智能換熱機組的原理及應用

辛佩宏

摘 要：智能換熱機組結構緊湊、占地面積小，可做到無人值守，降低了企業運營成本，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展，換熱機組應用越來越多。換熱站是集中供熱的重要環節，采用先進的控制手段，實現對換熱站的自動控制，對于提高供熱效率、節約能源、降低環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場手動控制的方式，達不到運營經濟性、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中，可以進行較大規模的自動調整，使管網中熱量分布均衡，提高供熱效率。黑龍江省電力調度信息中心大樓供暖和空調系統，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。該系統經多年運行，性能穩定可靠，供熱效果良好。

1 換熱機組原理及結構

換熱機組是集中了板式換熱器、循環水泵、補水泵、電控系統、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設有電動調節閥，該調節閥可根據機組二次側出口溫度和室外溫度的變化調整開度，控制一次側的流量，進而調節二次側的出水溫度。換熱機組是按模塊化設計的，其全部的生產、組裝和調試均在生產車間內完成，進入安裝現場后只需連接一、二次側的進、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，達到真正的無人值守。（2）可隨時根據室外溫度變化，為用戶提供適宜的供熱溫度，達到節能、環保的目的。（3）可實現機組運行參數的多點監控。（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。（5）可與熱力站控制室或樓宇自控系統連接，實現遠程自動化控制。（6）機組能夠靈敏的檢測壓力、溫度等控制信號，并能根據信號數據實時的自動控制機組各系統部件工作狀態和調整各系統的工作參數。

3 智能換熱機組應用

3.1 工程概況

黑龍江省電力調度信息中心工程位于哈爾濱市經濟技術開發區，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系統提供冷熱源。兩臺采暖供熱機組換熱量分別為2400KW、6000KW，兩臺空調供熱機組換熱量分別為2880KW、5000KW，一臺空調供冷機組換熱量為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臺循環水泵、2臺定壓變頻補水泵、閥門、儀表、機架、電氣及網絡通訊控制系統組成的換熱單元。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。循環水泵為立式單級管道泵，補水泵為立式多級泵。電動調節閥采用西門子VVF41系列產品，執行器采用西門子SKC62系列產品。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控制器實現內部控制功能，控制器具有過程通訊功能，能與BAS系統的總線連接，能夠把一、二次網供水/回水的溫度、壓力及水泵狀態、室內外溫度、電動調節閥狀態、變頻器的狀態等有關數據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、二次網的供/回水溫度、壓力等參數；（2）采集的室外溫度、二次側溫度與控制中心的設定值比較，經PID運算，控制一次側入口水流量，調節熱交換量，維持二次側供水溫度恒定于設定點；（3）二次側變頻自動補水，保證系統設定壓力；（4）控制系統能對水泵電機過載、短路、缺相、超溫、失電及漏水進行監控及保護；（5）在機組控制柜上設置專用的顯示及操作屏，并設手動、自動轉換裝置；（6）熱交換機組控制用DDC并入大樓整個BAS網絡。

3.4 DDC開關量信號和模擬量信號如下

一次側供水溫度T1 一次側供水壓力P1

一次側回水溫度T2 一次側回水壓力P2

二次側供水溫度T3 二次側供水壓力P3

二次側回水溫度T4 二次側回水壓力P4

M1循環泵A啟動停止狀態反饋；m1循環泵A啟、停指令；

M2循環泵B啟動停止狀態反饋；m2循環泵B啟、停指令；

W1一次側供水調節閥閥位反饋；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一次側供水調節閥閥位指令； 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，循環泵采用定流量控制。因2、4、5號機組循環泵功率分別為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，轉換無中斷，不會使電網承受電流峰值。兩臺循環泵為一用一備工作狀態，相互連鎖；兩臺補水泵為一用一補工作狀態。補水泵采用變頻定壓補水，倒泵程序由DDC控制器實現。

4 調試運行

現場調試主要是設定各種運行參數及對幾種核心控制環節的調試，如：電動調節閥、循環泵、補水泵；另外就是對一些關鍵的保護措施的調試。（1）通過控制屏進行參數顯示，參數設定，主要電機的啟停以及狀態指示，報警指示。系統按設定的時間間隔采集和存儲歷史數據，歷史數據在掉電時不丟失。（2）控制器時時檢測循環泵的出口壓力，當出口壓力下降時可能是管道出現了泄漏現象這時為了保護管網中的水應停止循環泵，控制器時時檢測循環泵的運行狀態當循環泵停止時關閉一次網流量調節閥，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。當系統壓力過高時，控制系統啟動泄壓閥泄壓。（4）當換熱機組中的水泵電機出現短路、缺相、過載等故障時，控制系統會給出停泵信號，電動調節閥自動關閉。當循環泵正常停機時，應先關閉一次側電動調節閥，三分鐘后再停止二次循環泵。（5）由于供熱系統熱惰性大，電動調節閥如采用連續調節，會產生振蕩，使被調參數出現上下反復波動現象。應該對電動調節閥進行間歇性調節，可采取1-2小時調節一次的方法。根據供熱系統的規模大小，系統越大，調節間隔應愈長，這樣可以充分反映延時的影響。每次調節，電動調節閥的開度變化也不能過大。

5 結束語

智能換熱機組采用計算機技術，實現了換熱過程的全自動智能化控制。特別是二次網采用質調節+量調節系統，因循環泵采用變頻控制，可根據供熱需要實時調節水泵出力，節電效果顯著。而對溫度實時的自動調節，避免了熱能的浪費，提高了勞動生產率，提高了企業經濟效益。它代表了城市供熱管理現代化的發展方向，它在提升城市供熱管理水平、提高熱能利用率，平衡熱網負荷方面發揮著十分的重要作用。

參考文獻

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