集中供熱控制系統(tǒng)的應(yīng)用

魏 斌

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

0 引言

經(jīng)濟(jì)條件的優(yōu)化使得人們的生活水平得到提高，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也逐漸提高。通過集中供熱可以在寒冷的冬季為居民創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，集中供熱系統(tǒng)已經(jīng)成為了城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要設(shè)施，而建設(shè)現(xiàn)代化的城市集中供熱控制系統(tǒng)也是我國的一個(gè)長遠(yuǎn)目標(biāo)。如今，集中供熱控制系統(tǒng)正朝著節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。

1 集中供熱控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

集中供熱系統(tǒng)已經(jīng)具有上百年的使用歷史，在這百年的歲月中其不斷發(fā)展、改進(jìn)，在人們的生活中發(fā)揮了越來越重要的作用。目前采用的集中供熱方式是熱電聯(lián)產(chǎn)，即將發(fā)電廠運(yùn)營產(chǎn)生的余熱作為熱源，利用熱網(wǎng)將熱廠與用戶聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)二者的熱量交換。這種集中供熱方式具有許多優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約能源，減少碳排放，節(jié)省空間，改善城市環(huán)境。集中供熱系統(tǒng)良好的實(shí)用性使其被廣泛應(yīng)用在一些冬季十分寒冷的地區(qū)，尤其是我國的北方地區(qū)。

集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展歷史并不短，但中國的集中供熱系統(tǒng)與國外相比起步較晚，這使得中國的供熱技術(shù)與他國相比較為落后。改革開放的春風(fēng)將國外的先進(jìn)技術(shù)帶入了中國，我國的供熱技術(shù)及管理把握機(jī)遇，得到了快速的發(fā)展。多年的開發(fā)研究成就了現(xiàn)在中國的城市集中供熱控制系統(tǒng)。隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城市集中供熱控制系統(tǒng)也不斷發(fā)展、改進(jìn)，日趨完善，供熱系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。一些大型城市資源豐富、人口數(shù)量龐大，對(duì)供熱需求大，在需求的促進(jìn)下以及資源條件的支持下，部分大型城市已經(jīng)開始采用多元化的供熱管理方式，切實(shí)提升供熱質(zhì)量，以便更好的滿足相關(guān)需求。

盡管中國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展進(jìn)步促使集中供熱技術(shù)也不斷進(jìn)步，但其目前的整體技術(shù)水平與發(fā)達(dá)程度相比仍存在一定的距離。我國的集中供熱控制系統(tǒng)目前存在的問題主要有管理力度不夠，沒有建立、采用合理的運(yùn)營模式，熱量分配不均衡，而且能量利用率低等，這些存在的問題使得供熱質(zhì)量受到影響，增加了供熱成本，同時(shí)還導(dǎo)致能源被浪費(fèi)。為了促進(jìn)集中供熱控制系統(tǒng)的進(jìn)步、完善，必須探尋出科學(xué)有效的控制措施，解決這些問題。

2 集中供熱控制系統(tǒng)的組成、控制方案

集中供熱控制系統(tǒng)由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶三部分組成，目前得到最廣泛應(yīng)用的熱源是熱電廠余熱，利用燃料燃燒熱加熱水，通過熱網(wǎng)將水中的熱能輸送給熱用戶。熱力站是集中供熱控制系統(tǒng)的中樞，熱源產(chǎn)生的熱能以水為載體在一次供熱管網(wǎng)的作用下被輸送到熱力站，熱力站將熱量轉(zhuǎn)換至二次管網(wǎng)，其可以對(duì)二次管網(wǎng)的熱水流量進(jìn)行有效的控制，并且以熱量存儲(chǔ)在水中的形式進(jìn)行熱源與用戶之間的傳遞。此外，熱力站還能通過循環(huán)泵循環(huán)調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)和適用對(duì)象也存在差別。集中調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)范圍大，便于實(shí)施和管理，熱負(fù)荷變化相同的用戶推薦使用軟化水。熱力站內(nèi)部構(gòu)造包括一次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、二次網(wǎng)供回水系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)。

集中供熱控制系統(tǒng)中熱水供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式分為三種，即集中調(diào)節(jié)、局部調(diào)節(jié)、個(gè)別調(diào)節(jié)，這三種調(diào)節(jié)方式的調(diào)節(jié)地點(diǎn)不同，使用此種調(diào)節(jié)方式。集中供熱系統(tǒng)中的熱力站可實(shí)現(xiàn)熱水供熱系統(tǒng)的局部調(diào)節(jié)，局部調(diào)節(jié)適用于對(duì)熱能要求與其他不同的區(qū)域用戶。個(gè)別調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性的開展調(diào)節(jié)工作，其可以有效提高調(diào)節(jié)的效率，以更好的滿足用戶需求。

