统总流量越大（即多热源流量之和），则管网供回水温度越低，能有效提高热源的热效率，但同时导致循环泵的耗电量大。因此，管网最佳总流量需要在综合考虑热源热效率和管网输配电耗的基础上进行优化。
根据该集中供热网实际情况和各热源的供热量分配图，采用质量并调的运行调节方式，绘制出系统的总流量调节曲线的示意图，如图4所示。
运行中一般要求各热源的供水温度一致，同时，根据不同外温下的管网总热负荷、各热源的流量，可绘制出热源的经济供回水温度，如图5所示。
上图是通过理论分析和计算后的最理想的运行曲线，反映了热源和供热系统在整个采暖季的基本运行情况。实际供热系统的运行曲线需要根据热源、热网的具体情况进行调整。
热源流量的调节：多热源并网运行的集中供热系统，必然存在水力汇交点。集中供热系统的水力工况的频繁变化将导致水力汇交点处供热的不稳定，为防止这种情况的发生，不允许各热源流量短期内的大幅度地、周期性地调整。
热源供水温度和热源供热量的调节：供热系统的热负荷根据前三天的外温、系统供热效果等参数进行预测，在此基础上根据各热源的关系以及外网的实际情况进行优化，确定本热源应该提供的供热量。在此基础上，根据供热量与热源供回水的温度曲线可以确定热源的供水温度。需要指出的是，由于热源、管道、房间都是很大的蓄热体，系统是一个大惯性的系统，因此不能简单地根据外温的变化同步地调整热源出水温度的设定值。频繁地调整热源出口水温设定值，会给系统带入较大的干扰，也不利于节能降耗。
热源流量的调节：多热源并网运行的集中供热系统，必然存在水力汇交点。集中供热系统的水力工况的频繁变化将导致水力汇交点处供热的不稳定，为防止这种情况的发生，不允许各热源流量短期内的大幅度地、周期性地调整。
热源供水温度和热源供热量的调节：供热系统的热负荷根据前三天的外温、系统供热效果等参数进行预测，在此基础上根据各热源的关系以及外网的实际情况进行优化，确定本热源应该提供的供热量。在此基础上，根据供热量与热源供回水的温度曲线可以确定热源的供水温度。需要指出的是，由于热源、管道、房间都是很大的蓄热体，系统是一个大惯性的系统，因此不能简单地根据外温的变化同步地调整热源出水温度的设定值。频繁地调整热源出口水温设定值，会给系统带入较大的干扰，也不利于节能降耗。
3.3 补水系统的运行调节
当系统进行多热源联合运行时，整个系统只能设置一个定压点，通常将定压点设置在较大的热源处，而较小的热源仍然设置一个补水点，该补水点为辅助补水点。正常工况下，根据系统运行情况，辅助补水点不补水或每日往管网内补入恒定的水量。事故状态下，如系统跑水严重的情况下根据主补水点的调度需求向管网内补水，其补水量则根据设在主补水点的定压点压力来控制。
当各热源的管网解裂运行时，则各热源的补水点均成为定压点。不同补水点补水泵的转速根据不同工况下定压点的压力来调节，以保持定压点的压力在设定的范围内波动。
当系统进行多热源联合运行时，整个系统只能设置一个定压点，通常将定压点设置在较大的热源处，而较小的热源仍然设置一个补水点，该补水点为辅助补水点。正常工况下，根据系统运行情况，辅助补水点不补水或每日往管网内补入恒定的水量。事故状态下，如系统跑水严重的情况下根据主补水点的调度需求向管网内补水，其补水量则根据设在主补水点的定压点压力来控制。
当各热源的管网解裂运行时，则各热源的补水点均成为定压点。不同补水点补水泵的转速根据不同工况下定压点的压力来调节，以保持定压点的压力在设定的范围内波动。
4.通过本文分析，可得出以下结论：
1）采用多热源联网供热方式打破现有供热格局的局限性，充分发挥已有热源的供热能力和管网的输送能力，是适应供热负荷不断发展，充分挖掘系统供热能力的有效途径；
2）多热源联网系统中，特别是不同属性热源的并网运行，可以充分发挥基础热源供热成本较低的优势，同时由于并网系统能够灵活匹配管网负荷的变化，充分发挥管网的输送能力，有效降低输配电耗，从而大大降低系统运行成本；
3）多热源联网系统中，针对各种极端工况的水力计算和系统综合分析是进行系统联网运行设计的重要基础；
4）多热源联网系统中，热源和热网联合运行调节须充分考虑供热系统热惯性较大的特点，尽可能避免短时间内的多次大幅度调节，确保系统运行（特别是水力汇交点附近运行调节）的稳定性；
5）多热源联网系统中，宜采用主要补水点和辅助补水点共同补水的方法，提高系统运行可靠性。其中辅助补水点承担系统补水的基本量，以恒定流量补水，主要补水点承担系统补水的变化量，兼以定压的功能。--同方股份有限公司 秦绪忠
参考资料：［1］秦绪忠.区域供热供冷输配系统动力学特性研究［D］.?北京：清华大学，2000年
［2］贺平、孙刚. 供热工程［M］. 中国建筑工业出版社，1993年
［3］E.Я.索柯洛夫. 热化与热力网［M］. 北京：机械工业出版社，1988年
［4］秦冰. 集中供热系统热动态特性研究［D］. 北京：清华大学，2004年
［5］石兆玉. 供热系统运行调节与控制［M］. 清华大学出版社，1994年
1）采用多热源联网供热方式打破现有供热格局的局限性，充分发挥已有热源的供热能力和管网的输送能力，是适应供热负荷不断发展，充分挖掘系统供热能力的有效途径；
2）多热源联网系统中，特别是不同属性热源的并网运行，可以充分发挥基础热源供热成本较低的优势，同时由于并网系统能够灵活匹配管网负荷的变化，充分发挥管网的输送能力，有效降低输配电耗，从而大大降低系统运行成本；
3）多热源联网系统中，针对各种极端工况的水力计算和系统综合分析是进行系统联网运行设计的重要基础；
4）多热源联网系统中，热源和热网联合运行调节须充分考虑供热系统热惯性较大的特点，尽可能避免短时间内的多次大幅度调节，确保系统运行（特别是水力汇交点附近运行调节）的稳定性；
5）多热源联网系统中，宜采用主要补水点和辅助补水点共同补水的方法，提高系统运行可靠性。其中辅助补水点承担系统补水的基本量，以恒定流量补水，主要补水点承担系统补水的变化量，兼以定压的功能。--同方股份有限公司 秦绪忠
参考资料：［1］秦绪忠.区域供热供冷输配系统动力学特性研究［D］.?北京：清华大学，2000年
［2］贺平、孙刚. 供热工程［M］. 中国建筑工业出版社，1993年
［3］E.Я.索柯洛夫. 热化与热力网［M］. 北京：机械工业出版社，1988年
［4］秦冰. 集中供热系统热动态特性研究［D］. 北京：清华大学，2004年
［5］石兆玉. 供热系统运行调节与控制［M］. 清华大学出版社，1994年
