供熱系統(tǒng)采用微機控制與調(diào)節(jié)設(shè)備相結(jié)合的探討

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　　供熱系統(tǒng)采用微機控制與調(diào)節(jié)設(shè)備相結(jié)合的探討

　　摘　要　 熱網(wǎng)系統(tǒng)不平衡造成“近熱遠(yuǎn)冷”；采用SNI城市熱網(wǎng)控制系統(tǒng)后一次網(wǎng)的自動控制；采用自力式流量控制閥以后二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)，從而保證整個系統(tǒng)的正常運行。

　　廊坊市開發(fā)區(qū)熱力公司現(xiàn)擔(dān)負(fù)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(wù)。熱用戶有常年生產(chǎn)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(fù)雜。有東方大學(xué)城、中日合資的立邦漆涂料公司、河北省經(jīng)貿(mào)洽談會的主會場—經(jīng)貿(mào)大廈及展廳，還有中國人民解放軍導(dǎo)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(xué)城站）各擔(dān)負(fù)近50萬平方米的供暖任務(wù)；2＃站為工業(yè)生產(chǎn)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(fù)雜，遠(yuǎn)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(wǎng)系統(tǒng)不容易控制更不好平衡。

　　1、 供熱管網(wǎng)控制與調(diào)節(jié)的重要性開發(fā)區(qū)熱網(wǎng)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(jīng)濟分析。加之供熱負(fù)荷也較小，因此用戶不熱的現(xiàn)象也體現(xiàn)不出來。到2003年時供暖面積已達(dá)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(wǎng)熱源控制問題，特別是到冬季，生產(chǎn)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(zhǔn)確計量等等，沒有一個合適的手段，造成生產(chǎn)、生活雙方“爭汽”的現(xiàn)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(wǎng)，由于沒有細(xì)致的調(diào)節(jié)控制手段，造成流量分配不均，供熱管網(wǎng)存在嚴(yán)重的水平失調(diào)現(xiàn)象。近端用戶室溫過熱，而遠(yuǎn)端用戶又偏冷。如國際展覽中心距換熱站較遠(yuǎn)，又是管網(wǎng)末端而且建筑結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜。由于前端控制的不細(xì)造成該用戶室溫始終達(dá)不到要求。天冷時還得開空調(diào)進行補充。因此如何實時觀測，掌握、控制整個系統(tǒng)從熱源到換熱站及熱用戶各點的運行工況；如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障并能及時報警；如何發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)各個部位供熱參數(shù)是否運行正常，以便指導(dǎo)調(diào)度中心正確指揮運行等等，是我們必須解決的當(dāng)務(wù)之急。

　　2、 熱網(wǎng)控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建立與構(gòu)成

　　2.1 系統(tǒng)的建立目前供熱系統(tǒng)控制與調(diào)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(diào)查與論證。遵照有關(guān)專家的論點“考慮到投資與管理，最好的系統(tǒng)應(yīng)是一次網(wǎng)微機控制和二次網(wǎng)合理使用上述調(diào)節(jié)設(shè)備的結(jié)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(wǎng)則采用自力式流量控制閥及手動平衡閥進行調(diào)節(jié)的方案?；谝陨纤悸?004年初我們與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作安裝了“SNI城市供熱管網(wǎng)系統(tǒng)”，當(dāng)年底投入運行。

　　2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)為兩級分布式結(jié)構(gòu)，即由管理調(diào)度監(jiān)控中心和熱力站現(xiàn)場控制組成。調(diào)度監(jiān)控中心對熱源、熱力站、分配站、熱用戶統(tǒng)一監(jiān)測與調(diào)度。整個監(jiān)控系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（簡稱DCS）和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱SCADA）組成。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的傳輸。由于GPRS是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(shù)，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(shù)據(jù)可通過GPRS系統(tǒng)與公司各有關(guān)部門如公司領(lǐng)導(dǎo)、調(diào)度中心、技術(shù)部門、運行管理部門的微機進行聯(lián)網(wǎng)，可進行實時監(jiān)控。

