集中供热系统热负荷运行调节探究

集中供热系统热负荷运行调节探究

房明振

国家电投集团东北电力有限公司抚顺抚电能源分公司，辽宁省抚顺市，113008

摘要：“碳双控”环境下，对提高供热质量、降低供热能耗提出了更高的要求。基于此，系统概述了供热系统热负荷调节方法的优劣，结合实例对锅炉群控的负荷调节进行量化计算分析。结果表明：环境温度为5~8℃时，1台锅炉在高效运行区间运行；环境温度为-1~5℃时，2台锅炉均在高效运行区间运行；环境温度为-10~-1℃时，3台锅炉同时在高效运行区间运行。对初调节方式进行详细分析，以期为集中供热管理部门提供技术参考，促进供热系统安全合理高效运行。

关键词：集中供热系统；负荷调节

引言

为了研究供热系统热惯性对供热机组调峰性能的影响，本文提出了热电联产机组，纯凝火电机组和风电机组联合运行模型，在保证室内温度在16-20℃的前提下利用集中供热系统热惯性打破热电联产机组强耦合特性，经过对比传统以热定电模式下系统模型和考虑供热系统热惯性的运行模型，结果表明，考虑集中供热系统热惯性能显著提升供热机组调峰性能，在典型日运行期间，在风电消纳方面后者要比前者多消纳30%的风电量。

1常用的运行调节方式

在供暖系统的运行调节中，不同方式的工作原理不同，所达到的效果也不尽相同。集中供热系统中常见的调节方式及优缺点如表1所示。目前，国内应用较多的是质调节和分阶段改变流量的质调节两种方式。前者是一种粗放型的保守调节方式，虽然运行故障率较低，但是水泵电耗较大，且北方经常出现供暖期间开窗散热的情况，造成能源的双重浪费。此外，用户端的响应时间较长，经常出现调节滞后的情况，对于当前新兴的长输供热管网更加不能适应。后者有了一定的改进，但大多依据经验设定流量比，并且只能在划分的阶段内按照恒定的频率运行，也有较大的节能空间。

表1供热管网调节方式对比

2集中供热系统热负荷运行调节探究

2.1分阶段改变流量的质调节

分阶段改变流量的质调节是在保证水网总循环水量不变的前提下，针对不同室外温度进行内、外网阶段性流量变化的质调节。按照当地气候统计数据对供暖期进行划分，划分的每个阶段保持流量不变，但每个阶段应根据室外温度高低制定合理的流量。通常情况下，对室外温度高的时间段保持较小流量，反之则保持较高的流量，但总体要求进入采暖用户的热水流量不得低于设计流量的60%。该流量阈值主要考虑水力垂直失调的问题，若供暖系统为双管模式，流量过低必然会引起水路循环过程中由力循环作用导致的压头比例差增大，继而引发垂直失调；若为单管供暖，引起垂直失调的原因可归结为不同层散热器传热系数跟随流量变化不一致。具体到每个阶段调节过程中，应根据每天室外温度的实时变化，采用改变水网温度的质调节。

2.2时间序列法

时间序列法是一种统计分析方法，根据研究指标按照时间的排序进行分析和预测。该方法处理数据量少，计算速度较快，适用于短期负荷预测。提出了采用时间序列法进行热负荷预测的原则，并列出了3种数学模型，在工程中具有一定的参考价值。基于时间序列法建立了供热负荷预测的数学模型，通过对负荷时间序列的平稳化处理及对平稳序列建立ARMA模型等过程，将所得模型与实际运行数据进行对比，所得平均相对误差为2.7%，拟合效果较好。采用混沌理论对供热负荷混沌时间序列进行了预报研究，提出了一种避免人为主观性的基于Volterra自适应滤波器的负荷预报方法，揭示了热负荷时间序列的动态特性。通过一种基于乘积季节ARIMA模型的热负荷预报法预测未来24h的供热负荷，日预报平均误差为1.45%，满足工程需要。

