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摘 要】本文对供热管网数据进行调研、换热站流量实测分析，并模拟水力工况，调整减小了供热管网存在的水力失调问题；根据济南市标准气象年参数和实测的温度参数，分析提出将分阶段改变流量的质调节方法用于管网供热季调节，确定了各阶段的实际运行方法、逐日随温度调节的方案，并考虑了本供热管网中热惯性的影响，计算得出了管网水力工况达到稳态后到各换热站的反应时间。结合建立的换热站控制末端进行控制，可提高管网运行的经济水平。--济南市南郊热电厂 栗建明
引言
高温热水集中供热是一种高效节能的供热方式，目前宏观政策也鼓励采用热水供热系统降低集中供热的能耗。根据济南市集中供热发展规划要求，济南市新发展采暖方式均为热水采暖，现有的蒸汽采暖管网也要逐步转换成热水采暖管网。但是，根据济南市南郊热电厂多年来的供热运行管理经验，由于种种原因，高温热水集中供热方式的节能潜力还没有得到充分发挥。从技术层面上讲，有以下几个方面：热水供热系统面积的不断增加，导致热源、管网配置不尽合理或资料不全、不准；热水供热管网固有的水力失调；供热系统调节技术落后等。围绕这些问题，近年来济南市南郊热电厂与山东建筑大学等高校、科研机构合作，进行管网资料调研，根据实际管网结构数据进行水力模拟，以此为依据进行供热季管网调节并实测流量，在各换热站建立了控制末端。通过对管网水力、热力的调查、计算、分析，参考标准气象年参数和额定负荷，考虑管网的运行改造和气候变化，制定热水管网在供热季的运行调节方案，并通过动态模拟考察制定的调节方案，确定采用分阶段改变流量的质调节方式来进行供热季调节，与标准气象年的负荷计算、往年实际负荷相比，达到了经济运行的目的。
一、管网水力工况调研分析
用超声波流量计对供热热水管网未调节时实测流量，实测显示，大部分换热站内流量比设计流量偏小，但经过合理调节可以进一步减小水力失调，从而满足阶段内控制温度的要求。
管网的实际流量为1644m3/h。两台运行中热水管网循环泵参数如下：额定流量：1100m3/h,扬程96m,功率500kW； 由此可见每台循环泵的流量为850m3/h，而扬程94m；η=Ne/N=Q×P/N得到每台泵的效率为59.5%，比设计工况效率78%低。运行工况偏离高效区，存在运行节能潜力。经分析发现，在进行管网运行调节时，为使管网各换热站进行流量合理分配，对大量阀门采取了节流，造成了管网的特性曲线陡峭，使循环泵位于低效工作区。减少一台循环泵，并把管网上节流的大部分阀门全部打开，对热水管网再次进行了流量实测，得到流量数据。管网总流量减少了，而整个管网所带换热站流量没有明显变化。整个管网的运行情况如图１所示，单台泵的流量增大，扬程略有减小，但仍能达到两台泵时的流量分配关系。在保证泵不过载的前提下，只运行一台泵，一个供暖季可降低运行费用为：
500kW×24h/d×140d×0.5元=840000.0元
二、分阶段改变流量的质调节方案的制定
由供热季逐日负荷情况（见图2），可见在标准气象年里大部分时间逐日供热负荷小于50MW。同时参照标准气象年室外温度逐时变化（见图3）和太阳辐射逐时变化（见图4），并考虑一定的安全系数。将供热季大致分为三个阶段：
第一阶段： 11月5日~12月5日。在本阶段内，室外温度在波动中呈下降趋势，已降至10℃以下，平均在5℃左右；太阳辐射强度较低，均小于10 MJ/m2，平均在6~7MJ/m2。按照室外温度计算的逐日负荷在30~35MW左右，考虑一定的安全系数（本文取1.2），逐日负荷在36~42MW内。
第二阶段：12月5日~2月15日。在本阶段内，室外温度在波动中继续下降，大部分日平均温度在0℃以下，大部分逐日最高温度也降至7℃以下；太阳辐射强度也均小于10MJ/m2，某些时段骤降至4 MJ/m2以下。按照室外温度计算的逐日负荷在大部分时间大于50MW，考虑安全系数后，逐日负荷均在60MW以上，某些时刻达到90MW以上。本阶段为供热季的严寒期，同时也是耗能最大时段。
第三阶段：2月15日~3月25日。在本阶段内，室外温度在波动中呈回升趋势，但温度仍然较低，平均温度在5℃左右，在某些时刻也出现温度骤降；太阳辐射强度波动中逐渐上升，平均在10MJ/m2以上，但波动比较严重。由于温度和太阳辐射强度的较大波动，本阶段逐日负荷变化较明显，但整体与第一阶段相似，按照室外温度计算的逐日负荷在30~35MW左右，考虑一定的安全系数（取1.2）后，逐日负荷在36~42MW内。在波动明显的时段内可单独考虑。