　　2.3 系統(tǒng)的功能

　　2.3.1 及時檢測參數(shù)，了解系統(tǒng)運行工況通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)了解并掌握一次網(wǎng)系統(tǒng)（蒸汽系統(tǒng)）的熱負(fù)荷情況，各用戶或換熱站負(fù)荷的變化情況，整個系統(tǒng)溫度、壓力、流量等參數(shù)的收集，為調(diào)節(jié)控制提供基礎(chǔ)資料。

　　2.3.2 均勻調(diào)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(xiàn)場控制加集中監(jiān)控“合二為一”的方案。當(dāng)供熱量變化時由調(diào)度室的中央集中控制系統(tǒng)向各熱力站統(tǒng)一發(fā)布調(diào)度指令。根據(jù)已制定的一次網(wǎng)質(zhì)調(diào)節(jié)溫控表及二次網(wǎng)設(shè)定的回水溫控曲線實現(xiàn)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(dá)到平均分配是很困難的。利用計算機自動控制系統(tǒng)則可通過軟件開發(fā)配置供熱系統(tǒng)特性識別和工況優(yōu)化分析程序。利用前幾天供熱系統(tǒng)實測的供、回水溫度、壓力變化、流量和室外溫度，就可預(yù)測當(dāng)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(tǒng)，通過對供熱系統(tǒng)運行參數(shù)的分析，對熱網(wǎng)、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(diào)度控制系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度中心可根據(jù)生產(chǎn)情況，熱網(wǎng)運行工況及時發(fā)布調(diào)度指令，指揮整個供熱系統(tǒng)的正常運行。

　　2.3.6 健全運行檔案，實現(xiàn)量化管理建立了信息數(shù)據(jù)庫，對各種技術(shù)資料、運行數(shù)據(jù)進行分析，并根據(jù)需要打印所需參數(shù)，貯存歷史數(shù)據(jù)，為技術(shù)經(jīng)濟分析提供原始資料。

　　3、 一次網(wǎng)自動控制的運行3.1生產(chǎn)用汽的控制、調(diào)節(jié)與計量我公司的一次網(wǎng)全部為蒸汽管網(wǎng)，蒸汽有生產(chǎn)用汽也有生活用汽。到冬季供暖期時如何調(diào)整各用戶的用汽量，又如何方便準(zhǔn)確地計量。以前我們都派人反復(fù)調(diào)節(jié)各用汽單位的主控閥門，而且流量計還經(jīng)常出問題，計量不準(zhǔn)造成熱用戶意見較大。微機自動化投產(chǎn)后，調(diào)度根據(jù)各生產(chǎn)單位近兩年夏季或冬季用汽量情況，編制相應(yīng)的用汽量日耗表，根據(jù)表格畫出控制曲線。調(diào)度就可根據(jù)用汽量變化情況對各配熱站下達(dá)調(diào)度指令。各配熱站都裝有電動調(diào)節(jié)閥，可通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)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(lián)網(wǎng)，隨時可進行監(jiān)控、記錄。當(dāng)用戶不用汽時調(diào)度或控制室人員可直接通過微機將這些用戶的閥門關(guān)閉。

　　3.2 生活用汽的控制、調(diào)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(lián)誼中心等。而普通住宅又只是每天晚上才供。據(jù)此調(diào)度編制了生活熱水用汽一覽表也編制了曲線。這些數(shù)據(jù)變化較小，因此將數(shù)據(jù)輸入微機后可自動進行調(diào)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(yīng)，我們將四個鍋爐房的蒸汽管網(wǎng)都環(huán)在了一起以便進行互補。由于采暖用戶的標(biāo)準(zhǔn)不同，所以用汽量也不盡相同。如何進行控制首先根據(jù)設(shè)計要求及運行實際。我們編制了供熱概算熱指標(biāo)。一般情況下（京津地區(qū)設(shè)計室外溫度為-9℃）。取單位熱指標(biāo)為55W/m2，亦即單位供暖建筑面積室內(nèi)外溫差為1℃時熱耗量qV＝1.89W/m2.根據(jù)qV便可求出不同室外溫度時的單位建筑面積概算熱指標(biāo)。（見表1）