通過安裝在各個(gè)熱力站一次網(wǎng)回水上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來控制調(diào)節(jié)各熱力站的流量平衡可以有效解決熱力站之間的熱量爭(zhēng)食現(xiàn)象，避免出現(xiàn)熱源近端過熱、熱源末端過冷的問題。安裝在各個(gè)熱力站一次網(wǎng)及二次網(wǎng)上的溫度變送器可提供運(yùn)行期(包括最冷時(shí)、最暖時(shí))的一次網(wǎng)及二次網(wǎng)供水、回水溫度參數(shù)，由此可繪制在熱網(wǎng)輸送能力最大時(shí)一次熱網(wǎng)、二次熱網(wǎng)溫度與室外溫度的曲線關(guān)系圖。從而實(shí)現(xiàn)已知二次熱網(wǎng)供水溫度的條件下算出一次供水溫度設(shè)定值。通過室外的溫度靈活調(diào)整一次網(wǎng)的供水溫度，從而既保證了要求的供熱溫度又可達(dá)到節(jié)能的效果。若一次熱網(wǎng)供熱能力不足，或到達(dá)嚴(yán)寒期，則調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法滿足設(shè)定值要求，即使將二次熱網(wǎng)閥門全開調(diào)節(jié)系統(tǒng)也不可能將相關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)到設(shè)定值，在這種情況下，熱力站會(huì)針對(duì)性的增設(shè)一次網(wǎng)回水加壓泵，通過加快循環(huán)提高流量，以保證熱源近端和熱源末端都具有熱量供應(yīng)。

3 熱網(wǎng)控制系統(tǒng)、供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 熱網(wǎng)控制系統(tǒng)

智能控制是讓機(jī)器模擬人的思維控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是無需被控過程模型也可實(shí)現(xiàn)有效控制，能對(duì)不確定對(duì)象進(jìn)行科學(xué)的控制，顯著增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的抗干擾能力。智能控制適應(yīng)性較強(qiáng)，較易建立簡(jiǎn)單的語言變量控制規(guī)則。集中供熱智能控制系統(tǒng)在供熱體系中發(fā)揮了重要的檢測(cè)、調(diào)度、調(diào)節(jié)作用。熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的主要組成包括一個(gè)熱網(wǎng)控制中心、N個(gè)PLC遠(yuǎn)程終端站，以及相關(guān)通訊網(wǎng)絡(luò)。熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)熱網(wǎng)控制中心和遠(yuǎn)程終端站的設(shè)計(jì)。

首先，熱網(wǎng)控制中心的設(shè)計(jì)。熱網(wǎng)控制中心設(shè)有熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的主控制服務(wù)器Sever，熱網(wǎng)控制中心的主要作用是統(tǒng)一調(diào)度整個(gè)熱網(wǎng)。熱網(wǎng)控制中心的調(diào)度內(nèi)容如下：管理整個(gè)熱網(wǎng)的熱力平衡，管理水利平衡，根據(jù)熱力平衡及氣象預(yù)報(bào)調(diào)控?zé)嵩垂崃?，?shí)現(xiàn)全網(wǎng)平衡。熱網(wǎng)控制中心的基本硬件配置應(yīng)具有兩臺(tái)高性能數(shù)據(jù)處理通訊服務(wù)器，一臺(tái)高性能視頻服務(wù)器，兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)UPS電源(10 kVA，1 h)，一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。其中，高性能數(shù)據(jù)處理通訊服務(wù)器和高性能視頻服務(wù)器的作用分別是與熱力站PLC和攝像機(jī)通訊。

其次，通過與電信運(yùn)行商合作接通網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)熱力站和調(diào)度中心的通信，并且能為熱網(wǎng)控制中心采集、分析各個(gè)遠(yuǎn)程子站的過程數(shù)據(jù)，以預(yù)先設(shè)置的數(shù)學(xué)模型為依據(jù)計(jì)算出控制解決方案，為各個(gè)熱力站的操作提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)平衡。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)分析、查詢熱網(wǎng)工作參數(shù)(包括實(shí)時(shí)參數(shù)和歷史參數(shù))，此系統(tǒng)的主要構(gòu)成是總平面圖(顯示熱網(wǎng)整體運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù))、數(shù)據(jù)總覽圖、各站工藝流程圖(顯示各遠(yuǎn)程終端的實(shí)時(shí)參數(shù))等界面。

最后，熱網(wǎng)控制中心的預(yù)測(cè)、規(guī)劃控制子系統(tǒng)的作用主要是根據(jù)氣象部門提供的天氣預(yù)報(bào)情況制定熱源供熱量配給計(jì)劃，而診斷、報(bào)警子系統(tǒng)的作用主要是保證熱網(wǎng)運(yùn)行可靠性。如果熱網(wǎng)的主要運(yùn)行參數(shù)超過設(shè)定值，或監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，診斷與報(bào)警子系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。診斷與報(bào)警子系統(tǒng)可查詢歷史報(bào)警情況。熱網(wǎng)控制中心的核心軟件是分析與控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是熱網(wǎng)控制中心實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡管理的基礎(chǔ)。分析與控制系統(tǒng)的主要作用是分析、控制、管理熱網(wǎng)中各個(gè)熱力站的平衡情況。

3.2 供熱監(jiān)控系統(tǒng)

供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則主要是操作簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行流暢，報(bào)警信號(hào)明顯、辨識(shí)度高。供熱監(jiān)控系統(tǒng)操作和界面應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單明了的形式，同時(shí)還需符合大部分人使用電腦的習(xí)慣，以便于操作人員的使用，減少操作人員學(xué)習(xí)壓力和學(xué)習(xí)實(shí)踐，降低學(xué)習(xí)成本。為了加快操作速度，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有運(yùn)行流暢的性質(zhì)。此外，為了便于操作人員的操作和辨認(rèn)，在監(jiān)控系統(tǒng)中報(bào)警信號(hào)應(yīng)設(shè)置在明顯的位置，且具有較高的辨識(shí)度。

4 結(jié)語

城市化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)使得我國的城市供熱模式趨向于集中供熱模式，集中供熱控制系統(tǒng)在我國的應(yīng)用越來越普遍。因此，為了保證供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，優(yōu)化供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必須掌握各熱力站的實(shí)時(shí)信息和工作情況，對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)整。