試論自動(dòng)控制技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的整體節(jié)能應(yīng)用

【摘 要】在集中供熱系統(tǒng)中實(shí)施整體節(jié)能技術(shù)，采暖熱水由水力管網(wǎng)輸送到各個(gè)換熱站，再由換熱站換熱后，把熱能輸送到各個(gè)熱用戶，并促進(jìn)換熱站的平穩(wěn)、節(jié)能運(yùn)行在供熱中是十分重要的。本文以哈爾濱市華能集中供熱有限公司集中供熱系統(tǒng)實(shí)施整體節(jié)能技術(shù)，強(qiáng)化自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用為例，對(duì)自動(dòng)控制在集中供熱系統(tǒng)中起到的作用進(jìn)行一些探討。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)控制技術(shù)；集中供熱；整體節(jié)能應(yīng)用

以哈爾濱市華能集中供熱有限公司負(fù)責(zé)的道理集中供熱為例，該項(xiàng)目建成后，用高效、大容量鍋爐替代分散小鍋爐，社會(huì)環(huán)保效應(yīng)十分顯著，停用供熱區(qū)域內(nèi)原有鍋爐房823處，取消舊鍋爐1326臺(tái)，每年可減少燃煤消耗30萬(wàn)噸?，F(xiàn)有換熱站多座。供熱設(shè)備按設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)以及故障情況，能實(shí)時(shí)上傳到公司調(diào)度中心機(jī)房，換熱站可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。下面就對(duì)我公司在集中供熱系統(tǒng)中實(shí)施整體節(jié)能技術(shù)，發(fā)揮自動(dòng)控制在集中供熱系統(tǒng)中的作用作以闡述。

整體節(jié)能技術(shù)，就是把集中供熱系統(tǒng)看作一個(gè)整體，利用鍋爐、熱網(wǎng)、水處理、水泵、電氣、自動(dòng)化等多方面專業(yè)人才進(jìn)行充分融合，實(shí)施整體節(jié)能技術(shù)改造，以此實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能量最大化。該手段解決了單一節(jié)能改造的弊病，整體能源費(fèi)用節(jié)約量可達(dá)20%以上。

1.熱源部分

1.1無(wú)煙化燃燒技術(shù)

在鍋爐兩側(cè)安裝新型材料，煙氣在爐內(nèi)與新型材料發(fā)生反應(yīng)，將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉(zhuǎn)化分解，產(chǎn)生催化作用，提高鍋爐燃燒效率。

1.2往復(fù)燃燒鍋爐技術(shù)

往復(fù)燃燒鍋爐技術(shù)，由于可燃用褐煤，使得供熱成本大大降低。常規(guī)煙煤每千卡熱值合0.08-0.12元，褐煤每千卡熱值僅合0.06元。一臺(tái)30噸的供熱鍋爐以褐煤作燃料，一個(gè)采暖季即可節(jié)省燃料費(fèi)100萬(wàn)元以上。

1.3鍋爐中小功率高壓電機(jī)變頻技術(shù)

在中小型熱電廠，由于原有的電力設(shè)計(jì)規(guī)范，200KW以上的電機(jī)均采用6KV-10KV的供電電壓，如果改造需采用高壓變頻技術(shù)，而高壓變頻是在800KW以上的電機(jī)上才能體現(xiàn)較高的性價(jià)比。通過(guò)改變高壓電機(jī)繞組接線方式，使電機(jī)電壓等級(jí)變?yōu)?80V、690V與1140V三種，直接配備相應(yīng)等級(jí)的低壓變頻，尤其是800KW以下的電機(jī)，在不更換電機(jī)的情況下，實(shí)現(xiàn)了低壓變頻調(diào)速，具有比直接采用高壓變頻方式更高的性價(jià)比。

1.4熱源適量供熱調(diào)度技術(shù)

適量供熱調(diào)度技術(shù)采用通過(guò)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)報(bào)接收、典型用戶室內(nèi)溫度采集、熱源出口熱量計(jì)量、氣象站數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)調(diào)度軟件等設(shè)備實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)熱源負(fù)荷預(yù)報(bào)模型的建立，并通過(guò)室內(nèi)溫度反饋修正。

（2）實(shí)現(xiàn)未來(lái)三天氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)接收，根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算供熱量。

（3）通過(guò)熱源出口熱量，對(duì)比計(jì)劃供熱量和實(shí)際供熱量的差異，進(jìn)行跟蹤調(diào)整。通過(guò)以上技術(shù)實(shí)現(xiàn)適量供熱，可節(jié)約熱能3%-5%以上。

1.5熱網(wǎng)循環(huán)泵綜合節(jié)能技術(shù)

近年，我市集中供熱發(fā)展較快，而作為供熱系統(tǒng)主要組成部分的熱網(wǎng)循環(huán)泵以前是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，隨著熱負(fù)荷的不斷增加，要求電動(dòng)機(jī)的功率也不斷增大，這就使得供熱企業(yè)耗電成本在生產(chǎn)成本中的比重也不斷增加，因此嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而采用熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)替代電動(dòng)機(jī)做功驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)泵就可解決此問(wèn)題，因而大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.6熱水鍋爐房熱電聯(lián)產(chǎn)電力自給系統(tǒng)技術(shù)

從能源的梯級(jí)利用觀點(diǎn)出發(fā)，引出了集中供熱熱水鍋爐房熱電（功）聯(lián)產(chǎn)的方案。從我公司某工程實(shí)例來(lái)看，該方案實(shí)現(xiàn)電力自給，為供熱企業(yè)節(jié)省大量電費(fèi)，不到一個(gè)供暖期就收回了增加的投資，又顯著的提高了經(jīng)濟(jì)效益。蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)管道首先進(jìn)入小型汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電量即可滿足本鍋爐房的設(shè)備用電。汽輪機(jī)乏汽進(jìn)入工業(yè)汽輪機(jī)時(shí)直接拖動(dòng)功率較大的循環(huán)水泵，做完功后的排氣進(jìn)入換熱器加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，形成凝結(jié)水，再進(jìn)入鍋爐蒸發(fā)成蒸汽，這就是一個(gè)完整的熱電（功）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

