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太古一级网与城西调峰热源厂并网运行实践

申鹏飞

太原市热力集团有限责任公司  山西太原  030012

摘要:太古热网供热负荷逐年增大,严寒期以常规解列方式运行的调峰热源不能充分发挥其供热能力,热网频繁切换影响部分区域运行工况,且对热网设备带来一定的风险。本文阐述了太古热源一级网与城西调峰热源厂并网运行的实践性测试,根据测试结果提出并网运行应注意事项,并得出并网运行水力工况整体得到改善等相关结论。

关键词:太古热网;并网;调峰热源;水力工况

0

太古供热项目自2016年投运后,热网负荷逐年增大,2020-2021年采暖季,最大供热面积达到7299万㎡,已超出原可研报告中所设计7600m280%的基础负荷水平。连续两个采暖季,热源最高供水温度达到118℃,最大循环流量达到27000m3/h,在严寒期必须启动调峰热源厂才能满足热网供热需求。

太原市在2020-2021采暖季共经历五次寒潮,太古热网在严寒期先后启动城西热源厂、晋源热源厂、西华苑锅炉房等大型调峰热源,以常规解列运行的方式,并将部分负荷切换至白家庄电厂和城南热源厂,共将1347万㎡供热负荷切出太古热网。解列运行方式在热网平稳运行及保障运行安全方面存在一定的缺陷,因此在调峰热源和基础热源并网运行探讨的基础上,对其进行了并网测试。


1.太古热网严寒期调峰热源启动及负荷切换示意图

1.         解列运行存在的问题

因两热源运行参数差异,热源厂频繁启动切换,不可避免带来一级网温度变化,热网重新平衡的调节滞后也会造成供热参数波动,同时会因补偿器伸缩频繁对管网带来一定的风险。以某热力站为例,该热力站属于城西热网区域,紧邻太古热网,2020年为应对寒潮,启动城西热源厂并解列运行时,在热网操作及重新平衡过程中,该热力站供热质量受到一定程度影响。

两热源并网运行可避免或减少运行期间负荷切换,充分发挥燃煤调峰热源的供热能力,有利于提高热网的稳定性和降低管网伸缩拉脱风险。

2.         并网运行论证

2.1.        基础数据

本次并网运行于20212月底进行测试,并网前,太古热源供热面积为6478m2,包含720座热力站,城西热源厂供热面积为670m2,包含73座热力站,并网后合计供热面积7148m2

1 热源基础数据

热源

地面高程(m

循环泵台数

循环泵参数

太古热源(中继能源站)

850

10

P=1600kWQ=3500m3/hH=120m

城西热源厂

813

6

P=1000 kWQ=1800m3/hH=146m

热源运行参数及热网连通点附近管网压力对照见表1.

2.热源运行参数及热网连通点附近管网压力

热源厂运行参数

热源厂范围
热力站一网压力

太古范围
热力站一网压力

锅炉运行台数

泵运行台数

运行压力(MPa

流量(m3/h

2437喷灌厂(MPa)

T10集祥君悦(MPa)

4

3

0.92/0.27

7300

0.96/0.62

1.28/0.92

3

2

0.79/0.34

6000

0.86/0.61

1.23/0.92

2

2

0.63/0/34

4500

0.77/0.57

1.13/0.98

1

1

0.67/0.41

3300

0.81/0.66

1.13/0.99

解列运行时,太古中继能源站一级网回水压力为0.2MPa,城西热源厂回水压力0.36MPa,太古中继能源站与热源厂地面标高相差38米,一次网并网连接点两侧热力站回水压力差值约0.31MPa。并网后,以太古中继能源站为联网系统定压点,城西热源厂回水压力预计升高至0.6MPa,在提升压力运行稳定的情况下,缓慢开启与太古热网的联络阀门。

2.太古热网城西热源厂热网区域

2.2.        水力计算

并网运行前,太古热网各热力站的万平米循环流量为3.5t/h,太古热网循环流量为24000t/h,中继能源站供回压差为45mH2O。城西热源厂按照2台锅炉和2台循环泵的方式运行,热网循环流量为4500t/h,供热范围各热力站万平米循环流量为7t/h,经计算,并网运行后,热网整体平稳,末端热力站运行水力工况明显改善。水力交汇区域:和平北路、千峰北路及文兴路热力站水力工况有明显改善,资用压差增加10mH2O以上。水力工况改善效果明显,整体节能空间得到较大提升。同时,计算数据显示,并网运行后,胜利西街北中环联络DN1000管线过流量较小。运行参数及水力工况见表3

3.并网前后运行参数及水力工况      

运行方式

热网

万平米循环流量

t/h

末端热力站资用压差

mH2O

资用压头不足热力站数量

(座)

