自動(dòng)控制在城市集中供熱中的應(yīng)用

張仲生

集中供熱既節(jié)約能源,又減少污染,提高城市空氣質(zhì)量。近幾年,我國(guó)集中供熱事業(yè)發(fā)展迅速,對(duì)供熱質(zhì)量的要求也越來(lái)越高,主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:1)穩(wěn)定均衡供熱;2)用戶用熱量的可調(diào)節(jié);3)降低成本,節(jié)約能源。集中供熱系統(tǒng),可以及時(shí)、準(zhǔn)確地控制和調(diào)節(jié)管網(wǎng)的運(yùn)行,在滿足熱網(wǎng)中用戶室內(nèi)溫度的前提下,提高供熱系統(tǒng)的供熱能力,減少污染,達(dá)到節(jié)能效果。本文介紹的供熱控制系統(tǒng),能夠根據(jù)所取的參數(shù)不同,實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制,達(dá)到節(jié)能的效果。

1 自動(dòng)調(diào)節(jié)方案

在東山集中供熱工程中,自控操作系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)包括以下兩個(gè)部分:1)一次網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。要求保證熱力站和熱用戶的用熱量,對(duì)一級(jí)網(wǎng)的供水溫度和供水流量進(jìn)行控制。2)二次網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。二次網(wǎng)的循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié),可減少管網(wǎng)的水力失調(diào)對(duì)熱力失調(diào)的影響,滿足一定的供熱效果,并在此基礎(chǔ)上達(dá)到較好的節(jié)能效果。

具體到各熱力站和熱源控制,基本策略如下:1)站內(nèi)自動(dòng)控制。測(cè)量各熱力站的二次側(cè)供回水溫度,確定各熱力站電動(dòng)閥的調(diào)節(jié)量。2)一次側(cè)的測(cè)量控制。測(cè)量熱網(wǎng)的總供回水溫度、外溫和流量。由于供熱系統(tǒng)的滯后性比較大,需根據(jù)前幾日的數(shù)據(jù)采集并依靠計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)計(jì)算的負(fù)荷情況確定供水溫度和流量。調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速使得外網(wǎng)總流量達(dá)到設(shè)定值,調(diào)節(jié)閥門或燃燒工況使得外網(wǎng)供水溫度達(dá)到設(shè)定值。

2 調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)

調(diào)度中心根據(jù)從各熱力站就地采集的數(shù)據(jù),就上述二級(jí)管網(wǎng)供、回水平均溫度的調(diào)節(jié)要求,通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集、分析、處理,通過(guò)專用的分析軟件對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行控制,確定二次網(wǎng)供、回水平均溫度設(shè)定值,幫助一級(jí)管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié),使一級(jí)管網(wǎng)隨實(shí)際情況變流量運(yùn)行。

3 熱力站就地監(jiān)控系統(tǒng)

熱力站現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能如下:1)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制,在二次水循環(huán)水泵設(shè)變頻控制時(shí)以供水溫度為被調(diào)對(duì)象,通過(guò)PID運(yùn)算調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度;2)測(cè)量一次網(wǎng)的供/回水溫度、壓力、一次網(wǎng)流量;二次網(wǎng)供/回水溫度、壓力、二次網(wǎng)集水器支路溫度,補(bǔ)水泵入口流量,并上傳到調(diào)度中心;3)軟化水箱低水位報(bào)警;4)通過(guò)保持二次網(wǎng)循環(huán)水泵前的壓力控制補(bǔ)水泵的啟/停,并顯示補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài);5)控制循環(huán)水泵的啟/停并顯示啟/停狀態(tài)。

對(duì)于采用熱計(jì)量的供暖用戶來(lái)說(shuō),供熱系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足熱用戶進(jìn)行自我設(shè)定自我調(diào)節(jié)用熱量的要求,采用最不利環(huán)路壓力(壓差)的變流量調(diào)節(jié)方法。

最不利環(huán)路壓力(壓差)控制基本方法是控制供熱系統(tǒng)最不利環(huán)路的設(shè)定點(diǎn)的壓力(供回壓差)不小于給定值。當(dāng)小于給定值時(shí),調(diào)節(jié)變頻循環(huán)水泵,以維持要求的壓力(壓差),本質(zhì)上是控制流量。最不利回路是指系統(tǒng)最末端環(huán)路、比摩阻最大環(huán)路和地形高差變化最大的地段,只要這3個(gè)支線的供回水壓差能控制在給定的范圍內(nèi),供熱系統(tǒng)全網(wǎng)的循環(huán)流量就能在設(shè)計(jì)要求內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對(duì)熱用戶房間溫度調(diào)節(jié),主要是人為手動(dòng)設(shè)定,從而改變經(jīng)過(guò)熱用戶散熱器的流量,從而導(dǎo)致壓力(壓差)實(shí)測(cè)值的改變,如果不進(jìn)行調(diào)節(jié),很可能導(dǎo)致水力失調(diào),因此通過(guò)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)變頻循環(huán)水泵來(lái)保證恒定的壓力(壓差)。

對(duì)于按熱量計(jì)費(fèi)的熱力站,可以通過(guò)提高二次網(wǎng)供回水平均溫度的設(shè)定值使按熱量收費(fèi)的熱用戶得到充足的熱量供應(yīng),用戶應(yīng)安裝恒溫閥和熱量計(jì),二次網(wǎng)循環(huán)泵采用變頻調(diào)速?，F(xiàn)場(chǎng)控制站除具備上述功能外,應(yīng)增加以下功能:1)在二次網(wǎng)供水分水器、回水集水器的各支路上加裝壓力測(cè)點(diǎn);2)利用各支路供回水壓差通過(guò)低選器選出最不利環(huán)路,根據(jù)最不利環(huán)路壓差調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速;3)變頻器可故障報(bào)警。

4 鍋爐中心監(jiān)控系統(tǒng)

鍋爐中心控制系統(tǒng)配有DCS現(xiàn)場(chǎng)控制器,主要有如下功能:

1)通過(guò)連接現(xiàn)場(chǎng)控制儀表采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù);

2)對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出控制指令,驅(qū)動(dòng)其所連接的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),達(dá)到自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的效果;

3)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò),與監(jiān)控中心的操作員站連接,上交發(fā)送鍋爐現(xiàn)場(chǎng)控制站的采集數(shù)據(jù),同時(shí)接受控制調(diào)度指令,實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化控制,實(shí)現(xiàn)熱工檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。

5 結(jié)語(yǔ)

太原東山熱源廠通過(guò)采用上述控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,不會(huì)引起熱網(wǎng)水力失調(diào)和熱量失調(diào),使城市集中供熱自控系統(tǒng)更趨于穩(wěn)定和完善。該控制系統(tǒng)配合儀表的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果,相互之間的協(xié)調(diào)具有很好的實(shí)用性、操作性和可維護(hù)性。供熱自控系統(tǒng)已在實(shí)際供熱系統(tǒng)中應(yīng)用,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行檢驗(yàn),效果良好。盡管此集中供熱系統(tǒng)初投資較大,但從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看,供熱效果良好,采暖房間溫度變化0.5℃;另外由于系統(tǒng)采用變頻技術(shù),在實(shí)際運(yùn)行中節(jié)電也是很明顯的。

[1] 周 庫(kù).供暖系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)的必要性[J].山西建筑,2009,35(5):178-179.