關于換熱站節(jié)能自動化改造及效果研究

鞠曉東

（新疆第三師電力有限責任公司熱電分公司 新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)圖木舒克市 843901）

關于換熱站節(jié)能自動化改造及效果研究

鞠曉東

（新疆第三師電力有限責任公司熱電分公司 新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)圖木舒克市 843901）

為了響應我國可持續(xù)發(fā)展的號召，城市集中供暖漸漸成為我國熱網(wǎng)節(jié)能改造的主要發(fā)展目標，通過對換熱站節(jié)能自動化的改造與設計，可以為我國節(jié)省大量的能源。本文以新疆省城市供熱控制為研究背景，闡述了換熱站的基本結(jié)構(gòu)和工作流程，依據(jù)換熱站節(jié)能設計過程中的原則，利用PLC、PID調(diào)節(jié)器以及變頻器等先進的零件設備，對換熱站進行節(jié)能自動化改造，最后介紹了改造之后的應用效果。

PLC；PID；變頻器；換熱站；自動化改造

換熱站在城市供暖的整個供熱系統(tǒng)中起到很重要的作用，換熱站將熱源與用戶連接起來，保證了用戶正常對于熱源的需求。供熱系統(tǒng)中熱水管網(wǎng)可以分為一次和二次管網(wǎng)，一次管網(wǎng)是連接熱源和換熱站的管網(wǎng)，二次管網(wǎng)是連接換熱站和用戶的管網(wǎng)，可見換熱站是連接一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)之間的一種設備。在換熱站的使用過程中，由于要擴大供熱的面積，設備的數(shù)量和容量在設計過程中都會有一定的余量，同時換熱站的補水泵和循環(huán)泵通常是采取人工操作來控制流量，再加上管路有較大的阻力，就會造成很大的電能的消耗，浪費了很多不必要的電能。因此對于換熱站節(jié)能自動化的改造對于節(jié)約電能有很重要的意義，當前我國面臨的重要工作之一。

1 換熱站的基本結(jié)構(gòu)和工作流程

當前換熱站一般是用戶換熱站，但是換熱站的功率很大，是一個高耗能的設備設施。換熱站的基本結(jié)構(gòu)一般分為由熱交換器、循環(huán)泵、補水泵。換熱站的主要工作流程就是將熱源通過一次網(wǎng)輸送來的大約80℃的熱水通過換熱站的作用將其轉(zhuǎn)化為60℃左右的水，并通過二次網(wǎng)輸送給用戶，成為供暖的用水，經(jīng)過用戶的使用之后，通過循環(huán)泵再將大約40℃的水流回換熱站，這樣就形成一個熱循環(huán)，滿足用戶的需求。

2 換熱站節(jié)能自動化改造的基本原則

供熱系統(tǒng)的主要目的是為用戶創(chuàng)造一個恒溫且適合用戶生活的室內(nèi)環(huán)境，由于熱源的熱水的溫度經(jīng)過換熱站的調(diào)節(jié)之后再通過二次管網(wǎng)輸送給用戶，可見用戶的室內(nèi)溫度與換熱站有著直接的聯(lián)系。因此換熱站需要一套完整的自動化的控制系統(tǒng)，對于溫度、水位、水泵要進行自動化的控制，這樣才能為用戶創(chuàng)造舒適的環(huán)境。由于換熱站的所有設備都是高耗能的裝置。

因此對于換熱站節(jié)能自動化改造需要遵循以下幾項基本原則：

（1）換熱站要結(jié)合環(huán)境氣溫的變化自動調(diào)節(jié)供熱量。調(diào)節(jié)換熱量要通過調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)的閥門的開度，控制熱水的流量來實現(xiàn)二次管網(wǎng)的水溫的控制。

（2）循環(huán)泵功率的選用一定要經(jīng)濟合理。循環(huán)泵是保證正常的熱水循環(huán)，因此既要滿足每一位用戶的需求，特別是一定保證最高樓層的熱水循環(huán)，又要控制好循環(huán)泵的功率，以免選用過大，造成電能浪費。

（3）補水泵功率的選用一定要經(jīng)濟合理。補水泵是對于管網(wǎng)中缺失的熱水進行及時的補給，這樣就不會導致由于管道、泵體、閥門等設備泄露引起的供熱系統(tǒng)不正常的問題。

