試論自動控制技術在集中供熱系統中的整體節能應用

【摘 要】在集中供熱系統中實施整體節能技術，采暖熱水由水力管網輸送到各個換熱站，再由換熱站換熱后，把熱能輸送到各個熱用戶，并促進換熱站的平穩、節能運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實施整體節能技術，強化自動控制技術實際應用為例，對自動控制在集中供熱系統中起到的作用進行一些探討。

【關鍵詞】自動控制技術；集中供熱；整體節能應用

以哈爾濱市華能集中供熱有限公司負責的道理集中供熱為例，該項目建成后，用高效、大容量鍋爐替代分散小鍋爐，社會環保效應十分顯著，停用供熱區域內原有鍋爐房823處，取消舊鍋爐1326臺，每年可減少燃煤消耗30萬噸。現有換熱站多座。供熱設備按設定參數運行，運行參數和運行狀態以及故障情況，能實時上傳到公司調度中心機房，換熱站可實現無人值守。下面就對我公司在集中供熱系統中實施整體節能技術，發揮自動控制在集中供熱系統中的作用作以闡述。

整體節能技術，就是把集中供熱系統看作一個整體，利用鍋爐、熱網、水處理、水泵、電氣、自動化等多方面專業人才進行充分融合，實施整體節能技術改造，以此實現整體節能量最大化。該手段解決了單一節能改造的弊病，整體能源費用節約量可達20%以上。

1.熱源部分

1.1無煙化燃燒技術

在鍋爐兩側安裝新型材料，煙氣在爐內與新型材料發生反應，將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物轉化分解，產生催化作用，提高鍋爐燃燒效率。

1.2往復燃燒鍋爐技術

往復燃燒鍋爐技術，由于可燃用褐煤，使得供熱成本大大降低。常規煙煤每千卡熱值合0.08-0.12元，褐煤每千卡熱值僅合0.06元。一臺30噸的供熱鍋爐以褐煤作燃料，一個采暖季即可節省燃料費100萬元以上。

1.3鍋爐中小功率高壓電機變頻技術

在中小型熱電廠，由于原有的電力設計規范，200KW以上的電機均采用6KV-10KV的供電電壓，如果改造需采用高壓變頻技術，而高壓變頻是在800KW以上的電機上才能體現較高的性價比。通過改變高壓電機繞組接線方式，使電機電壓等級變為380V、690V與1140V三種，直接配備相應等級的低壓變頻，尤其是800KW以下的電機，在不更換電機的情況下，實現了低壓變頻調速，具有比直接采用高壓變頻方式更高的性價比。

1.4熱源適量供熱調度技術

適量供熱調度技術采用通過氣象局數據預報接收、典型用戶室內溫度采集、熱源出口熱量計量、氣象站數據采集、計算機調度軟件等設備實現如下功能：

（1）實現熱源負荷預報模型的建立，并通過室內溫度反饋修正。

（2）實現未來三天氣象預測數據的自動接收，根據預測數據計算供熱量。

（3）通過熱源出口熱量，對比計劃供熱量和實際供熱量的差異，進行跟蹤調整。通過以上技術實現適量供熱，可節約熱能3%-5%以上。

1.5熱網循環泵綜合節能技術

近年，我市集中供熱發展較快，而作為供熱系統主要組成部分的熱網循環泵以前是由電動機拖動，隨著熱負荷的不斷增加，要求電動機的功率也不斷增大，這就使得供熱企業耗電成本在生產成本中的比重也不斷增加，因此嚴重影響了企業的經濟效益。而采用熱功聯產汽輪機替代電動機做功驅動熱網循環泵就可解決此問題，因而大大提高企業的經濟效益。

1.6熱水鍋爐房熱電聯產電力自給系統技術

從能源的梯級利用觀點出發，引出了集中供熱熱水鍋爐房熱電（功）聯產的方案。從我公司某工程實例來看，該方案實現電力自給，為供熱企業節省大量電費，不到一個供暖期就收回了增加的投資，又顯著的提高了經濟效益。蒸汽鍋爐產生的蒸汽經過管道首先進入小型汽輪機，帶動發電機發電，發電量即可滿足本鍋爐房的設備用電。汽輪機乏汽進入工業汽輪機時直接拖動功率較大的循環水泵，做完功后的排氣進入換熱器加熱熱網循環水，形成凝結水，再進入鍋爐蒸發成蒸汽，這就是一個完整的熱電（功）聯產系統。

