供熱系統的自動化控制與節能降耗措施

古廣磊

中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300000

1 供熱自動化控制系統概述

通過自動控制系統的應用，可以改善供熱系統的運行環境，發揮出節約能源、減輕污染物排放等作用。同時，自動化控制系統的應用可以提高換熱站的供熱水平，優化系統結構，豐富系統功能。此外，換熱站自動化系統遵循特定的設計原則，規范性特征顯著，可滿足供熱質量要求，也可以充分發揮資源的應用價值。供熱自動化控制系統的先進性使其逐步得到更多熱力公司的青睞，越來越多的公司相繼在既有的供熱系統以及新系統設計中采用自動控制技術。

從實際運行的角度來看，自動化控制系統的可靠性強、兼容性好，是換熱站的核心。供熱自動化控制系統提供了熱計量、信息管理、自動控制等一系列功能，可以實時監測溫度、熱量，并根據此方面的數據對系統的運行情況進行判斷，對比分析實際情況與預設運行要求，明確偏差，進而調整溫度、熱量值等關鍵參數。

2 供熱系統中的分散控制系統概述

分散控制系統（DCS）是現階段業內較為前沿的控制系統，其以計算機控制裝置為核心，可實現自動化控制。DCS所涵蓋的細分技術形式較多，包含計算機技術、通信技術、控制技術等，通過對各項技術的聯合應用，可以完成現場信號的采集、邏輯聯鎖等相關操作。DCS對鍋爐房公共部分和鍋爐的重要監測點的布設進行了合理優化，將其放置在后備儀表和手操器處，可以確保鍋爐在試驗過程中依然維持穩定運行的狀態。此外，DCS兼容了多項可靠性措施，為操作員站適配了運行穩定、性能可靠的工業PC機，并且其踐行冗余設計的理念。在該方式下，若某個操作員站或是其中的線路存在異常，其他部分均可正常運行，不會對鍋爐的運行狀態造成不良影響。

3 供熱系統自動化控制的實現思路

在供熱系統的自動化控制實現路徑中，應合理應用DCS，并做好相關的技術配套和硬件配套工作。依托DCS，能夠加強對供熱全過程中各環節的控制。

3.1 軟硬件層面

在系統中配套紅外、測溫設備，并通過高精度裝置的應用，使系統按特定的機制工作。在此期間，DCS需遵循電氣設備工作程序，記錄數據，與測溫裝置聯動，全面監控供熱系統的溫度，對溫度參數進行合理調整，將其穩定在合適范圍內。

（1）適配設備。以供熱需求為導向，結合系統的實際運行環境，增設合適規格的紅外設備和測溫裝置，由系統發出指令信號，使該類裝置做特定的操作。此外，DCS運行時，可高效完成數據的采集和記錄操作，有效控制溫度。

（2）自動控制。接收測溫裝置發出的信號，動態化地采取溫度調控策略，由計算機起到控制作用，可以快速調節鍋爐出口水溫的設定值，在該調節機制下，供熱系統內部的溫度始終穩定在合理區間內，全程自動化操作水平較高，可以有效滿足各階段的供熱需求。

3.2 智能控制層面

智能化是供熱系統實現自動化控制的必要前提。從鍋爐供熱系統的結構組成來看，其具有形式多樣的特征，多方面的因素均可能影響最終的控制效果。同時，鍋爐系統具有安全隱患多、熱容性大等特點，更加凸顯了智能化控制的重要性，即依托相關技術，創建并實行智能化控制模式，以及時調控系統的整體運行環境，從源頭上消除故障。

3.3 集中控制層面

以中央控制室為核心，實現集中控制。具體來說，需要以供熱系統的運行特點為出發點，對其進行適度改進。在此期間，應重點關注上位控制管理系統，通過提高該系統的運行水平，增強其集中控制效果。對上位控制管理系統的參數加以優化，賦予其自動化的特征，以便在供熱系統運行時能夠完成自動化控制操作。

