集中供热网的可及性分析.doc

1 集中供热网的可及性分析 Accessibility analysis of district works 提要针对集中供热网,尤其是多热源环形网提出了可及性分析的概念,建立了相应的数学模型并探讨了用混合遗传算法求解的方法。通过所编制的相应软件对国内几个大型集中供热网的分析研究结果表明, 在环形网上合理地装配和调节阀门, 有利于改善系统的工况, 充分利用管网的输送能力,提高运行的经济性。给出一个具体的算例。 2 关键词:集中供热网络可及性遗传算法 Abstract Presents the concept of accessibility analysis for works especially for the multi-heat sources and multi-loops system, describes a mathematical model for the analysis and its solution based ona mixed generic algorithm. With a software developed in the basis of the algorithm such analyses of several large works reveals that proper installation and regulation of valves in the pipework is conducive to improvement of the operation conditions and utilization of the deliverability. Gives an example of using the procedure. Keywords : district heating , network , accessibility , generic algorithm 1 引言 3 集中供热与传统的分散供热相比, 具有减少环境污染、节约能源等优点。因此, 在我国获得了广泛的应用。集中供热网作为连接所有用户和热源的桥梁, 担负着输送和分配热量的任务。集中供热管网的投资非常可观, 由于许多热网辐射半径很大, 其动力消耗也占有很大的比重, 因此对它的研究具有非常重要的意义。近年来,为了提高系统运行的可靠性、经济性及灵活性, 一些城市纷纷建立了多热源环形网的供热格局。但由于运行管理水平相对较低,对多热源的协调运行缺乏了解,对环形网的运行认识不足, 在运行时却不得不将各热源”解裂”, 甚至将各环切断,采用”环状管网,枝状运行”的模式,没有充分发挥系统的能力。目前国内已有少数地方采用了环状运行的模式,也看到了环状运行在提高管网的输送能力、改善系统的水力工况方面的好处。但往往简单地认为将干管上所有的阀门打开即可得到最佳的工况, 对特定的系统到底应该如何运行缺乏研究, 对于实际的运行工况也不能做到”心中有数”, 没有系统的理论指导, 因此对于环形网的认识也必然是片面的、不准确的。实际上,正是多热源环形网的不断推广应用,使得对于集中供热网的可及性研究显得更为迫切。不同于模拟问题,可及性分析是指在给定的用户流量的情况下,分析管 4 网能否达到该流量分布, 以及应该如何达到。对于环形管网, 就是要分析干管上阀门应该如何配置和调节, 才能达到最优运行工况,从而满足各用户的要求,而且运行泵耗最小。本文首次提出了可及性分析的概念。文中将集中供热网分为枝状网、多热源、环形网几个部分,分别进行研究, 探讨了数学模型的建立以及具体的分析方法。可及性分析对管网的设计, 改造、扩容以及实际的运行调度都有重要的指导意义,文中最后针对我国东北的一个热网进行了具体分析。 2 集中供热网的数学描述为便于说明问题,同时也为了减小问题的规模,我们将集中供热分为供水干管、回水干管以及热源与用户三个部分。对于串联系统的管网以及其它特殊管网, 可在此基础上另行分析。供回水干管系统的特点是,它与热源及用户相连的节点都是源或汇,其进、出流量即为相应用户或热源的流量。下面以供水侧管网为例进行讨论。根据基尔霍夫定律可以得到以下关系式: AG=Q (1) ATPd = S|G|G+Zd-Hp (2) 5 其中 A 为关联矩阵,若该管网的节点数为 N+1 ,支路数为 B ,则 A为N×B 维的矩阵,各元素按下式规定: 当支路 bj 与节点 ni 相关联,且其方向离开 ni 当支路 bj 与节点 ni 相关联,且其方向指向 ni 当支路 bj 与节点 ni 不相关联, G= ( G1 , G2 , …… GB )T, 为各支路的流量向量, Q= ( Q1 , Q2 , …… QN )T 为各节点的流量向量,入流为正, 出流为负。