2.3太阳能集热器

目前，我国常采用的太阳能集热器有平板式、真空管式和热管式等。其中，平板式太阳能集热器构造简洁、可承压运行，有效集热面积大，但其运行热损失较大，不可在低温环境下使用；真空管式太阳能集热器的集热效率较高，可在-20℃的环境下运行，但其无法在承压状态下运行，且在缺水空晒状态下的真空管易出现爆裂现象；热管式太阳能集热器则具有集热效率高、承压运行能力强，以及可应用于最低温度达-40℃的严寒地区等优点，但此种太阳能集热器的加工工艺复杂，成本高。

2.4灰色预测法

灰色预测法是利用已知信息和未确知信息建立灰色模型，进而确定未来的变化趋势的一种方法，对长期负荷的预测精度较高，适用于缺乏数据的情况。提出了一种利用周期均值叠加法将残差序列分离为若干个周期波，对其线性叠加后进行外延的改进灰色预测方法，显著提高了热负荷的中长期预测精度。通过推导得出的灰色预测模型中的参数内生控制灰系数u的修正，使灰色预测模型误差显著减少。热负荷预测方法发展非常迅速，预测时的出发点及采用的方法也日渐丰富。大多数预测方法是在对已有数据基础上建立影响因素和热负荷的模型，而对各因素间的相互影响和对热负荷的影响过程缺乏具体的定量描述。对此，可以从充分考虑供热末端建筑的蓄热性，热量传递的延时性和衰减性，以及其他环境因素及社会因素引起的热负荷变化的复杂性等方面进行深入研究，使建立的模型更接近于实际工况的动态变化。此外，单一的研究方法存在各自的优缺点及适用条件，可以将预测方法进行整合，提高预测的精度及稳定性。

2.5锅炉群控负荷调节

热负荷预测调整要保证热源的稳定、及时，所以热量的输出非常重要。热量的计算遵循以下步骤：对集中供热系统锅炉（包括单台锅炉和总锅炉）的热量进行计算，获得一次热网系统的总热量；对二次系统的热量进行计算，获得采暖建筑所需热量；建立集中供热系统供热量和需热量的平衡方程。计算锅炉实时热效率，只需要对燃料（天然气炉等）输入热量进行计算即可。通过对锅炉实时效率的监控，深度精准调控锅炉运行在最佳负荷区间，便可降低能耗。

结语

目前，我国供热系统的规模逐年扩大，能源浪费现象严重，研究运行调节模式对供热事业的节能降耗具有重要意义。通过常用运行调节模式的介绍，从供暖热负荷预测、分阶段变流量质调节改进和质量-流量调节以及计量供热等方面进行了总结：1）目前，热负荷预测的方法非常丰富，各有优缺点，在进行预测时需进一步考虑热负荷的复杂性及相互间的影响。此外，可以将单一的预测方法进行整合，提高精确度及稳定性。2）分阶段变流量的质调节方法管理简单，具有一定的节能效果，但在具体阶段的划分及划分依据上需要紧密结合热负荷的变化规律。3）计量供热是实现按需供热的有效手段，通过质量-流量调节的方式保证系统的稳定和节能性。在建立模型时，需综合考虑热源、热力站及热用户间的影响，统一运行调节，利用信息化平台实现智能监控和调控，采用精细化管理，可以提高系统的运行效率和节能效果。4）采用合理的供暖收费标准，可以提高热源单位、供热单位及热用户节约能源的积极性，实现集中供热系统的节能降耗。

参考文献

[1]周恩泽，方修睦.供暖热水锅炉房的热负荷预报［J］.哈尔滨建筑大学学报，2000，33（3）：56-60.

[2]张永明，齐维贵.供热负荷时间序列混沌特性分析及预报模型研究［J］.物理学报，2011，60（10）：98-107.

[3]邓盛川，于德亮，齐维贵.基于乘积季节ARIMA模型的供热负荷预报［J］.沈阳工业大学学报，2011，33（3）：321-325.

[4]赵磊.基于负荷预测的集中供热管网系统的动态平衡调节研究［D］.西安：长安大学，2017.

[5]白珊，王硕，张丽娜，等.气象因素对供热系统采暖热负荷的影响分析［J］.节能，2019，38（7）：34-36.