供熱系統采用微機控制與調節(jié)設備相結合的探討

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　　供熱系統采用微機控制與調節(jié)設備相結合的探討

　　摘　要　 熱網系統不平衡造成“近熱遠冷”；采用SNI城市熱網控制系統后一次網的自動控制；采用自力式流量控制閥以后二次網的調節(jié)，從而保證整個系統的正常運行。

　　廊坊市開發(fā)區(qū)熱力公司現擔負開發(fā)區(qū)近150多個企事業(yè)單位、部隊及居民小區(qū)的供熱任務。熱用戶有常年生產用蒸汽的；有常年供生活熱水的；還有冬季供暖的，而且熱用戶也較復雜。有東方大學城、中日合資的立邦漆涂料公司、河北省經貿洽談會的主會場—經貿大廈及展廳，還有中國人民解放軍導彈部隊駐地等等?？傆嫻┡娣e約320萬平方米。建有四個燃煤鍋爐房。其中1＃供熱站（管委會站）和3＃供熱站（大學城站）各擔負近50萬平方米的供暖任務；2＃站為工業(yè)生產區(qū)站，4＃站為清華科技園站，都屬于新建供熱站。其中1＃供熱站建有兩個換熱站和5個配熱站；3＃供熱站建有3個換熱站和4個配熱站。由于開發(fā)區(qū)規(guī)化范圍較大，而且單位又比較分散，所以造成管線較復雜，遠近不一，管徑不匹配。開始管徑都偏大，到后來有的還不夠用，使得整個熱網系統不容易控制更不好平衡。

　　1、 供熱管網控制與調節(jié)的重要性開發(fā)區(qū)熱網剛投入運行初期，由于是政府管理，從投資規(guī)模、運行費用到熱費收繳等工作都是管委會直接操辦，也不提成本核算、經濟分析。加之供熱負荷也較小，因此用戶不熱的現象也體現不出來。到2003年時供暖面積已達近100萬平方米，這時從熱源到熱用戶一系列問題全暴露出來了。首先是一次網熱源控制問題，特別是到冬季，生產要用汽，供暖也要用汽換熱。那么蒸汽如何分配、如何平衡、又如何控制、又如何準確計量等等，沒有一個合適的手段，造成生產、生活雙方“爭汽”的現象；再則有些用戶私自開口接入熱源也無法掌握；特別是二次網，由于沒有細致的調節(jié)控制手段，造成流量分配不均，供熱管網存在嚴重的水平失調現象。近端用戶室溫過熱，而遠端用戶又偏冷。如國際展覽中心距換熱站較遠，又是管網末端而且建筑結構又較復雜。由于前端控制的不細造成該用戶室溫始終達不到要求。天冷時還得開空調進行補充。因此如何實時觀測，掌握、控制整個系統從熱源到換熱站及熱用戶各點的運行工況；如何發(fā)現系統故障并能及時報警；如何發(fā)現整個系統各個部位供熱參數是否運行正常，以便指導調度中心正確指揮運行等等，是我們必須解決的當務之急。

　　2、 熱網控制與調節(jié)系統的建立與構成

　　2.1 系統的建立目前供熱系統控制與調節(jié)的方法很多，但用哪種辦法更適合我單位的情況，我們進行了多方面的調查與論證。遵照有關專家的論點“考慮到投資與管理，最好的系統應是一次網微機控制和二次網合理使用上述調節(jié)設備的結合”。我們也采取了從鍋爐房到換熱站、分配站以及蒸汽用戶（大戶）的微機控制；而二次網則采用自力式流量控制閥及手動平衡閥進行調節(jié)的方案。基于以上思路2004年初我們與哈爾濱工業(yè)大學合作安裝了“SNI城市供熱管網系統”，當年底投入運行。

　　2.2 系統的構成系統為兩級分布式結構，即由管理調度監(jiān)控中心和熱力站現場控制組成。調度監(jiān)控中心對熱源、熱力站、分配站、熱用戶統一監(jiān)測與調度。整個監(jiān)控系統由集散控制系統（簡稱DCS）和數據采集監(jiān)控系統（簡稱SCADA）組成。通過GPRS網絡系統進行數據的傳輸。由于GPRS是一種新的移動數據通信業(yè)務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP.GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享。因此收集的數據可通過GPRS系統與公司各有關部門如公司領導、調度中心、技術部門、運行管理部門的微機進行聯網，可進行實時監(jiān)控。

