供熱系統動態調節關鍵技術研究

摘 要：分析了供熱系統動態調節的必要性，提出供熱系統動態調節方案和供熱系統動態調節自控技術措施。

關鍵詞：動態調節；變流量控制；數據采集

1、引言

在我國，建筑能耗在能源消費結構中有相當的比重，設計熱負荷供暖室外計算溫度根據歷年平均不保證5天的日平均溫度計算。現實狀況下的供暖熱負荷是根據室外溫度而動態變化的，在大多時候是非滿負荷運行的。通過對供暖管網在不同工況下采取質量綜合調節的節能運行方案，對節能降耗、減排工作有很強的經濟效益和環保效益。

2、供熱系統動態調節的必要性

供熱系統隨室外氣溫變化變流量運行節約電能是相當可觀的。 室外氣候變化直接影響室內采暖負荷的變化， 室外氣溫高則采暖負荷減小，供給的流量也應該減小。 室外氣溫低，采暖負荷增加，供給的流量增大。由于循環泵的耗電量與循環泵的流量之間呈三次方的關系，根據公式： N1/N2 =G13/G23 ，N1、N2對應改變流量前、 后的功率G1、G2水泵的流量。

采用變流量的調節運行方式與定流量運行方式相比循環泵耗電量的比例分別為：

N1/100%=80%3 /100%3 N1=51.2%

從以上的分析可以看出： 當采用定流量運行時，循環泵的耗電量是 100% ，當采用變流量的運行方式時，減少流量 20% ，循環水泵的 耗 電 量 是 定 流 量 時 的 51.2% ，節電是48.8% ，這個數據從原理上給節能運行提供了理論上的數據依據。 理論計算和實際工程略有差距，但節電效果仍然是可觀的，變流量調節節電潛力是巨大的。

3、供熱系統動態調節方案

一次網調節控制：根據室外溫度 ， 一次網供回水平均溫度按照事先建立的供熱量曲線調節一級網電動調節閥開度， 從而改變一次網進換熱器的流量 ， 保證二次網所需要的換熱量。熱網監控站人員也可以根據各熱力站上傳數據所，反映的整個熱網的負荷需求 ， 隨時手動遠程設定閥門開度 ， 實現各換熱站負荷的宏觀調控， 保證整個熱網的整體平衡。電機手 / 自動控制可實現相互無擾切換。

二次網循環泵變頻控制：根據二次網供回水壓差 ， 計算并確定循環泵的最節能運行的頻率區間 ， 在此區間內根據預置供熱量曲線、室外溫度及流量，調整循環泵調速進行量調 ， 配合鍋爐的質調滿足二次網熱量需求 ， 并記錄不同室外溫度條件下各熱力站總需熱量，總結出指導以后循環泵運行的熱量曲線。

根據室外溫度、溫度補償曲線、一、二級網供回水壓差、一、二級網供回溫度、一、二級網熱量（流量），調節一級網電動調節閥開度、二級網循環水泵電機運行參數；閉環控制，其主要功能如下：

a） 一級網的最大流量限制

b） 一級網的最大熱量限制

c）二級網的回水溫度限制

d） 一、二級網供回水溫差限制

e） 根據室外溫度、溫度補償曲線，調節一、二級網供熱負荷，控制一級網電動調節閥開度、二級網循環水泵轉速。

f） 根據一、二級網供回水溫差，控制一、二級網循環水泵轉速。

g） 根據二次網供回水壓差，控制二級網循環水泵轉速，以保證熱網的水力、熱力平衡，達到節能、高效的最優化運行。

h）根據二次回水壓力，控制補水泵轉速達到定壓目的。

i） 二次供水溫度超高報警、聯鎖功能。

j） 二次回水壓力過低，自動開放補水功能以及補水箱液位的監測報警等。

4、供熱系統動態調節自控技術

4.1通信方式

通訊網絡用以連接中央控制室和各現場控制機，實現數據傳遞。本工程擬采用固定光纖系統進行通訊。熱力站壓力、溫度、流量（熱量）、一級網電動調節閥開度、泵的運行狀態等數據上傳至中央控制室，并接受中央控制室的控制指令。

