熱網(wǎng)換熱站監(jiān)控方案的選擇

曹 宇 田思慶,2*

(1.佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

通常熱源、熱力管網(wǎng)和換熱站這三部分組成熱網(wǎng)系統(tǒng)。熱源一般包括區(qū)域供熱鍋爐房和熱電聯(lián)產(chǎn)機組，主要提供熱介質(zhì)蒸汽或熱水。一個區(qū)域供熱鍋爐房至少要包括2臺鍋爐，鍋爐的容量一般為40 t/h或以上，循環(huán)流化床鍋爐為鍋爐常用爐型，蒸汽或熱水為主要輸出介質(zhì)。

由于區(qū)域鍋爐房的燃煤鍋爐小且效率低，很難滿足國家節(jié)能減排號召。且隨著城市供熱面積的逐步擴(kuò)大，熱網(wǎng)用戶對熱源供熱能力的要求也在提高，區(qū)域鍋爐房已經(jīng)很難滿足熱網(wǎng)用戶對于熱力的需求。在這種情況下，熱電連產(chǎn)機組供熱則成為集中供熱的主力軍，通過利用汽輪機的抽氣或排氣，通過板式換熱器加熱一次側(cè)介質(zhì)，再由熱力管網(wǎng)將熱量輸送到換熱站。且隨著熱電聯(lián)產(chǎn)機組容量的進(jìn)一步擴(kuò)充，其供熱能力和效率也會越來越高，非常符合現(xiàn)今的發(fā)展需求。

熱力管網(wǎng)主要用于將鍋爐產(chǎn)生的熱源輸送到各熱力站，它可以是蒸汽管網(wǎng)或熱水管網(wǎng)。熱力管網(wǎng)主要分為一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)。換熱站內(nèi)部設(shè)有板式換熱器，一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)的熱水在板式換熱器內(nèi)部進(jìn)行熱量交換，這是水水換熱，另有氣水換熱。一般情況下，一次管網(wǎng)是輸送循環(huán)鍋爐或者熱電廠高溫?zé)崴蛘羝墓芫W(wǎng)，二次管網(wǎng)是最終進(jìn)入熱網(wǎng)用戶的管網(wǎng)。一次管網(wǎng)的熱水經(jīng)過換熱站的板式換熱器把熱量傳送給二次管網(wǎng)，再由二次管網(wǎng)送給熱用戶。

換熱站則用于向熱網(wǎng)用戶提供熱量。其根據(jù)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的特別指令，針對不同熱網(wǎng)用戶的需求進(jìn)行供熱，是熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最重要的執(zhí)行機構(gòu)，它的好壞直接影響著整個供熱系統(tǒng)。

1 熱網(wǎng)系統(tǒng)的工作過程

本課題所設(shè)計的熱網(wǎng)系統(tǒng)，首要是為了滿足熱網(wǎng)用戶對于室內(nèi)溫度的需求，實現(xiàn)城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控任務(wù)，節(jié)省勞動力。熱網(wǎng)系統(tǒng)的總體流程圖如圖1所示。

熱網(wǎng)系統(tǒng)按照功能由三個部分組成，如圖1的3個虛線框所示，第一部分是熱網(wǎng)的供熱源，它主要為熱網(wǎng)用戶提供充足的熱水；第二部分是溫控區(qū)，主要是對熱水進(jìn)行再次處理，然后分配到各個換熱站；第三部分是換熱站，主要是給熱網(wǎng)用戶提供充足的熱水，使熱網(wǎng)用戶的室內(nèi)溫度達(dá)到一個相對平衡的狀態(tài)。供熱源傳遞的熱水經(jīng)過一次管網(wǎng)輸送至各個換熱站，在換熱站中經(jīng)板式換熱器將熱水進(jìn)行循環(huán)加熱，而循環(huán)泵則通過二次管網(wǎng)將熱水送至各個小區(qū)熱網(wǎng)用戶。本論文主要針對于熱網(wǎng)換熱站部分。

2 熱網(wǎng)換熱站部分

讓一次管網(wǎng)的高溫高壓熱水經(jīng)過板式換熱器，將熱能傳遞到二次循環(huán)水管網(wǎng)，最后把二次管網(wǎng)熱傳輸?shù)綗峋W(wǎng)用戶，這就是熱網(wǎng)換熱站的主要工作。熱網(wǎng)控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，換熱站工作流程:開始→比例閥開度變化→控制器→根據(jù)控制規(guī)則，調(diào)整頻率→變頻器→補水泵→結(jié)束。

