智能換熱機組的原理及應用

辛佩宏

摘 要：智能換熱機組結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，可做到無人值守，降低了企業(yè)運營成本，得到越來越廣泛的應用。文章簡述了智能換熱機組的原理及特點，闡述了其在具體應用中的控制方法及調(diào)試過程。并對其在供熱領域的重要作用給予了充分肯定。

關鍵詞：智能；換熱機組；控制；應用

引言

近年來，隨著城市集中供熱的普及和發(fā)展，換熱機組應用越來越多。換熱站是集中供熱的重要環(huán)節(jié)，采用先進的控制手段，實現(xiàn)對換熱站的自動控制，對于提高供熱效率、節(jié)約能源、降低環(huán)境污染都具有十分重要的意義。目前，大部分換熱站仍然采用現(xiàn)場手動控制的方式，達不到運營經(jīng)濟性、安全性、可靠性的要求。而全自動智能換熱機組在間接集中供熱系統(tǒng)中，可以進行較大規(guī)模的自動調(diào)整，使管網(wǎng)中熱量分布均衡，提高供熱效率。黑龍江省電力調(diào)度信息中心大樓供暖和空調(diào)系統(tǒng)，采用五臺華方牌智能換熱機組，利用樓宇控制技術，能夠進行遠程控制。該系統(tǒng)經(jīng)多年運行，性能穩(wěn)定可靠，供熱效果良好。

1 換熱機組原理及結(jié)構(gòu)

換熱機組是集中了板式換熱器、循環(huán)水泵、補水泵、電控系統(tǒng)、閥門、儀表、傳感器等設備于一體的換熱設備。所有設備整合固定于機組底盤上，整體設計使換熱機組可以方便的布置，大大減少了占地面積。換熱機組在換熱器一次側(cè)設有電動調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥可根據(jù)機組二次側(cè)出口溫度和室外溫度的變化調(diào)整開度，控制一次側(cè)的流量，進而調(diào)節(jié)二次側(cè)的出水溫度。換熱機組是按模塊化設計的，其全部的生產(chǎn)、組裝和調(diào)試均在生產(chǎn)車間內(nèi)完成，進入安裝現(xiàn)場后只需連接一、二次側(cè)的進、出水口和補水進口即可。

2 智能換熱機組特點及性能

（1）采用智能化全自動控制設計，配置西門子溫控裝置和變頻裝置，自動控制有關的閥和泵的工作狀態(tài)，達到真正的無人值守。（2）可隨時根據(jù)室外溫度變化，為用戶提供適宜的供熱溫度，達到節(jié)能、環(huán)保的目的。（3）可實現(xiàn)機組運行參數(shù)的多點監(jiān)控。（4）可加裝液晶觸摸屏組成用戶操作界面更為友好的控制系統(tǒng)。（5）可與熱力站控制室或樓宇自控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)遠程自動化控制。（6）機組能夠靈敏的檢測壓力、溫度等控制信號，并能根據(jù)信號數(shù)據(jù)實時的自動控制機組各系統(tǒng)部件工作狀態(tài)和調(diào)整各系統(tǒng)的工作參數(shù)。

3 智能換熱機組應用

3.1 工程概況

黑龍江省電力調(diào)度信息中心工程位于哈爾濱市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，為高智能辦公大樓，總建筑面積為70356.5m2。大樓共設有5臺熱交換機組，分別向大樓采暖及空調(diào)系統(tǒng)提供冷熱源。兩臺采暖供熱機組換熱量分別為2400KW、6000KW，兩臺空調(diào)供熱機組換熱量分別為2880KW、5000KW，一臺空調(diào)供冷機組換熱量為2800KW。

3.2 設備配置

每套換熱機組系由1臺板式換熱器（供冷機組為2臺板式換熱器）、2臺循環(huán)水泵、2臺定壓變頻補水泵、閥門、儀表、機架、電氣及網(wǎng)絡通訊控制系統(tǒng)組成的換熱單元。換熱器采用瑞典阿法拉伐Alfa Laval拼裝式板式換熱器，循環(huán)水泵、定壓補水泵選用德國威樂（WILO）水泵。補水泵做變頻控制，采用西門子M420變頻器。循環(huán)水泵為立式單級管道泵，補水泵為立式多級泵。電動調(diào)節(jié)閥采用西門子VVF41系列產(chǎn)品，執(zhí)行器采用西門子SKC62系列產(chǎn)品。溫度傳感器西門子QAE2110，壓力傳感器西門子QBE2002。室外溫度傳感器西門子QAC22。

3.3 實現(xiàn)控制功能

應用戶要求，機組采用霍尼韋爾公司HONEYWELL EXCEL 5000系列DDC控制器實現(xiàn)內(nèi)部控制功能，控制器具有過程通訊功能，能與BAS系統(tǒng)的總線連接，能夠把一、二次網(wǎng)供水/回水的溫度、壓力及水泵狀態(tài)、室內(nèi)外溫度、電動調(diào)節(jié)閥狀態(tài)、變頻器的狀態(tài)等有關數(shù)據(jù)傳輸給大樓控制中心，并能夠接受到控制中心的控制指令，進行遠程控制。具體功能如下：（1）實時采集一、二次網(wǎng)的供/回水溫度、壓力等參數(shù)；（2）采集的室外溫度、二次側(cè)溫度與控制中心的設定值比較，經(jīng)PID運算，控制一次側(cè)入口水流量，調(diào)節(jié)熱交換量，維持二次側(cè)供水溫度恒定于設定點；（3）二次側(cè)變頻自動補水，保證系統(tǒng)設定壓力；（4）控制系統(tǒng)能對水泵電機過載、短路、缺相、超溫、失電及漏水進行監(jiān)控及保護；（5）在機組控制柜上設置專用的顯示及操作屏，并設手動、自動轉(zhuǎn)換裝置；（6）熱交換機組控制用DDC并入大樓整個BAS網(wǎng)絡。