4.2主要硬件設備及軟件的配置方案

熱網熱量測量選用超聲波熱量計。補水流量測量選用電磁流量計。

測量軟化水箱液位測量選用電容投入式液位變送器。一、二級熱網、補水壓力測量選用壓力變送器。一、二級熱網溫度測量選用PT100熱電阻溫度。

室外溫度測量選用一體化溫度變送器。為了適應集中供熱信息管理的需要，提高供熱系統的自動化水平，提高供熱系統的現代科學管理水平，應建立熱網集中監控系統，收集該熱網各熱力站方面溫度、壓力、流量、熱量、開關量等參數的采集、測量及控制的關鍵工藝參數，通過無線或光線網絡的通訊方式，實時地把熱力站各項工藝參數傳到監控中心，初步實現熱力站無人值守。為公司調度和管理部門提供資源調配依據。

熱網控制采用分散型控制系統，現場控制機布置在熱網各熱力站內，中央控制站設在熱源廠控制中心，能夠與熱源廠DCS控制系統通過通訊交換相關數據。

熱網控制由中央管理工作站和若干個遠程終端站（現場控制機）組成。中央管理工作站是全系統的中樞，負責從各現場控制機采集數據，通過計算分析顯示、儲存并向各現場控制機發出具體的控制命令，實現對全網的檢測、控制和管理。

4.3監控系統

以中央管理工作站為核心，采用集散式控制結構，包括以下幾部分：

· 中央管理工作站

· 通訊網絡

· 現場控制機

· 傳感器、變送器及變頻調速機構等

上述設備與被控對象及相應軟件組成一套完整的控制系統。

熱網運行管理軟件安裝在作為監控中心的服務器上，該服務器將采集現場控制機的數據，監測現場控制機的運行情況并指導操作員進行操作。服務器定期從現場控制機采集數據以保證其數據庫不斷更新。服務器還向現場控制機發送控制和參數設置指令。操作員從控制中心通過該系統能夠方便地得到子站運行的數據并向子站下達指令?；竟δ苋缦拢?/p>

實時監測熱網運行狀態，運行參數的設定，運行分析以及調度熱源實現全網的供熱均衡、水力平衡；

可通過網絡瀏覽器在所需地點實現所有監控管理功能，遠程訪問與參數瀏覽；

實現對各熱力站的二級網循環水泵電機運行啟停、補水泵電機啟停等。

實現對各熱力站的一級網電動調節閥開度調節，實現全網的供熱均衡、水力平衡。

實現對各熱力站的二級網循環水泵電機運行狀態信號、補水泵電機運行狀態信號等監測。

提供對運行分析和參數預測所需的各種溫度、壓力和流量分配的圖表以及生成標準的水壓圖，對同類參數進行分析比較；

監控中心統一發送室外溫度指導各熱力站的優化運行；

實時接收各熱力站的報警信息，提示操作人員進行報警處理。記錄報警信息，形成報警日志；

顯示工藝流程圖畫面及動態運行參數，根據用戶權限管理的不同，可對現場進行遠程控制和設定調整；

熱力站數據監測和企業的信息管理系統相融合；

操作員可及時了解監控系統內的所有生產設備運行狀況，主要可以：以通訊網絡自動采集各個換熱站的實時數據，按操作員發出的指令控制現場變頻器；

以網絡的方式，將實時數據按一定時間（可設置）轉存到網絡數據服務器。提供的標準數據接口ODBC/OPC，將數據提供給第三方應用（如關系數據庫、辦公自動化、自動調度系統、地理信息系統及管理信息等系統）。

5、結語

供暖系統的節能運行方案應該是一個系統工程，系統動態調節運行方案的實施，主要依托于運行策略和自控設備，直接影響供熱系統的節能效果，后期需對設備投入產出的經濟性應進行分析比較，合理確定方案。