3 城市熱網(wǎng)換熱站的監(jiān)控方案

熱網(wǎng)換熱站智能監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下三點功能:

1)可以按照系統(tǒng)經(jīng)常采用的方式，對各監(jiān)測站點逐一進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、處理。完成供熱管網(wǎng)高效、穩(wěn)定的運行，使供熱均勻，保證供熱效果。

2)操作室大屏可直接顯示供熱站一、二次供回水溫度，室外溫度，一、二次供回水壓力，一、二次網(wǎng)的熱水流量，變頻泵的狀態(tài)等。

3)數(shù)據(jù)通信方式。采用GPRS-DTU實現(xiàn)換熱站與數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)程連接。

3.1 二次管網(wǎng)供水溫度控制系統(tǒng)

二次管網(wǎng)供水溫度的高低決定了熱網(wǎng)用戶室內(nèi)溫度的高低，其設(shè)定值可根據(jù)室外溫度進(jìn)行調(diào)整，城市供暖部分曲線如表1所示。

表1 采暖季部分溫度調(diào)節(jié)曲線表

換熱站的基本控制方法就是保證二次管網(wǎng)供水溫度保持在一個相對恒定的設(shè)定值，控制元件是溫控區(qū)一次管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥，其閥門控制一次管網(wǎng)的供水流量。將預(yù)設(shè)定溫度作為給定值，測量計算的溫度值作為反饋值，閥門的開度作為輸出值，一定保證好二次供水的溫度恒定。通過控制調(diào)節(jié)閥的開度來控制二次管網(wǎng)供水的流量，進(jìn)而控制二次管網(wǎng)的溫度。二次管網(wǎng)供水溫度調(diào)節(jié)的控制流程圖如圖3所示。

3.2 二次管網(wǎng)供水壓力控制系統(tǒng)

為了保證熱網(wǎng)供熱時的穩(wěn)定，一、二次管網(wǎng)運行時，水壓一定不能出現(xiàn)大幅度的波動，必須保持穩(wěn)定。循環(huán)泵是二次管網(wǎng)供水壓力的控制元器件，其主要是通過循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對二次管網(wǎng)供水壓力的控制。將設(shè)定好的給定值二次管網(wǎng)供水壓力，反饋值測量壓力值，輸出值循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，來保證二次管網(wǎng)供水壓力的恒定。當(dāng)二次管網(wǎng)供水壓力反饋值小于給定值時，提高循環(huán)泵的工作效率，否則就降低其工作頻率。通過調(diào)節(jié)，循環(huán)泵的頻率維持恒定，二次管網(wǎng)的供水壓力等于設(shè)定值。二次管網(wǎng)供水壓力控制系流程圖如圖4所示。

3.3 二次管網(wǎng)回水壓力控制系統(tǒng)

為了保證熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性，一次、二次管網(wǎng)運行的時候水壓一定不能出現(xiàn)大幅度的波動，水壓一定要保證穩(wěn)定。補水泵是二次管網(wǎng)回水壓力的控制元件，主要是通過控制補水泵的頻率來實現(xiàn)二次管網(wǎng)回水壓力的調(diào)節(jié)。當(dāng)變頻器輸出頻率增大時，水泵的轉(zhuǎn)速就會加快，補水量也會增大，壓力就會升高；當(dāng)變頻器的輸出功率減小，水泵的轉(zhuǎn)速就會減慢，補水量也會減小，壓力就會降低。通過控制變頻器，進(jìn)而控制循環(huán)泵，當(dāng)壓力偏高，就打開壓力調(diào)節(jié)閥，卸掉一部分水；當(dāng)壓力偏低時，打開壓力調(diào)節(jié)閥，通過補水泵補充一部分水。二次管網(wǎng)回水壓力的控制流程圖如圖5所示。

4 結(jié)語

本論文通過簡要介紹熱網(wǎng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并對換熱站部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。最后，分別從二次管網(wǎng)供水溫度、二次管網(wǎng)供水壓力、二次管網(wǎng)回水壓力這三個方面來確立熱網(wǎng)換熱站的監(jiān)控方案，據(jù)實際操作結(jié)果表明，該監(jiān)控方案簡單易操作，非常實用。

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