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一级网水力计算在实际工程中的应用
2020-10-20

随着能源价格的上涨、国家环保标准的提高,如何节能、环保、经济运行成为了供热企业面临的一个亟待解决的问题。而针对多热源管网,如何合理分配不同产热成本热源的供热量,直接影响着供暖企业的运行成本。

以大庆某地区一供热企业为例,其管网为供热面积1294万m2的多热源环状管网,管网总负荷为752MW。共计四个热源,其中主热源A为热电厂、热源B、C为燃煤锅炉房、热源D为燃气锅炉房,供热企业从电厂购热价为35元/GJ,燃煤锅炉房产热成本50元/GJ,燃气锅炉房产热成本60元/GJ。那么,多热源联合供热时,各不同成本的热源间供热量如何分配,才能获得最高的经济效益是这个供热企业目前面临的最迫切的问题。如果在供暖期不断调整各热源供热量,不但威胁到整个管网运行的可靠性和安全性,还费时、费能。此时通过对整个一级网建模,进行水力计算,就可以在非供暖期制定各热源在不同室外温度条件下的供热方案。

通过对不同工况的试算,根据水力计算结果得到如下结论:若采用分阶段改变流量质调节,以调节第三阶段为例(室外温度-19℃~-26℃),此时管网流量比为100%,管网负荷比在85%~100%区间,考虑到热源投入顺序为:A热电厂-B燃煤锅炉房-C燃煤锅炉房-D燃气锅炉房,管网负荷发生变化时,管网总流量不变,若保证某一热源供热量不变时,势必加大该热源的循环流量;当一级网负荷比为85%时,以A热电厂为例,此时若想充分利用热电厂热量,需保证其供热量不变,但质调节本质是随着室外温度的升高,管网供、回水温差减小,这就会造成电厂在供热量不变的条件下,流量较规定流量增加18%,偏离电厂水泵的选型参数,因此,在此阶段管网运行调节策略不宜选择分阶段改变流量质调节。

经过对多次水力计算结果的分析讨论,采用运行调节策略为:

(1)负荷比>0.7时,采用固定温差45℃的质量-流量综合调节;

(2)负荷比≤0.7时,采用固定流量比为0.7的质调节。

热网调节曲线如下:


图片1.png

大庆地区某公司2018-2019采暖季热网调节曲线图

在确定好整个管网的运行调节策略后,需针对热网的实际运行工况,合理分配各热源供热量。以100%流量,100%负荷为例,A热电厂、B燃煤锅炉房、C燃煤锅炉房均满负荷运行,剩余负荷由D燃气锅炉房承担时,水力计算结果显示各热源压力参数均不在允许范围内。针对目前情况,结合管网现状以及各热源现有设备参数,提供两种运行方案:

运行方案一:A热电厂满负荷运行,合理调配其他各热源供热量,无需增设中继泵站及分布式水泵。

运行方案二:A热电厂满负荷运行,最大限度增加燃煤锅炉房供热量,不足负荷考虑由燃气锅炉房承担,但需在管网合适位置处增设中继泵站,并合理增设分布式水泵。

根据水力计算结果显示,当采用运行方案一时,多热源联网运行,能够充分利用电厂廉价热量,并节省管网建设投资、降低管网运行电耗,运行调节方式相对简单,但由于此方案燃气锅炉房供热量偏大,而燃气锅炉房产热成本又高,直接造成管网用热成本增加。而运行方案二虽然充分利用了低成本热源,降低了管网用热成本,但由于增设中继泵站,管网建设投资及运行电耗都相应提高,且运行调节较为复杂。

根据本案例的热负荷延续图,按运行方案一可确定各热源的供热负荷分配图。

图片2.png

由上图可以看出,蓝色区域为D燃气锅炉房整个采暖期总供热量,经计算其值为312463GJ,若按D燃气锅炉房每产生1GJ热量需消耗31.5Nm3天然气计算,整个采暖季D燃气锅炉房总耗气量为984.26万m3,相较于2017-2018采暖期总耗气量4600万m3节约3615.74万m3

在此项目中,先通过水力计算确定整个管网较为经济的供热调节策略,又分别试算在不同工况下,各热源供热量分配原则不同时,管网各处水力工况,通过上述水力计算确定了于2018-2019采暖期供热企业的供热方案,帮助供热企业经济、安全、可靠的运行。

水力计算不但可以针对多热源管网,模拟保证最不利用户资用压头的前提下,得到不同工况热源启动顺序、各热源流量分配以及各热源循环水泵所提供的压差。同时结合管网布置情况(热量输送成本)、热源产热成本以及管道、设备实际情况,确定经济合理的管网运行调节策略。还可以模拟不同工况(包括事故工况),热网的运行状态,即管网各管段流量、压力、温度的分布情况。同时针对单热源或多热源管网,在保证最不利用户资用压头的前提下,确定不同工况热源需提供的压差,并对热源循环泵进行测评。