3 換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設計

3.1 換熱站一次管網(wǎng)熱水流量的節(jié)能控制設計

二次管網(wǎng)的供熱量要根據(jù)當?shù)赝饨绛h(huán)境的氣溫變化隨時進行調(diào)節(jié)，將設定的供熱量與實測供熱量進行比較之后，才能確定二次管網(wǎng)的熱水量，二次管網(wǎng)的熱水量又與一次管網(wǎng)的熱水量有著直接的關系，因此需要對一次管網(wǎng)的熱水量進行節(jié)能設計。一次管網(wǎng)熱水流量的控制系統(tǒng)要采用單閉環(huán)溫度系統(tǒng)，根據(jù)當前的控制技術水平，為了避免人工操作的失誤，最好采用電動閥門控制，為日后的熱網(wǎng)遠程監(jiān)控打好基礎。該設計過程中主要涉及到的部件有，電動調(diào)節(jié)閥門主要的功能是實現(xiàn)對一次管網(wǎng)流量的調(diào)節(jié)；SKC62UA型執(zhí)行器主要的功能是調(diào)節(jié)閥門開度，工作范圍的控制，還具有斷電彈簧復位功能，保證來電時自動恢復工作。

3.2 換熱站循環(huán)泵節(jié)能控制設計

結(jié)合供熱面積以及日后可能擴容的實際情況，要選用合適的循環(huán)泵，保證每一層樓的熱水循環(huán)。為了保證穩(wěn)定的出水壓力，該系統(tǒng)也要采用單閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。本文中選用了37kW的循環(huán)泵四臺，這是最為主要的設備，采用三臺工作一臺備用的工作方式。為了實現(xiàn)自動化控制，需要采用FRN37P11－4CX變頻器、ID136閉環(huán)調(diào)節(jié)器、HFR1045電機軟啟動器、回水壓力信號變送器、回水壓力信號DBM20R－1型供水等電器元件，同時該系統(tǒng)需要設計自動報警裝置，在循環(huán)泵超壓或者不正常工作時及時自動報警，防止發(fā)生管道爆裂等事故。

3.3 換熱站補水泵節(jié)能控制設計

在長期的供熱過程中，管道、泵體、閥門的設備很有可能發(fā)生泄漏，從而導致循環(huán)水不夠，水壓降低，為了保證供熱系統(tǒng)正常的工作，需要對于缺失的水進行及時的補給。為了形成一個穩(wěn)定的回水壓，該系統(tǒng)也采用單閉壓力控制系統(tǒng)。本文選用5.5kW的補水泵兩臺，采用一臺工作一臺備用的工作方式。為了實現(xiàn)自動化控制，需要采用PXR9閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器、DBM20R－1型回水壓力信號變送器、FRN5．5G11S－4CX變頻器等電器元件。

4 應用效果

對換熱站節(jié)能自動化的改造之后，經(jīng)過兩年的用戶體驗，居民對供暖給予較高的評價，改造取得了很好的效果，改造后的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）供熱系統(tǒng)采用自動化控制，避免了人為的誤操作，系統(tǒng)可以更加穩(wěn)定、高效、安全的運行，對于供熱量的控制更加合理。

（2）新系統(tǒng)的應用在節(jié)能方面有了很大的提升，取得很好的節(jié)能效果。通過數(shù)據(jù)顯示，變頻恒壓供暖的電能消耗比工頻供暖少了25.0%，并且供暖比原來更加穩(wěn)定。

（3）通過改造之后增設了系統(tǒng)保護功能，這樣就可以避免了供暖系統(tǒng)發(fā)生故障時可以及時的報警，立即切斷電源，在一定程度上保護了循環(huán)泵、補水泵、管道等設備。

（4）使熱能更加高效的利用，避免了熱源的損失，供暖變得更加經(jīng)濟高效，為日后遠程控制供暖打下了良好的基礎。

（5）補水系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制，這樣就可避免了水箱過滿，造成了水資源的浪費。

5 結(jié)束語

冬季供暖是我國一項巨大的工程，對于能源需求量是很大，但是我國人均能源占有量遠遠低于世界平均水平，長期以來我國發(fā)展節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展道路，因此對于供暖系統(tǒng)換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)的設計成為我國節(jié)省能源的重要途徑之一。本文中對于換熱站節(jié)能自動化進行了改造，實現(xiàn)了對于居民供熱的自動化控制，更加高效、節(jié)能、穩(wěn)定、安全的完成居民供熱，產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，為我國可持續(xù)發(fā)展的實施做出貢獻。

[1]孟哲，劉應宗，金宇澄.我國集中供熱的現(xiàn)狀與對策[J].華東交通大學學報，2004（03）.

[2]唐 衛(wèi).熱力站自動監(jiān)控系統(tǒng)基本思路與控制模式分析[J].區(qū)域供熱，2001（05）.

[3]朱廣偉.關于區(qū)域換熱站與樓宇換熱站的比較[J].黑龍江科技信息，2011（13）.

TU995

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1004-7344（2016）03-0199-01

2015-1-10