解列

太古

3.5

-29JY104

321

城西

7

20

0

并网

太古

-29JY104

318

城西

3.         并网运行实施

太古热源和城西热源按计划进行了并网运行试验,从操作解列阀门至城西热源厂停炉为止,完成并网运行测试过程,分三个阶段实施。

1、并网操作

并网过程中太古中继能源站低海拔一级网定压0.18-0.20MPa。经8小时完成解列阀门操作,严格按照既定次序先后开启五处解列阀门,实现城西热源厂区域与太古热网的区域的完全并网运行。并网后太古热网总供热面积达7148万平米。

2、流量提升测试

先后单独对城西热源厂及太古中继能源站进行升流量试验。观察并网运行时两热源流量耦合现象及对热网工况的影响。

3、城西热源厂锅炉切换

城西热源厂进行锅炉切换,观察在并网运行时锅炉切换运行对热网工况的影响。城西热源厂3#锅炉逐步停止给煤并降低锅炉流量,同时4#锅炉投煤并逐步增加流量,直至完成锅炉切换。城西热源厂锅炉停运,太古热网恢复至单热源运行状态。

4.         测试过程中的条件控制

(1)热网补水

以太古中继能源站作为定压点,协调热网各补水点做好补水响应,目标是维持并网前后热网定压稳定在0.18-0.20MPa之间。

(2)阀门开启次序

为避免热网大幅波动,先开启兴华街9#小室北侧DN200旁通回水阀门至适当开度,直到两侧压力达到平衡后,按照次序缓慢开启其余阀门。热网运行工况趋于平稳后,缓慢开启胜利西街与北中环DN1000连通阀门。

(3)锅炉流量控制

在阀门开启过程中,热源厂同步密切关注锅炉流量变化,保证每台锅炉流量为1700m3/h以上。若出现流量波动,通过运行频率调整稳定流量。调节锅炉供热负荷至稳定运行状态。

(4)热网重新平衡

并网后,加强关注各热力站运行工况,并在全网平衡软件自动调节的基础上加强手动干预以达到快速平衡。全网平衡控制目标值统一设定。

5.         并网数据分析

(1)运行参数

太古中继能源站、城西热源厂地面标高相差约38米,城西锅炉高度约38m,能源站换热器高度约3m。因此太古热网和城西热网最高点高程仅差2m。并网前,城西热源厂供/回水压力分别为0.8/0.33MPa,太古中继能源站一级网供/回水压力分别为0.8/0.19MPa,中继能源站出口供回水压差较城西热源厂高0.14MPa

3.主要数据

试验阶段

能源站压力(MPa

热源厂压力

MPa

能源站流量

m3/h

热源厂流量

m3/h

原太古热网热力站

最高压力(MPa)

原城西热网热力站

最高压力(MPa)

并网前

0.8/0.19

0.8/0.33

20593

4750

1.46

1.23

并网后

0.79/0.19

1.12/0.55

20844

4720

1.47

1.29

热源厂单独升压

0.8/0.19

1.15/0.51

20592

5420

1.47

1.28

能源站单独升压

0.84/0.19

1.15/0.57

22260

4580

1.49

1.3

热源厂停运后

0.79/0.2

24016

1.41

1.28

并网后,以太古中继能源站作为系统定压点,城西热源厂回水压力升高约0.22MPa,热源厂供、回压差增加0.1MPa,流量降低约300m3/h;中继能源站供回压差降低0.01MPa,循环流量增大约300m3/h

城西热源厂将循环流量由4700m3/h提升至5420m3/h后,热源厂供、回压差增加0.07MPa,流量增加约720m3/h;中继能源站供、回压差无变化,流量降低300m3/h。两个区域热力站的最高压力均有一定的降低。

城西热源厂流量恢复至4700m3/h,中继能源站总流量由20830m3/h提升至22260m3/h后,热源厂供、回压差降低0.06MPa,流量降低120m3/h;中继能源站供、回压差增加0.04MPa,循环流量增加1426m3/h。两个区域热力站最高压力均有所升高。

城西热源厂停运后,太古热网成为单热源运行方式,即由太古热源承担一级网7148万㎡的全部负荷。也即初末寒期的运行方式。中继能源站经流量调整,流量由试验前的20830m3/h提升至24016m3/h,增大3186m3/h,资用压差几乎无变化。原城热网压力最高的热力站由千峰北路段转移至文兴路段。原太古热网压力最高的热力站几乎无变化,凯峰物业热力站工况明显好转,回水加压泵频率有明显下调,从45.9Hz降至36.1Hz。测试阶段,热网单位平米流量为3.76m3/h/万平米。

