摘　要：分析天津市多熱源供熱管網(wǎng)調(diào)峰的形式(一級管網(wǎng)調(diào)峰、二級管網(wǎng)調(diào)峰)，對設置調(diào)峰熱源增大一級管網(wǎng)供回水溫差進行經(jīng)濟性分析。當敷設供熱管網(wǎng)困難時，對敷設供熱管網(wǎng)與設置調(diào)峰熱源兩種方案進行對比。

關鍵詞：多熱源；  調(diào)峰熱源；  一級管網(wǎng)調(diào)峰；  二級管網(wǎng)調(diào)峰

Discussion on Peak Shaving Mode of Multi-source Heat-supply Network in Tianjin City

Abstract：The peak shaving modes(primary circuit peak shaving and secondary circuit peak shaving)of multi-source heat-supply network in Tianjin City are analyzed．The economic analysis of setting peak shaving heat source to increase the temperature difference between supply water and return water in primary circuit is performed．When laying heat-supply network is difficult，two schemes of laying heat-supply network and setting peak shaving heat source are compared．

Keywords：multi-heat source；peak shaving heat source；primary circuit peak shaving；secondary circuit peak shaving

目前天津市各供熱公司供暖規(guī)模不斷擴大，天津市能源集團“全市一網(wǎng)”布局也在不斷深入。CJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》明確規(guī)定：“供熱建筑面積大于1000×10⁴m²的供熱系統(tǒng)應采用多熱源供熱，且各熱源熱力干線應連通”。可見，天津市多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱勢在必行。

增加熱源之后，熱源并網(wǎng)運行，比之前的管網(wǎng)運行方式要復雜得多。如何實現(xiàn)多熱源管網(wǎng)運行的最優(yōu)化，勢必成為各供熱公司關注的重點。

2　多熱源聯(lián)網(wǎng)調(diào)峰形式

根據(jù)設計“全市一網(wǎng)”的基本思路，天津熱網(wǎng)將由4～5個大型主熱源廠配以若干小型調(diào)峰熱源，以聯(lián)合供熱的方式實現(xiàn)。

主熱源廠由于規(guī)模龐大，大多坐落于市區(qū)周邊，對全市形成環(huán)抱之勢，全市熱用戶密集區(qū)是整個環(huán)網(wǎng)水力工況最薄弱的地方。因此，如何有效、靈活地設置調(diào)峰熱源，成為解決整網(wǎng)水力失調(diào)、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供熱的關鍵。一般而言，設置調(diào)峰熱源往往存在單一思維定式：大型熱源為主，小型熱源為輔，而且多為一級管網(wǎng)調(diào)峰。簡單的思維定式往往桎梏思維的發(fā)散，影響管網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2.1　一級管網(wǎng)調(diào)峰

①大型熱源廠為主熱源，小型熱源負責調(diào)峰

這種方式是目前國內(nèi)常見的調(diào)峰形式，考慮調(diào)峰熱源的相對位置及容量大小，又可細分為裂解調(diào)峰(調(diào)峰熱源與主熱源分別運行)和并聯(lián)調(diào)峰(見圖1)。并聯(lián)調(diào)峰是調(diào)峰熱源高溫熱水進入換熱器與主熱源一級管網(wǎng)循環(huán)水進行熱交換，使一級管網(wǎng)循環(huán)水升溫后輸送至各熱力站，與二級管網(wǎng)換熱。調(diào)峰熱源處于管網(wǎng)前端時，適宜裂解調(diào)峰；調(diào)峰熱源處于管網(wǎng)水力工況薄弱點時適宜并聯(lián)調(diào)峰，在滿足熱負荷的前提下，能改善管網(wǎng)末端水力工況。

②小型熱源為主熱源，大型熱源廠負責調(diào)峰

國內(nèi)對調(diào)峰的認識往往局限于大型熱源為主熱源，承擔熱用戶基本熱負荷，小型熱源為調(diào)峰熱源，承擔尖峰熱負荷。該觀點對于單一的燃煤鍋爐而言最為適用，大型燃煤鍋爐具有效率高、熱損失少、余熱可二次利用等諸多優(yōu)點，必然適用于承擔基本負荷。但是，隨著新能源的不斷出現(xiàn)，小型熱源效率低的問題不斷減少，而小型熱源的能源范圍廣、對環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點不斷顯現(xiàn)。