　　2.3 系統的功能

　　2.3.1 及時檢測參數，了解系統運行工況通過網絡系統了解并掌握一次網系統（蒸汽系統）的熱負荷情況，各用戶或換熱站負荷的變化情況，整個系統溫度、壓力、流量等參數的收集，為調節(jié)控制提供基礎資料。

　　2.3.2 均勻調節(jié)流量、消除冷熱不均為了解決熱用戶爭搶熱量，造成冷熱不均的矛盾。采用就地現場控制加集中監(jiān)控“合二為一”的方案。當供熱量變化時由調度室的中央集中控制系統向各熱力站統一發(fā)布調度指令。根據已制定的一次網質調節(jié)溫控表及二次網設定的回水溫控曲線實現熱量（流量）的平均分配。

　　2.3.3 合理匹配工況、保證按需供熱利用手工操作使熱量達到平均分配是很困難的。利用計算機自動控制系統則可通過軟件開發(fā)配置供熱系統特性識別和工況優(yōu)化分析程序。利用前幾天供熱系統實測的供、回水溫度、壓力變化、流量和室外溫度，就可預測當天的最佳運行工況。

　　2.3.4 及時診斷故障及報警，確保安全運行配置故障診斷專家系統，通過對供熱系統運行參數的分析，對熱網、熱源和熱用戶中發(fā)生泄露、堵塞等故障能及時診斷，并指出故障位置，以便及時檢修。

　　2.3.5 調度控制系統生產調度中心可根據生產情況，熱網運行工況及時發(fā)布調度指令，指揮整個供熱系統的正常運行。

　　2.3.6 健全運行檔案，實現量化管理建立了信息數據庫，對各種技術資料、運行數據進行分析，并根據需要打印所需參數，貯存歷史數據，為技術經濟分析提供原始資料。

　　3、 一次網自動控制的運行3.1生產用汽的控制、調節(jié)與計量我公司的一次網全部為蒸汽管網，蒸汽有生產用汽也有生活用汽。到冬季供暖期時如何調整各用戶的用汽量，又如何方便準確地計量。以前我們都派人反復調節(jié)各用汽單位的主控閥門，而且流量計還經常出問題，計量不準造成熱用戶意見較大。微機自動化投產后，調度根據各生產單位近兩年夏季或冬季用汽量情況，編制相應的用汽量日耗表，根據表格畫出控制曲線。調度就可根據用汽量變化情況對各配熱站下達調度指令。各配熱站都裝有電動調節(jié)閥，可通過調節(jié)閥來調整流量的大小。而且各配熱站及主要用汽大戶（如立邦漆）的蒸汽計量也都通過微機進行了聯網，隨時可進行監(jiān)控、記錄。當用戶不用汽時調度或控制室人員可直接通過微機將這些用戶的閥門關閉。

　　3.2 生活用汽的控制、調節(jié)與計量3.2.1 生活用熱水、蒸汽的控制開發(fā)區(qū)生活用熱水時間不盡相同。有的單位24小時不停，如貴賓樓、立邦漆、外企聯誼中心等。而普通住宅又只是每天晚上才供。據此調度編制了生活熱水用汽一覽表也編制了曲線。這些數據變化較小，因此將數據輸入微機后可自動進行調節(jié)控制用汽量的大小。

　　3.2.2 生活用采暖蒸汽的控制為了保證冬季采暖期時蒸汽的供應，我們將四個鍋爐房的蒸汽管網都環(huán)在了一起以便進行互補。由于采暖用戶的標準不同，所以用汽量也不盡相同。如何進行控制首先根據設計要求及運行實際。我們編制了供熱概算熱指標。一般情況下（京津地區(qū)設計室外溫度為-9℃）。取單位熱指標為55W/m2，亦即單位供暖建筑面積室內外溫差為1℃時熱耗量qV＝1.89W/m2.根據qV便可求出不同室外溫度時的單位建筑面積概算熱指標。（見表1）

　　根據熱負荷公式：Q＝3.6AqV便可計算出各種溫度下的熱負荷。

　　又根據蒸汽供暖熱負荷計算公式：

　　q＝Q/r×10-3（t/h）便可求得蒸汽流量。

　　上兩式中：

　　Q—熱負荷kW/h、W/m2 A—采暖建筑面積m2 qV—熱指標W/m2 q—蒸汽流量t/h r—汽化潛熱kcal/kg（當表壓為0.4MPa時為504.21kcal/kg）。