3.4 DDC開關量信號和模擬量信號如下

一次側(cè)供水溫度T1 一次側(cè)供水壓力P1

一次側(cè)回水溫度T2 一次側(cè)回水壓力P2

二次側(cè)供水溫度T3 二次側(cè)供水壓力P3

二次側(cè)回水溫度T4 二次側(cè)回水壓力P4

M1循環(huán)泵A啟動停止狀態(tài)反饋；m1循環(huán)泵A啟、停指令；

M2循環(huán)泵B啟動停止狀態(tài)反饋；m2循環(huán)泵B啟、停指令；

W1一次側(cè)供水調(diào)節(jié)閥閥位反饋；m3補水泵A啟、停指令；

B1變頻器變頻指令； m4補水泵B啟、停指令；

W一次側(cè)供水調(diào)節(jié)閥閥位指令； B變頻器反饋；變頻器故障反饋DI；

水泵電機保護信號； 二路斷相保護信號DI；

二路水泵過載保護信號； 兩路短路保護信號；

二路漏水保護信號。

3.5 水泵控制

依用戶要求，循環(huán)泵采用定流量控制。因2、4、5號機組循環(huán)泵功率分別為15KW、15KW、55KW，故分別采用了西門子3RW34系列軟起動器。軟起動和軟停止，轉(zhuǎn)換無中斷，不會使電網(wǎng)承受電流峰值。兩臺循環(huán)泵為一用一備工作狀態(tài)，相互連鎖；兩臺補水泵為一用一補工作狀態(tài)。補水泵采用變頻定壓補水，倒泵程序由DDC控制器實現(xiàn)。

4 調(diào)試運行

現(xiàn)場調(diào)試主要是設定各種運行參數(shù)及對幾種核心控制環(huán)節(jié)的調(diào)試，如：電動調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補水泵；另外就是對一些關鍵的保護措施的調(diào)試。（1）通過控制屏進行參數(shù)顯示，參數(shù)設定，主要電機的啟停以及狀態(tài)指示，報警指示。系統(tǒng)按設定的時間間隔采集和存儲歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)在掉電時不丟失。（2）控制器時時檢測循環(huán)泵的出口壓力，當出口壓力下降時可能是管道出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象這時為了保護管網(wǎng)中的水應停止循環(huán)泵，控制器時時檢測循環(huán)泵的運行狀態(tài)當循環(huán)泵停止時關閉一次網(wǎng)流量調(diào)節(jié)閥，同時停止補水泵。（3）檢查機組壓力的設定值是否符合工程自身的要求，如不符合應重新設定。檢查機組的各種保護裝置是否能夠正常工作。當系統(tǒng)壓力過高時，控制系統(tǒng)啟動泄壓閥泄壓。（4）當換熱機組中的水泵電機出現(xiàn)短路、缺相、過載等故障時，控制系統(tǒng)會給出停泵信號，電動調(diào)節(jié)閥自動關閉。當循環(huán)泵正常停機時，應先關閉一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥，三分鐘后再停止二次循環(huán)泵。（5）由于供熱系統(tǒng)熱惰性大，電動調(diào)節(jié)閥如采用連續(xù)調(diào)節(jié)，會產(chǎn)生振蕩，使被調(diào)參數(shù)出現(xiàn)上下反復波動現(xiàn)象。應該對電動調(diào)節(jié)閥進行間歇性調(diào)節(jié)，可采取1-2小時調(diào)節(jié)一次的方法。根據(jù)供熱系統(tǒng)的規(guī)模大小，系統(tǒng)越大，調(diào)節(jié)間隔應愈長，這樣可以充分反映延時的影響。每次調(diào)節(jié)，電動調(diào)節(jié)閥的開度變化也不能過大。

5 結(jié)束語

智能換熱機組采用計算機技術，實現(xiàn)了換熱過程的全自動智能化控制。特別是二次網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)+量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因循環(huán)泵采用變頻控制，可根據(jù)供熱需要實時調(diào)節(jié)水泵出力，節(jié)電效果顯著。而對溫度實時的自動調(diào)節(jié)，避免了熱能的浪費，提高了勞動生產(chǎn)率，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。它代表了城市供熱管理現(xiàn)代化的發(fā)展方向，它在提升城市供熱管理水平、提高熱能利用率，平衡熱網(wǎng)負荷方面發(fā)揮著十分的重要作用。

參考文獻

[1]丁世馨，韓龍.集中供熱工程無人值守換熱站自動控制[J].區(qū)域供熱，2007，4.

[2]王傳明.城市集中供熱的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].滁州職業(yè)技術學院報，2006，12.