當今，多熱源熱泵技術日臻成熟，太陽能、風能、污水、土壤等眾多熱源均可作為低品質(zhì)熱源，通過熱泵轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)熱源供熱。因此，在天津市能源集團“全市一網(wǎng)”戰(zhàn)略部署中，設置大型熱泵能源站，以熱泵為主熱源承擔廣大熱用戶的基本負荷，以集中供熱的熱水為調(diào)峰熱源，在尖峰時段加熱熱泵低溫熱水，充分利用熱泵能源的同時，也大大減小了集中供熱的一級管網(wǎng)流量，為實現(xiàn)集中供熱大規(guī)模化、更多地搶占供熱市場份額起到了至關重要的作用。熱泵為主熱源、集中供熱熱源為調(diào)峰熱源的供熱系統(tǒng)見圖2。

天津市文化中心能源站充分體現(xiàn)了小規(guī)模、優(yōu)質(zhì)能源承擔基本負荷，集中供熱的一級管網(wǎng)承擔調(diào)峰負荷的可行性。

2.2　二級管網(wǎng)調(diào)峰

①在二級管網(wǎng)側(cè)設置調(diào)峰熱源

在二級管網(wǎng)側(cè)設置小規(guī)模調(diào)峰熱源(如燃氣鍋爐)，當出現(xiàn)極寒工況時，開啟二級管網(wǎng)側(cè)小規(guī)模調(diào)峰熱源。根據(jù)室外溫度變化及不同熱用戶實際用熱需求，確定小規(guī)模調(diào)峰熱源的開啟時間。結(jié)合當前天津市能源集團各熱力公司的運行模式，將開啟二級管網(wǎng)側(cè)調(diào)峰熱源的權力下放至供熱管理處。各供熱公司考核供熱管理處的運行能力，實現(xiàn)二級管網(wǎng)側(cè)調(diào)峰熱源的節(jié)能運行。

二級管網(wǎng)調(diào)峰多出現(xiàn)于東歐國家，比如丹麥集中供熱管網(wǎng)的調(diào)峰鍋爐設置(見圖3)就很有代表性^[1-3]。

從圖3可以看出，與國內(nèi)常見的調(diào)峰鍋爐設置在一級管網(wǎng)側(cè)有所不同，丹麥的調(diào)峰鍋爐設置在熱力站之后的二級管網(wǎng)側(cè)。二級管網(wǎng)側(cè)調(diào)峰鍋爐承擔的調(diào)峰負荷由各供熱公司確定。調(diào)峰鍋爐一般為單臺容量1～2t／h的燃氣(油)鍋爐，一般為無人值守，能夠根據(jù)用戶的需求和室外氣候條件的變化實現(xiàn)自動啟停。

在二級管網(wǎng)側(cè)設置燃氣調(diào)峰鍋爐的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)具有以下特點：

a．熱電廠承擔基本負荷，設備容量減小。

b．基本負荷不隨室外氣溫變化而變化，便于熱電廠機組選型，運行時能夠長時間保持在高效率下工作。

c．一級管網(wǎng)承擔的負荷減少，可減小管徑，降低一級管網(wǎng)的造價。

d．由分布于各末端的調(diào)峰熱源根據(jù)各熱用戶的具體要求，補充熱負荷不足部分，實現(xiàn)根據(jù)熱用戶的需求供熱。這樣集中供熱的調(diào)節(jié)就不再是目前的以流量調(diào)節(jié)為主，而是直接對熱量進行調(diào)節(jié)。

e．天然氣屬于清潔能源，對環(huán)境污染小。

不同地區(qū)由于受地理位置、氣溫變化的影響，熱負荷的情況不盡相同。如何確定由熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)承擔的基本熱負荷與燃氣調(diào)峰鍋爐提供的尖峰熱負荷的適當比例，還需要進一步研究。同時，由于增加了燃氣調(diào)峰鍋爐，設備造價將增大，供熱系統(tǒng)燃料費也將發(fā)生變化，需要進行經(jīng)濟分析確定方案。

②設置二級管網(wǎng)蓄熱水罐

考慮到目前供熱管網(wǎng)日益老化，出現(xiàn)泄漏的可能性逐漸增大，為了減少停止供熱時間，在一些不能停止供熱的重要小區(qū)增設二級管網(wǎng)蓄熱水罐，蓄熱水罐的容積可參考地勢、二級管網(wǎng)容量綜合考慮，進行經(jīng)濟性分析后確定。設置蓄熱水罐的優(yōu)點為：

a．當一級管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏時，減少二級管網(wǎng)的停供時間，減少熱用戶損失。

b．盡管有二次補水泵，但當二級管網(wǎng)出現(xiàn)大量泄漏時，蓄熱水罐可短時間保證用戶用熱穩(wěn)定。

3　經(jīng)溽性分析

多熱源調(diào)峰的目的是在一級管網(wǎng)流量有限的前提下，充分利用有限的一級管網(wǎng)流量，同時利用其他形式熱源，保證供熱質(zhì)量。當兩個供熱管網(wǎng)比較時，某個管網(wǎng)供回水溫差較小，則意味著該管網(wǎng)一級管網(wǎng)流量利用不充分，供熱能力還有提高的可能性。

