自動控制在城市集中供熱中的應用

張仲生

集中供熱既節約能源,又減少污染,提高城市空氣質量。近幾年,我國集中供熱事業發展迅速,對供熱質量的要求也越來越高,主要表現在以下3個方面:1)穩定均衡供熱;2)用戶用熱量的可調節;3)降低成本,節約能源。集中供熱系統,可以及時、準確地控制和調節管網的運行,在滿足熱網中用戶室內溫度的前提下,提高供熱系統的供熱能力,減少污染,達到節能效果。本文介紹的供熱控制系統,能夠根據所取的參數不同,實現熱網的自動協調控制,達到節能的效果。

1 自動調節方案

在東山集中供熱工程中,自控操作系統的運行調節包括以下兩個部分:1)一次網的運行調節。要求保證熱力站和熱用戶的用熱量,對一級網的供水溫度和供水流量進行控制。2)二次網的運行調節。二次網的循環水泵采用變頻調節,可減少管網的水力失調對熱力失調的影響,滿足一定的供熱效果,并在此基礎上達到較好的節能效果。

具體到各熱力站和熱源控制,基本策略如下:1)站內自動控制。測量各熱力站的二次側供回水溫度,確定各熱力站電動閥的調節量。2)一次側的測量控制。測量熱網的總供回水溫度、外溫和流量。由于供熱系統的滯后性比較大,需根據前幾日的數據采集并依靠計算機預測計算的負荷情況確定供水溫度和流量。調節循環水泵的轉速使得外網總流量達到設定值,調節閥門或燃燒工況使得外網供水溫度達到設定值。

2 調度監控系統

調度中心根據從各熱力站就地采集的數據,就上述二級管網供、回水平均溫度的調節要求,通過對這些數據的采集、分析、處理,通過專用的分析軟件對熱網進行控制,確定二次網供、回水平均溫度設定值,幫助一級管網調節閥的調節,使一級管網隨實際情況變流量運行。

3 熱力站就地監控系統

熱力站現場控制站的主要功能如下:1)電動調節閥的自動控制,在二次水循環水泵設變頻控制時以供水溫度為被調對象,通過PID運算調節一次網回水電動調節閥開度;2)測量一次網的供/回水溫度、壓力、一次網流量;二次網供/回水溫度、壓力、二次網集水器支路溫度,補水泵入口流量,并上傳到調度中心;3)軟化水箱低水位報警;4)通過保持二次網循環水泵前的壓力控制補水泵的啟/停,并顯示補水泵運行狀態;5)控制循環水泵的啟/停并顯示啟/停狀態。

對于采用熱計量的供暖用戶來說,供熱系統應能夠滿足熱用戶進行自我設定自我調節用熱量的要求,采用最不利環路壓力(壓差)的變流量調節方法。

最不利環路壓力(壓差)控制基本方法是控制供熱系統最不利環路的設定點的壓力(供回壓差)不小于給定值。當小于給定值時,調節變頻循環水泵,以維持要求的壓力(壓差),本質上是控制流量。最不利回路是指系統最末端環路、比摩阻最大環路和地形高差變化最大的地段,只要這3個支線的供回水壓差能控制在給定的范圍內,供熱系統全網的循環流量就能在設計要求內進行調節。

對熱用戶房間溫度調節,主要是人為手動設定,從而改變經過熱用戶散熱器的流量,從而導致壓力(壓差)實測值的改變,如果不進行調節,很可能導致水力失調,因此通過調節器來調節變頻循環水泵來保證恒定的壓力(壓差)。

對于按熱量計費的熱力站,可以通過提高二次網供回水平均溫度的設定值使按熱量收費的熱用戶得到充足的熱量供應,用戶應安裝恒溫閥和熱量計,二次網循環泵采用變頻調速。現場控制站除具備上述功能外,應增加以下功能:1)在二次網供水分水器、回水集水器的各支路上加裝壓力測點;2)利用各支路供回水壓差通過低選器選出最不利環路,根據最不利環路壓差調節循環泵的轉速;3)變頻器可故障報警。

4 鍋爐中心監控系統

鍋爐中心控制系統配有DCS現場控制器,主要有如下功能:

1)通過連接現場控制儀表采集現場數據;

2)對采集到的現場數據進行計算并發出控制指令,驅動其所連接的現場執行機構,達到自動控制調節的效果;

3)通過控制網絡,與監控中心的操作員站連接,上交發送鍋爐現場控制站的采集數據,同時接受控制調度指令,實現整個鍋爐系統的優化控制,實現熱工檢測、自動調節等功能。

5 結語

太原東山熱源廠通過采用上述控制系統實現了熱網安全穩定運行,不會引起熱網水力失調和熱量失調,使城市集中供熱自控系統更趨于穩定和完善。該控制系統配合儀表的應用具有顯著的節能效果,相互之間的協調具有很好的實用性、操作性和可維護性。供熱自控系統已在實際供熱系統中應用,經過長期運行檢驗,效果良好。盡管此集中供熱系統初投資較大,但從實際運行來看,供熱效果良好,采暖房間溫度變化0.5℃;另外由于系統采用變頻技術,在實際運行中節電也是很明顯的。

[1] 周 庫.供暖系統平衡調節的必要性[J].山西建筑,2009,35(5):178-179.