熱力換熱站能量控制與調節系統探討

李家企

【摘要】對熱力換熱站能量控制系統來說，其控制參數為二次網供回水平均溫度，操作量為二次循環水流量，補償信號為室外溫度。二次網供回水平均溫度隨室外溫度而變化，變化率（補償度）可調，供回水平均溫度給定的初始值可調，執行器是一用一備的變頻調速循環水泵，變頻下限限幅可調。與傳統的能量控制系統相比，只要控制參數選擇合理，就能確保運行穩定可行且可以實現節能經濟的目的。

【關鍵詞】熱力系統;熱力換熱站;能量控制與調節

熱力平衡調節需要的熱量由熱力換熱站通過二次網供給。熱力換熱站能量調節實質上是按照熱用戶需要的熱量調節熱力換熱站輸出的熱量，或者說熱力換熱站根據負荷變化改變輸出的熱量。這是熱力換熱站能量調節的宗旨。同時，熱量輸送載體二次網流量也需要隨著負荷變化，以便實現節能，這是熱力換熱站能量調節的主要目的。

1 熱力換熱站能量調節方式

1.1二次循環水泵

一是多臺相同規格型號水泵并聯。按照負荷變化改變水泵運行臺數。這種方法的優點是簡單可靠，缺點是總裝機容量大，多臺水泵并聯運行效率下降，占地多。另外，水泵啟動電流大（軟啟除外），對電網有一定沖擊。二是多臺不同規格型號水泵并聯。按照負荷變化改變水泵運行臺數。這種方法不宜采用，不僅總裝機容量大，占地多，而且多臺不同規格水泵并聯運行效率很低。三是多臺相同規格型號水泵并聯，其中一臺變頻調速。這種方法的優點是降低了頻調設備造價。但總裝機容量大，占地多，相當于幾臺大泵與一臺小泵并聯運行，運行效率降低。四是多臺相同規格型號水泵并聯，每臺變頻調速。設計者的初衷是力求多臺并聯消耗運行狀態同步，以提高水泵運行效率。這種方法不但總裝機容量大，占地多，一次投資很大，而且即使多臺水泵同步運行，部分負荷下并聯運行的水泵效率更低。

1.2控制方式

一是通過手動控制。不同規格型號水泵手動切換，或對多臺并聯運行的相同規模型號或不同規格型號水泵手動臺數控制。二是通過臺數自動控制。對多臺并聯運行的相同規格型號水泵自動臺數控制。三是通過臺數與變頻調速相結合自動控制。多臺相同規格型號水泵并聯，其中一臺泵變頻調速。四是通過并聯運行的多臺相同規格型號水泵分別變頻控制。多臺相同規格型號水泵并聯，每臺水泵均變頻調速控制，這是一種不節能、不經濟、技術上不合理的控制方式。

1.3控制參數

一是根據壓力控制。二是根據供水溫度控制。三是根據回水溫度控制。四是根據供回水平均溫度控制。

由于熱力換熱站能量調節是根據負荷變化改變熱力換熱站輸出的熱量，所以，熱力換熱站能量調節系統應該是一個輸出量隨負荷變化的隨動調節系統。筆者認為，以供回水平均溫度為控制參數，具有室外溫度補償，執行器是一用一備的變頻調速循環水泵的熱力換熱站能量控制系統較為合理。

2 熱力換熱站能量控制系統控制參數選擇

熱力換熱站能量控制系統控制參數選擇至關重要，最理想的控制參數是熱用戶室內平均溫度，但很難找到能夠代表熱用戶室內平均溫度的測點。而熱力換熱站的輸出信號就是熱用戶的輸入信號，熱用戶的輸入信號需要隨負荷變化，即要保持一定的室內溫度，熱力換熱站輸出的熱量必須隨負荷變化。而供暖負荷發生變化的主要因素是室外溫度因此，上述問題實質上是尋找能夠準確反映熱力換熱站輸出熱量多少的輸出信號。該信號隨室外溫度變化，以滿足熱用戶對室內溫度的要求。這個輸出信號即為熱力換熱站能量控制系統較為理想的控制參數。要想使熱用戶保持所需要的室內溫度，只要熱力換熱站二次網供回水平均溫度隨室外溫度）變化即可。在供熱系統運行期間，只有供回水平均溫度能夠準確的反映熱力換熱站供出的熱量，因此，應該選擇供回水平均溫度作為控制參數。而供水溫度或回水溫度與室外溫度函數關系是不確定的，換言之，單獨調節供水溫度或回水溫度不能保證熱用戶要求的室內溫度。選擇供水溫度或回水溫度作為控制參數是不合理的。

3 熱力換熱站能量控制系統操作量選擇

熱力換熱站能量調節控制系統操作量選擇也非常重要?？刂葡到y操作量可以選擇二次網流量、一次網流量或二者兼之。二次網流量通過循環水泵臺數控制、多臺相同規格型號循環水泵并聯中一臺泵變頻調速控制、一用一備變頻調速泵控制、調節閥控制。次網流量改變通過調節閥實現，進而達到熱力換熱站交網能量調節的目的。選擇二次網流量網作為熱力站能量控制系統操作量，并使用一用一備的變頻調速泵控制，是一種較好的控制方案。這種控制方案可以較好地滿足熱力換熱站能量調節的要求，還可以達到二次網流量輸送系統節能的主要目的。二次網流量變化時換熱器傳熱系數隨之變化，而且換熱器一、二次側均具有熱量的自平衡，所以，換熱器一、二次側熱量能夠平衡。換熱器一次側面無需增設調節閥。換熱器一次側設調節閥不僅增加投資，而且一次網阻力增大。二次網供回水平均溫度隨室外溫度而變化。二次網供回水平均溫度初始結合實際定值和補償可根據實際情況調整。

4 熱力換熱站能量控制系統

具有室外溫度補償的供回水平均溫度控制系統與其他控制方式相比具有以下特點：一是與臺數控制方式相比，裝機容量小，可連續調節，水泵運行效率高，節能效果明顯，啟動電流小，占地少。二是與臺數變頻調速聯合控制方式相比，其特點同上。臺數與變頻調速相結合相當于幾臺大泵與一臺小泵并聯運行，運行效果較差，尤其是變頻泵流量較小時，效果更差，難以顯示變頻泵的優勢。三是與用調節閥改變一次流量控制方式相比，系統簡單、可靠、經濟。換熱器一次側安裝調節閥沒有必要，只要一次網輸出的總熱量能夠按照負荷變化以等比例分配給各熱力站即可。各熱力換熱站間平衡由初調節完成。四是與根據壓力、供水溫度、回水溫度控制方式相比，系統運行穩定可靠。

只要一次網供給熱力換熱站的熱量足夠，具有室外溫度補償的供回水平均溫度控制系統是熱力換熱站能量調節較為理想的控制系統。

參考文獻：

[1]裴志強.集中供熱熱網的微機監控系統[J].自動化儀表，2016（02）.

[2]趙博然，靳婉娟.謝濤，王天石.供熱系統采用微機控制和調節設備相結合的探討[J].區域供熱，2016（08）.

[3]張永惠.我國高壓變頻調速技術的發展[J].變頻器世界，2018（05）.

[4]王化祥.自動檢測技術[M].北京：化學工業出版社，2004.

[5]邵裕森.過程控制系統及儀表[M].北京：機械工業出版社，2005.