2.熱網(wǎng)部分

2.1全面水力平衡技術(shù)

在換熱站內(nèi)部，一級(jí)網(wǎng)安裝電動(dòng)恒流量調(diào)節(jié)閥，通過(guò)自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒流量，便于氣候補(bǔ)償?shù)雀呒?jí)控制功能的實(shí)現(xiàn)，在樓前單元口內(nèi)也全部安裝自力式恒流量閥，設(shè)定流量后，永遠(yuǎn)保持恒定。全面水力平衡技術(shù)即消除了熱用戶冷熱不均的現(xiàn)象，同時(shí)又大幅度降低了熱網(wǎng)的循環(huán)泵流量，是熱網(wǎng)節(jié)能的基礎(chǔ)。全面水力平衡技術(shù)通常節(jié)熱5%-20%，節(jié)電可達(dá)30%以上。

2.2熱網(wǎng)循環(huán)泵綜合節(jié)能技術(shù)

熱網(wǎng)循環(huán)泵綜合節(jié)能技術(shù)，就是通過(guò)循環(huán)泵泵效改造、最不利點(diǎn)壓差變頻控制、旁通分流控制、最小阻力調(diào)整、水質(zhì)改善等技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)循環(huán)泵耗電最小。由于通常情況下熱網(wǎng)循環(huán)泵普遍設(shè)計(jì)不合理，所以通過(guò)熱網(wǎng)循環(huán)泵改造后可節(jié)電30%-60%以上。

2.3換熱站自控技術(shù)應(yīng)用

一是換熱站自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。（1）運(yùn)用換熱站自控系統(tǒng)的目標(biāo)是在保證供熱質(zhì)量的前提下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，即降低熱、水、電的消耗，為此就需要提出一套科學(xué)的工藝控制方案和與之匹配的設(shè)備設(shè)置，這是十分重要的。（2）在設(shè)計(jì)整個(gè)換熱站自控系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、兼容性、開(kāi)放性、通用性及可擴(kuò)展性。站內(nèi)RTU和公司調(diào)度中心機(jī)房的通訊協(xié)議應(yīng)選用在國(guó)際上或者在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的通訊協(xié)議。

二是換熱站自控系統(tǒng)組成。公司的供熱形式為通過(guò)換熱器對(duì)集中供熱一次網(wǎng)和用戶二次網(wǎng)進(jìn)行熱能交換，通過(guò)二次網(wǎng)絡(luò)將熱能輸送給用戶。溫度、壓力、流量等參數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表傳感器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，變頻器把電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)送入PLC，PLC可以控制變頻器的啟停及調(diào)速。觸屏作為現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)接口，顯示換熱站的主要參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)的操作指令也可以通過(guò)觸屏下達(dá)。

2.4熱網(wǎng)多級(jí)泵技術(shù)

采用熱網(wǎng)多級(jí)泵技術(shù)，各站均設(shè)置水泵，循環(huán)泵已滿足鍋爐循環(huán)阻力設(shè)計(jì)，各站所需揚(yáng)程僅由各站循環(huán)泵分別提供，這樣就取消了閥門。通常改造后可節(jié)電20%-30%以上。

3.熱用戶部分

3.1溫度法分戶計(jì)量技術(shù)

通過(guò)測(cè)量用戶室內(nèi)溫度及已知的用戶使用面積，對(duì)樓棟總熱量進(jìn)行分?jǐn)偅瑴囟雀叻謹(jǐn)偟亩?，溫度低則分?jǐn)偟纳?，這樣就實(shí)現(xiàn)了等溫度等熱費(fèi)，解決了戶間傳熱的難題。

3.2大型公建樓前混水分時(shí)分溫個(gè)性化供熱技術(shù)

公共建筑諸如學(xué)校、商場(chǎng)、政府、辦公樓、工廠等，通過(guò)安裝樓前混水分時(shí)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制。晚間無(wú)人監(jiān)控時(shí)設(shè)備則自動(dòng)將溫度調(diào)整到值班溫度，早晨上班前設(shè)備則提前預(yù)熱，同時(shí)還可給不同的場(chǎng)所提供不同的溫度，這樣綜合下來(lái)即節(jié)省了大量熱能，又滿足了用戶按需供熱的要求。

4.遠(yuǎn)程能源計(jì)量與管理系統(tǒng)部分

能源計(jì)量與管理系統(tǒng)，是整個(gè)節(jié)能技術(shù)的軟件部分，通過(guò)安裝煤、水、電、熱計(jì)量?jī)x表，將整個(gè)供熱系統(tǒng)的熱耗、各個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)的失水量、各個(gè)站點(diǎn)的用電量，利用傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳輸?shù)焦芾碇行哪茉从?jì)量管理軟件中，自動(dòng)生成各種分析結(jié)果、報(bào)表、趨勢(shì)等，實(shí)時(shí)查看各種能耗數(shù)據(jù)。

綜上所述，通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)在在集中供熱和供熱鍋爐運(yùn)行中整體節(jié)能方案實(shí)施，一方面降低單位熱能消耗，降低單位電耗， 降低人工費(fèi)； 增加自動(dòng)控制設(shè)備，換熱站運(yùn)行最終達(dá)到無(wú)人值守，值班巡查方式。自控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使熱能更加有效地得到利用，并且降低供熱成本，提高供熱效率，使經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

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