综上所述，室外温度是进行供热调整的主要依据，合理的利用每个阶段的不同，可实行节能，反之，将造成能源的巨大浪费。
三、各阶段的调节方案制定
在每个阶段保证基本的流量，在每个阶段内考察流量的合理性和温度的制定：
a） 在第一个阶段内（11月5日~12月5日）
在本阶段内逐日负荷在36~42MW范围内，可只运行一台58MW热水锅炉。热水锅炉的额定循环水量为840m3/h，可考虑实际的运行工况增大到1000m3/h，仍小于1700m3/h，只运行一台14SH-6B单级双吸卧式离心泵，额定流量1100m3/h，扬程96m。应该合理的进行管网调节，减小管网的等效阻抗可增大总流量，从而减小水力失调程度。进行实测试验时单泵运行流量在1500m3/h左右，可以满足要求。
温度调节方案的制定：当单台泵的实际流量在1200~1500m3/h左右变化时，即在额定流量的67%~83%范围内，可按照表1和调节曲线调节供回水温度。
b） 在第二个阶段内（12月5日~2月15日）
逐日负荷均在60MW以上，某些时刻达到90MW以上，需要运行两台58MW热水锅炉，整个管网的额定流量为1862.79m3/h。05~06供暖季两台循环泵的总流量为1700 m3/h，计算的效率为59.5%，较设计效率78%偏低。在运行调节时，在保证各换热站水力失调程度最小的前提下尽量增大各阀门开度，这样可以增大循环流量和泵的效率。或者并联一台小流量的循环泵。这样可以节约部分能量。
温度调节：温度的范围：120℃~70℃。具体的温度变化可查表1和图5。
c） 在第三个阶段内（2月15日~3月25日）
本阶段逐日负荷在36~42MW内，与第一阶段相似。可以考虑同样的单台58MW热水锅炉、单台14SH-6B单级双吸卧式离心泵运行 。但本阶段内天气变化波动较大，阶段内调节时应单独考虑。
温度调节：
当单台泵的实际流量在1200~1500m3/h左右变化时，即在额定流量的67%~83%范围内，可按照表和调节曲线调节供回水温度。
四、每日随温度调节的方案制定
每年的某日温度逐时变化规律不会完全一样，但存在相似的变化规律。下面在每个阶段选取几个典型日，得到其逐时变化规律，可作为每日温度调节方案的参考。
a） 在第一个阶段内
★ 典型日1：11.13~11.17温度逐时变化规律，温度大部分在0度以上，变化规律近似余玄函数。
★ 典型日2：12.6~12.9温度逐时变化规律，温度大部分在0度上下波动，变化规律近似余玄函数。
b） 在第二个阶段内
★ 典型日1：1月5日~1月6日温度逐时变化规律，温度大部分在0度上下波动，变化规律近似余玄函数。
★ 典型日2：1月15日~1月18日温度逐时变化规律，温度大部分在0度以下，变化规律近似余玄函数。
c） 在第三个阶段内
★ 典型日1：2.26~2.28温度逐时变化规律，温度大部分在0度以上，变化规律近似余玄函数。
由以上变化规律可见，在每个阶段温度变化规律都近似余玄函数，但第一、三阶段温度大部分时间在0度以上或左右，而第二阶段较低在0度以下或左右。
每日的供回水温度应按照室外温度的变化拟合出的变化曲线进行调节。同时考虑热惯性的影响，计算得出大部分换热站在锅炉供水温度升高（降低）后2小时内可以升温（降温），最迟为3个小时。进行逐时温度调节时至少应该提前2~3个小时。
五、考虑逐日调节时的热惯性问题
在本调节方案中，考虑管网内热水水力稳定后，进行质调节的热惯性。即热源内改变供水温度后，到达不同位置换热站的时间。进行流量调节后，管网水力变化比较复杂，但本方案中只有在改变阶段时流量变化较大，可通过经验确定稳定的时间。综合考虑简化后的管网调节反应时间，可用于管网调节方案制定。
六、总结
1、 根据2005-2006采暖季的运行调节，测试发现管网水力失调现象减小，实现了节约水量5％~15％。
2、依据标准气象年供热热负荷变化情况，划分供热季为三个阶段：第一、三阶段变化规律相似，运行一台58MW热水锅炉和一台14SH-6B循环泵；第二阶段为严寒季，运行两台58MW热水锅炉和两台14SH-6B循环泵（或并联一台小流量泵流量,可利用现12SH-6循环泵）。每个阶段内流量基本保持不变，温度按照室外温度变化情况查温度调节表和温度调节曲线调节。这个方案切实可行。
3、根据季末总结核算，进行的管网调整与调节提高了供热管网的运行效率，节约了集中供热管网运行费用20％~25％，节约热源耗煤费用15％~20％。