可见并网后,热网工况(尤其是原城西热源厂供热区域)对于中继能源站的参数变化响应更为敏感。

(2)热网最高承压

如表3所示,除中继能源站单独升流量阶段外,其余试验过程中继能源站出口压力未发生明显变化,城西热源厂在并网后出口压力升高0.32-0.35MPa,最高达到1.15MPa。原城西热源厂供热区域承压明显升高,最高压力接近1.5MPa

(3)解列阀门影响

开启前四道阀门时,热网工况均发生明显波动,但开启最后一道阀门即胜利北街和北中环连通阀门时,热网工况几乎未发生变化,因此建议并网运行时,为在应急状态下实现快速解列,此阀门可保持关闭状态。

(4)水力交汇点变化

原城西热源厂供热区域最高承压热力站顺序由原来的晋机东风>广播电大>北美枫情>万柏林小区>河西太钢,并网后改变为:广播电大>北美枫情>外国语高中部>万柏林小区>晋机东风,推测并网后水力交汇点与原物理阀门解列点发生变化。水力交汇点偏向于原城西热源厂供热区域。

(5)水力工况改善

并网后,城西热源厂资用压差增加10m左右为57mH2O。原解列阀门周边的和平北路、千峰北路、文兴路沿线热力站水力工况得到明显改善,原太古热网部分热力站水力工况得到一定程度改善。其中理工大区域水力工况明显好转,并网之前城西17座热力站资用压差不足,并网后并网区域所有热力站资用压差均达到10mH2O以上。原太古热网部分热力站因水力工况好转而停运回水加压泵,详见表4

4主要热力站运行数据

运行方式

热网

热源资用压差

mH2O

末端热力站资用压差(mH2O

资用压差不足热力站数量(座)

备注

并网前

太古

61

-29JY104

301

资用压差不足热力站数量:原城西区域按照资用压差不足10m及启动回水加压泵站数统计,原太古按照启动回水加压泵热力站数量统计。

城西

47

理工大片区资用压差不足5mH2O,文兴路沿线部分热力站资用压差不足10mH2O

18

并网后

太古

61

-

292

城西

57

均大于10mH2O

0

城西升流量

太古

61

-

275

城西

64

均大于10mH2O

0

太古升流量

太古

65

-

276

城西

58

均大于10mH2O

0

城西热源厂停运

太古

61

-

297

城西

-

均大于10mH2O

0

6.         并网运行注意事项

(1)注意加强关注并控制热网的运行压力,因一级网设计压力为1.6MPa,考虑管网管龄不一,最高运行压力严禁高于1.5MPa

(2)并网运行时,城西热源厂锅炉、管网将保持较高压力运行,须密切关注锅炉运行情况,尤其是省煤器等薄弱设备,应急工况下做好随时切换锅炉的准备。城西热源厂回水中的杂质会变多,容易粘附在水冷壁上发生爆管,因此应注意补水水质、提高除污等级。

(3)原城西热源厂供热区域的热力站,因在双热源运行工况下其压力较高,应利用停热期间进行全面系统处理安全隐患,避免生产运行期发生爆管故障。

(4)并网运行时,其水力交汇点会随热源调节发生变化,因此热源调整应协同调节,对于水力交汇区域,运行中应注意观察并加强调节。

7.        

(1)未考虑今年扩网因素的情况下,并网运行测试证明城西热源厂(2台锅炉及以下运行阶段)与太古一级网并网运行方案切实可行,3台及3台以上锅炉运行时,其工况有待进一步深入探讨。

(2)在测试过程中,开启解列阀门和并网运行阶段,两处热源循环泵运行参数未调整情况下,两处热网循环流量略有波动,但未出现流量大幅震荡,可实现稳定并网,以此类推也可实现平稳解网。

(3)并网运行整体水力工况较解列运行好。原城西热源厂供热区域水力工况有明显改善,但运行压力提高,为管网承压带来一定的安全隐患。

(4)为实现故障工况下热网快速解列,建议在双热源运行时胜利西街与北中环DN1000连通阀门先保持关闭状态,若需改善水力工况再考虑开启。

(5)并网运行实施方式:系统初末寒期采用单热源供热,由太古热源承担低海拔一级网全部负荷。严寒期采用双热源方式运行,无需进行阀门状态调整,仅需城西热源厂启动锅炉,系统定压点为中继能源站。

(6)热网工况对于中继能源站的参数变化响应更为敏感,因此严寒期并网运行期间,太古热源尽量维持流量和温度不变,城西热源厂作为调峰热源配合调整,随着室外变化调整负荷。

(7)并网后全网的能耗效应有待进一步深入探讨。

参考文献

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[5]    刘晓昂、杨双欢、王晓红. 多热源联网运行优化配置应用实践[J]. 区域供热, 2020, No.209(06):63-69.


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