　　根據(jù)熱負(fù)荷公式：Q＝3.6AqV便可計算出各種溫度下的熱負(fù)荷。

　　又根據(jù)蒸汽供暖熱負(fù)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(fù)荷kW/h、W/m2 A—采暖建筑面積m2 qV—熱指標(biāo)W/m2 q—蒸汽流量t/h r—汽化潛熱kcal/kg（當(dāng)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(yīng)的熱負(fù)荷及流量控制表格。根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)度可根據(jù)負(fù)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(wǎng)的正常運行。

　　4、二次網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)由于二次網(wǎng)范圍較大，建筑結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，有的環(huán)路上廠房、宿舍、，樓房、平房全有，因此集中調(diào)節(jié)很困難。我們采取了“分散細(xì)化調(diào)節(jié)，集中監(jiān)測控制”的辦法。

　　4.1 分散細(xì)化調(diào)節(jié)為了達(dá)到整個系統(tǒng)的平衡，我們在原來各換熱站、配熱站分區(qū)控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，進行了細(xì)化控制調(diào)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(xì)。按照用戶單體的性質(zhì)和類型，重新核準(zhǔn)后設(shè)定所需流量。如有些距熱源較近的臨街的商店，雖然總?cè)霊簦―N100）上有調(diào)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(diào)節(jié)和控制以后，二次網(wǎng)的運行則采用質(zhì)調(diào)節(jié)的手段就方便多了。為此我們通過計算編制了二次網(wǎng)運行曲線。

　　根據(jù)外網(wǎng)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(fù)荷W，Φr = （ti- to）/（ti -to′）

　　B—與散熱器及連接方式有關(guān)的系數(shù)。四柱散熱器B=0.35 ti—供暖室內(nèi)計算溫度℃to—室外溫度℃to′—供暖室外計算溫度℃t1，t2—二次網(wǎng)供、回水溫度℃t1′，t2′—二次網(wǎng)的設(shè)計供、回水溫度95/70℃在設(shè)計散熱器時，設(shè)計人員通常采用設(shè)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(shè)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(jù)以上公式計算結(jié)果如下表。

　　根據(jù)以上表格繪制了溫控曲線。

　　4.2 集中調(diào)度控制一次網(wǎng)有熱負(fù)荷控制表，二次網(wǎng)有溫控曲線，二次網(wǎng)單體又都安裝了完善的調(diào)節(jié)設(shè)備，而且二次網(wǎng)的循環(huán)泵又都是變頻控制，調(diào)度就可利用微機統(tǒng)一下達(dá)運行指令，各換熱站及配熱站都可很方便地調(diào)整自已的運行狀態(tài)。

　　5、運行效果及設(shè)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(xiàn)象了，而且由于蒸汽計量雙方都可見到有據(jù)可查，也就不相互說不清了；再則無論哪個換熱站出現(xiàn)問題（如換熱器堵塞、流量變化等）都可通過微機及時發(fā)現(xiàn)及時解決；同時二次網(wǎng)進行了調(diào)節(jié)使整個系統(tǒng)流量分配更加均衡。消除了“近熱遠(yuǎn)冷”的現(xiàn)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(tǒng)計報表與往年對比單位煤耗（標(biāo)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(dá)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(wǎng)的微機控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)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(fù)荷變化相匹配的問題。

　　2、自控系統(tǒng)切換為手動控制的時機，安全運行等問題。

　　3、在一次網(wǎng)自控基礎(chǔ)上如何與二次網(wǎng)自控相匹配的問題。

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

　　總之我們認(rèn)為一次網(wǎng)的控制及二次網(wǎng)的細(xì)化調(diào)節(jié)是目前大面積供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)平衡的較為有效的手段。