天津市城安熱電有限公司(以下簡稱城安公司)和天津市梅江供熱公司(以下簡稱梅江公司)2012—2013年供暖期一級管網(wǎng)供回水溫差比較見表1。由表1可知，城安公司一級管網(wǎng)供回水溫差與梅江公司差距較大。

當然，一級管網(wǎng)供回水溫差不能完全反映一個管網(wǎng)運行、發(fā)展的能力，反映管網(wǎng)運行水平的因素還有很多。城安公司可以充分挖掘管網(wǎng)潛力，在個別水力工況較差且管網(wǎng)無法調(diào)整改造的地區(qū)適當設置調(diào)峰熱源，增大一級管網(wǎng)的供回水溫差，以提高供熱管網(wǎng)的供熱能力。

根據(jù)城安公司2012—2013年供暖期的實際供熱參數(shù)，擬合得到供熱管網(wǎng)一級管網(wǎng)供回水溫差計算公式：

Dt=-0.031t²w-1.369tw+28.59       (1)

式中Dt——一級管網(wǎng)供回水溫差，℃

tw——室外溫度，℃

對于城安公司的供熱管網(wǎng)，當室外溫度為-9℃時，由式(1)計算得一級管網(wǎng)供回水溫差為38.40℃，能提供的熱負荷為311MW；當一級管網(wǎng)供回水溫差提高至40℃時，管網(wǎng)增大了供熱能力，能提供的熱負荷為324MW。當管網(wǎng)輸送能力滿足要求時，可增加約33×10⁴m²的供熱面積，增加管網(wǎng)集資收入約4950×10⁴元(按集資費150元／m²計算)。

4　常規(guī)敷設管網(wǎng)與設置調(diào)峰熱源的對比

對于“全市一網(wǎng)”項目建設，對于新建小區(qū)，當供熱負荷增大時，在部分中心城區(qū)各種現(xiàn)狀配套設施侵占路由，導致供熱管網(wǎng)敷設遇到較大阻力。對于這種情況，一般有兩種解決方案：方案一：進行阻力較大的路由協(xié)調(diào)申請，申請成功后，組織進行難度更大的施工，管道敷設完成后，在運行期間進行大范圍管網(wǎng)平衡工作。方案二：在供熱管網(wǎng)難以敷設的地點設置合適的一級管網(wǎng)調(diào)峰熱源，或敷設小管徑一級管網(wǎng)，設置二級管網(wǎng)調(diào)峰熱源。方案一和方案二的對比如下：

①安全運行：方案一一級管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏時，大管徑管網(wǎng)有利于保障泄漏點之后用戶的供熱質(zhì)量；方案二一級管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏時，二級管網(wǎng)調(diào)峰熱源可以保證本區(qū)域正常供熱，但對其他管網(wǎng)支持較小。

②實施難度：方案一需要申請大管徑管道路由，申請及施工難度較大；方案二僅需申請小管徑管道路由，申請及施工難度較小。

③運行管理：方案一需要進行大范圍、大強度的管網(wǎng)平衡調(diào)整；方案二由于需要的一級管網(wǎng)流量較小，管網(wǎng)平衡調(diào)整工作量較小。

④造價和運行費用：方案一的造價為大管徑一級管網(wǎng)敷設費用和熱力站、二級管網(wǎng)建造費用，后期運行費用較少；方案二的造價為一級管網(wǎng)調(diào)峰熱源(或小管徑一級管網(wǎng)及二級管網(wǎng)燃氣調(diào)峰熱源)的設置費用和熱力站、二級管網(wǎng)建造費用。兩方案需經(jīng)過經(jīng)濟分析后優(yōu)選。

參考文獻：

[1]鄭雪晶，由世俊，姜南．二級網(wǎng)調(diào)峰供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性[J]．天津大學學報，2008，41(2)：163-167．

[2]趙丹，張春，徐海梅．地熱水與調(diào)峰鍋爐聯(lián)合供熱在天津的應用[J]．煤氣與熱力，2007，27(2)：54-56．

[3]錢劍峰，孫德興．水源熱泵與調(diào)峰鍋爐聯(lián)合供熱的探討[J]．煤氣與熱力，2006，26(6)：47-52．

本文作者：任騰飛  余心明  陳曉軍  李爽

作者單位：天津市城安熱電有限公司

  首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