3.4 換熱調控層面

在實現自動化控制的基礎上，還需要進一步完善系統的換熱調控功能。從硬件配置的角度來看，熱力站為關鍵部分，能夠根據溫度、系統負荷等基礎參數調控增壓泵等各類與換熱控制有關的裝置，避免熱量過度集中，從而保證系統的運行安全性。

4 供熱系統的主要能量消耗分析

除了提高供熱系統的自動化控制水平，還需充分考慮系統運行階段的能耗問題。在資源日益緊張、環境污染不堪重負的背景下，需要沿著科學的思路開展供熱系統的節能降耗工作，使其兼具節能環保優勢。為了降低能耗，首先需明確供熱系統各部分的能量消耗情況。

4.1 熱源

燃料、鍋爐房及熱電廠是較為常見的制備熱源方式。其中，燃料燃燒的可選原材料包含煤、天然氣等；鍋爐房燃燒得以實現的關鍵在于鍋爐、鼓風機等設備的支持。因此，在供熱系統設計中，需要合理選擇熱源生產方式，在滿足供熱系統對熱源需求的前提下，降低能耗。

4.2 轉換

熱力站是供熱轉換中的關鍵裝置，也是能量消耗的主要場所。熱能轉換得以實現的前提在于得到熱力交換站內部交換器的支持，并在其作用下實現一級網的熱能向二級網的轉化，再經過一系列的處理，進一步為用戶提供補給。熱力站的各類設備在耗能方面的特性有所差異，主要包括熱交換器、二級網系統循環水泵等，消耗的能量則以水能和熱能兩種形式為主。

4.3 輸送

輸送管道的內部組成包含鋼管、保溫層、保護層等，在供熱輸送過程中，消耗的能量類型較多，例如熱能、水能、電能，為量化分析能耗情況，可引入熱網熱效應進行判斷。

4.4 用熱

在城市供熱領域，為了滿足室內的用暖需求，常配套采暖散熱器，調節室內的溫度，但該裝置運行期間的能耗問題較為突出，需加強對能耗的分析與控制。值得注意的是，在確定能耗時，需兼顧循環水量和供、回水溫差積分。

5 供熱系統的節能降耗措施分析

5.1 改進鍋爐設備

（1）深度優化鍋爐設備。在判斷鍋爐的能量消耗情況時，鍋爐熱效率為關鍵的指標，需著重將其作為優化對象。

（2）在系統實現自動化控制的基礎上，對鍋爐房做深度的優化處理，以增強節能降耗效果。例如，優化燃煤供熱鍋爐設備的運行狀態，使其熱效率可以穩定在80%左右甚至更高；在鍋爐使用期間，定期檢測，適時更新。鍋爐供熱系統示意圖如圖1所示。

圖1 鍋爐供熱系統示意圖

5.2 改善輸送環境

為了滿足熱網效率達到90%及以上的要求，應調整管道的埋設方法。例如，可采取直埋敷設管道的方法，有效降低管道的能量損失，使更多的能量均能夠向用戶端供給，減少能量在管道中的損耗量。

5.3 合理應用先進技術

在供熱系統的流量分配中，需著重考慮熱網水力失調度這一指標。若用戶所享受到的熱量分配正好可滿足要求，此時失調度為1；若室內溫度明顯偏高（即超過用戶對于供熱的需求），則存在能量浪費現象，此時失調度＜1。因此，為了保證失調度的合理性，需做好技術優化工作，同時通過技術的應用來調節失調度，使其具有合理性。

5.4 適配先進的裝置

除了前述方法，還可通過平衡閥的應用，調節供熱系統的運行狀態，消除運行期間的干擾因素，使設備、水泵等相關裝置均可穩定運行，避免不必要的能源消耗，達到降低能耗的效果。

6 結束語

在環境污染問題較為嚴峻的背景下，供熱系統的運行模式應當轉型升級。通過自動控制技術的應用，可改善供熱系統的運行模式，使其具有自動化的特征。同時，通過節能降耗措施的落實，最大限度地減小供熱系統運行期間的能耗量，有效減輕甚至規避因供熱而引發的環境污染問題。