大數(shù)據(jù)分析在供熱運行監(jiān)測和節(jié)能領域的應用

楊鶴鳴

遼寧阜新熱力有限公司 遼寧阜新 123000

1 供熱系統(tǒng)控制技術

在傳統(tǒng)的城市集中供熱系統(tǒng)控制技術中，存在著供熱量大于需求熱量時出現(xiàn)熱量浪費的問題，針對這一問題，通過使用聯(lián)合遠程監(jiān)控中心與現(xiàn)場 PLC 開發(fā)溫度補償控制的策略，根據(jù)得到的溫度補償反饋結果，對整個供熱網(wǎng)的供熱質(zhì)量以及供熱效率進行評估，得出整個供熱網(wǎng)的熱負荷，并基于實際供熱面積構建實時供水流量模型，確保供熱效率最高。該系統(tǒng)中的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于kingview 組態(tài)軟件來完成的，其能夠對供熱網(wǎng)中的多個二級熱力站進行實時監(jiān)控。為了提升遠程監(jiān)控的效率，能夠在系統(tǒng)主界面內(nèi)對多個換熱站的信息進行集中顯示，在子界面中，則可以對各換熱站的熱網(wǎng)回路、供水溫度、閥門開度、補水泵壓力等參數(shù)指標進行顯示。雖然各換熱站的子控制界面之間內(nèi)容相似，但其運行是相互獨立的，只能通過主界面將各子界面集成起來，便于監(jiān)控系統(tǒng)的結構化管理[1]。

2 換熱站節(jié)能運行技術升級改造

2.1 換熱站設計

換熱站在設計過程中應與現(xiàn)狀供熱條件相匹配，同時預留部分遠期余量。在設計工況下，無論換熱系統(tǒng)循環(huán)水的流量大小，要使其出口溫度達到額定值，換熱器的額定功率必須與其熱負荷相匹配。如果二者相差較大，換熱器的二次側出口溫度就會高于或者低于設計值。這2種運行工況中，高于設計值會導致供熱量過多，系統(tǒng)效率降低以及系統(tǒng)初投資增加；低于設計值會導致系統(tǒng)供熱量不足。因此，合理的換熱站設計是換熱站節(jié)能運行的前提條件。

2.2 二次網(wǎng)運行水力平衡調(diào)節(jié)

換熱站水力失調(diào)是普遍存在的問題之一，且目前無根本性的解決方案。為了解決“遠冷近熱”的情況，供熱部門只能不斷地增大二次側供水溫度和循環(huán)流量。這種方法不能從根源上解決水力失調(diào)的問題，反而會導致水力失調(diào)加重。因此，二次網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)是換熱站節(jié)能運行調(diào)節(jié)的首要的問題。解決水力失調(diào)首先需要找出供暖水力失調(diào)的支路，通過調(diào)整支路的管徑或者使用平衡閥，對水力失調(diào)的支路進行調(diào)節(jié)優(yōu)化，從而緩解水力失調(diào)的問題。

2.3 水泵的變頻控制

換熱站在運行過程中，水泵如果采用工頻運行，會造成水泵工作效率低，循環(huán)水量與供熱需求不匹配等問題。因此，對現(xiàn)有換熱站水泵應進行變頻節(jié)能改造。方案一，更換系統(tǒng)中無變頻的水泵，采用全新的變頻水泵替代原有水泵，此方法缺點是設備投資增加；方案二，采用變頻器對原循環(huán)水泵進行變頻節(jié)能改造，這種方案改造簡單，投資少。

2.4 換熱站自動控制

系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)狀集中供熱調(diào)節(jié)僅僅依靠人工調(diào)節(jié)的方式已經(jīng)不能滿足供熱系統(tǒng)的節(jié)能要求。應采用 PLC 技術對換熱站進行自動控制，其中，包括 PLC、變頻器、智能溫控儀、各種傳感器組成。在控制過程中，同時實時監(jiān)控采用熱用戶、換熱站和供熱沿線節(jié)點的運行參數(shù)，以室外溫度為依據(jù)，與事先設置的控制方式相結合。對換熱站的循環(huán)水泵轉速、電動調(diào)節(jié)閥開度以及系統(tǒng)的補水定壓進行調(diào)節(jié)運行，極大地節(jié)省了人力和物力成本[2]。

3 預警

相比于報警功能，預警功能是通過參數(shù)變化趨勢判斷管網(wǎng)和換熱站是否正常運轉，更有利于生產(chǎn)運行人員提前消除供熱隱患，已實現(xiàn)功能包括：

（1）熱源回水壓力異常。

（2）板式換熱器健康狀態(tài)。

（3）換熱站運行異常。

（4）循環(huán)水泵電流異常。

（5）換熱站補水系統(tǒng)異常。

（6）換熱站流量波動異常。運行參數(shù)預警功能首先取近一周內(nèi)運行記錄有效值為參考依據(jù)，然后與實時數(shù)據(jù)進行比對，繪制出實際值偏離平均值的幅度，并以此作為依據(jù)判斷當下運行狀態(tài)是否出現(xiàn)持續(xù)性或震蕩性變化；板式換熱器健康狀態(tài)作為衡量換熱器換熱能力的重要參數(shù)，其預警值通過實際運行對數(shù)溫差與設計值進行對比來判斷換熱器是否存在堵塞等影響換熱效果的情況[3]。

4 報警

基于數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)，根據(jù)歷年運行參數(shù)，對熱源和換熱站運行參數(shù)設置閾值上、下限，超過閾值范圍后進行報警，具體包括：

（1）熱網(wǎng)超壓運行。

（2）熱網(wǎng)補水量超限。

（3）換熱站二次側超壓。

（4）換熱站停泵。

（5）換熱站除污器堵塞。

（6）換熱站水箱液位過低。

（7）換熱站調(diào)節(jié)閥故障。

（8）換熱站表計故障。

5 結語

基于數(shù)據(jù)分析，進行主、輔熱源的出力配比分析，有助于多熱源聯(lián)網(wǎng)熱網(wǎng)的熱源調(diào)配；利用歷年采暖季度日數(shù)熱耗均值，實現(xiàn)了熱源未來日熱耗預測和采暖季總能耗預測。在管網(wǎng)運行層面，利用數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)對換熱站運行資用壓頭進行分類，結合實時采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對管網(wǎng)動態(tài)水力工況監(jiān)測；在換熱站運行層面，以歷年運行能耗和同類型換熱站平均水平為基準，標識出能耗異常換熱站，有助于進一步節(jié)能降耗。針對不同換熱站運行參數(shù)不同的問題，平臺可對不同換熱站設置不同的報警閾值；此外，利用歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)進行對比，可輔助判斷換熱站運行是否存在異常，從預警角度更早幫助運行人員發(fā)現(xiàn)潛在的隱患。