2.熱網部分

2.1全面水力平衡技術

在換熱站內部，一級網安裝電動恒流量調節閥，通過自控系統實現恒流量，便于氣候補償等高級控制功能的實現，在樓前單元口內也全部安裝自力式恒流量閥，設定流量后，永遠保持恒定。全面水力平衡技術即消除了熱用戶冷熱不均的現象，同時又大幅度降低了熱網的循環泵流量，是熱網節能的基礎。全面水力平衡技術通常節熱5%-20%，節電可達30%以上。

2.2熱網循環泵綜合節能技術

熱網循環泵綜合節能技術，就是通過循環泵泵效改造、最不利點壓差變頻控制、旁通分流控制、最小阻力調整、水質改善等技術實現熱網循環泵耗電最小。由于通常情況下熱網循環泵普遍設計不合理，所以通過熱網循環泵改造后可節電30%-60%以上。

2.3換熱站自控技術應用

一是換熱站自控系統設計原則。（1）運用換熱站自控系統的目標是在保證供熱質量的前提下，達到經濟運行，即降低熱、水、電的消耗，為此就需要提出一套科學的工藝控制方案和與之匹配的設備設置，這是十分重要的。（2）在設計整個換熱站自控系統時，要充分考慮到系統運行的穩定性、兼容性、開放性、通用性及可擴展性。站內RTU和公司調度中心機房的通訊協議應選用在國際上或者在國內已經廣泛應用的通訊協議。

二是換熱站自控系統組成。公司的供熱形式為通過換熱器對集中供熱一次網和用戶二次網進行熱能交換，通過二次網絡將熱能輸送給用戶。溫度、壓力、流量等參數通過現場儀表傳感器轉換成標準的電信號，變頻器把電機的電流、轉速等信號送入PLC，PLC可以控制變頻器的啟停及調速。觸屏作為現場的人機接口，顯示換熱站的主要參數及設備狀態，現場的操作指令也可以通過觸屏下達。

2.4熱網多級泵技術

采用熱網多級泵技術，各站均設置水泵，循環泵已滿足鍋爐循環阻力設計，各站所需揚程僅由各站循環泵分別提供，這樣就取消了閥門。通常改造后可節電20%-30%以上。

3.熱用戶部分

3.1溫度法分戶計量技術

通過測量用戶室內溫度及已知的用戶使用面積，對樓棟總熱量進行分攤，溫度高分攤的多，溫度低則分攤的少，這樣就實現了等溫度等熱費，解決了戶間傳熱的難題。

3.2大型公建樓前混水分時分溫個性化供熱技術

公共建筑諸如學校、商場、政府、辦公樓、工廠等，通過安裝樓前混水分時控制設備，實現分時控制。晚間無人監控時設備則自動將溫度調整到值班溫度，早晨上班前設備則提前預熱，同時還可給不同的場所提供不同的溫度，這樣綜合下來即節省了大量熱能，又滿足了用戶按需供熱的要求。

4.遠程能源計量與管理系統部分

能源計量與管理系統，是整個節能技術的軟件部分，通過安裝煤、水、電、熱計量儀表，將整個供熱系統的熱耗、各個補水點的失水量、各個站點的用電量，利用傳感技術和網絡技術，傳輸到管理中心能源計量管理軟件中，自動生成各種分析結果、報表、趨勢等，實時查看各種能耗數據。

綜上所述，通過自動控制技術在在集中供熱和供熱鍋爐運行中整體節能方案實施，一方面降低單位熱能消耗，降低單位電耗， 降低人工費； 增加自動控制設備，換熱站運行最終達到無人值守，值班巡查方式。自控系統的應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，使經濟效益顯著提高。

【參考文獻】

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