　　表2為1＃供熱站的南站部分。供暖面積約25.4萬平方米。

　　每個換熱站都通過計算編制相對應的熱負荷及流量控制表格。根據這些數據調度可根據負荷變化情況通過微機直接指揮鍋爐房控制室及配熱站增加或減少供汽量。保證整個一次網的正常運行。

　　4、二次網系統的調節(jié)由于二次網范圍較大，建筑結構也較復雜，有的環(huán)路上廠房、宿舍、，樓房、平房全有，因此集中調節(jié)很困難。我們采取了“分散細化調節(jié)，集中監(jiān)測控制”的辦法。

　　4.1 分散細化調節(jié)為了達到整個系統的平衡，我們在原來各換熱站、配熱站分區(qū)控制調節(jié)的基礎上，進行了細化控制調節(jié)。即在每個用戶的單體入戶全部安裝了流量控制閥。特別是距換熱站較近的用戶安裝的更細。按照用戶單體的性質和類型，重新核準后設定所需流量。如有些距熱源較近的臨街的商店，雖然總入戶（DN100）上有調節(jié)閥門，但由于單體較多而且面積都不大，還有的商店還不想采暖，因此我們在每個單體入戶的立管（DN32）上全都安裝了流量控制閥。在各個單體都能調節(jié)和控制以后，二次網的運行則采用質調節(jié)的手段就方便多了。為此我們通過計算編制了二次網運行曲線。

　　根據外網供、回水溫度計算公式：

　　t1=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）+0.5（t1′-t2′）Φr t2=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）-0.5（t1′-t2′）Φr式中：Φr—相對熱負荷W，Φr = （ti- to）/（ti -to′）

　　B—與散熱器及連接方式有關的系數。四柱散熱器B=0.35 ti—供暖室內計算溫度℃to—室外溫度℃to′—供暖室外計算溫度℃t1，t2—二次網供、回水溫度℃t1′，t2′—二次網的設計供、回水溫度95/70℃在設計散熱器時，設計人員通常采用設計供、回水溫度為95℃/70℃。但在最終確定散熱器的面積時通常有15—20%的余量。因而散熱器的溫度與室溫的實際溫差比設計溫度低15—20%也能滿足需要。也即供水溫度在76℃?；厮疁囟?6℃時更能反映實際運行情況。因此根據以上公式計算結果如下表。

　　根據以上表格繪制了溫控曲線。

　　4.2 集中調度控制一次網有熱負荷控制表，二次網有溫控曲線，二次網單體又都安裝了完善的調節(jié)設備，而且二次網的循環(huán)泵又都是變頻控制，調度就可利用微機統一下達運行指令，各換熱站及配熱站都可很方便地調整自已的運行狀態(tài)。

　　5、運行效果及設想自2004年冬季我們采用以上方法運行以后，效果很好，首先是冬季用汽量大時原有用戶都沒有爭搶汽源的現象了，而且由于蒸汽計量雙方都可見到有據可查，也就不相互說不清了；再則無論哪個換熱站出現問題（如換熱器堵塞、流量變化等）都可通過微機及時發(fā)現及時解決；同時二次網進行了調節(jié)使整個系統流量分配更加均衡。消除了“近熱遠冷”的現象。同時1＃站的南北換熱站各節(jié)省了一臺循環(huán)泵。從2005年4月份統計報表與往年對比單位煤耗（標煤）從原來的32.6kg/m2·a下降到29.2kg/m2·a；水耗從原來的225kg/m2·a下降到175kg/m2·a；電耗從原來的7.65kw·h/m2·a下降到6.25kw·h/m2·a.收費率也達到了95%以上。

　　在今后的運行中我們還需解決好如下幾方面的問題：

　　1、進一步完善一次網的微機控制系統。這套系統由于是第一年運行，因此還存在一些問題。如鍋爐燃燒的自控如何與換熱站熱負荷變化相匹配的問題。

　　2、自控系統切換為手動控制的時機，安全運行等問題。

　　3、在一次網自控基礎上如何與二次網自控相匹配的問題。

　　4、 分戶熱計量以后整個系統的控制、調節(jié)、監(jiān)測、運行等問題。

　　總之我們認為一次網的控制及二次網的細化調節(jié)是目前大面積供熱系統熱網平衡的較為有效的手段。