集中供熱機組全自動控制方法研究

摘要：現(xiàn)階段，我國的工業(yè)化建設(shè)迅速，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的引進(jìn)有助于從系統(tǒng)工程層面提升集中供熱系統(tǒng)的生產(chǎn)、運行、管理和服務(wù)水平。為集中供熱領(lǐng)域提出一套“互聯(lián)網(wǎng)+”智能供熱系統(tǒng)，將集中供熱物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)深度融合，形成“數(shù)字孿生”新型應(yīng)用模式。以“熱源—熱網(wǎng)—熱力站—用戶熱力輸送”為主線，采用B/S架構(gòu)，形成由數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層與終端訪問層組成的智能供熱系統(tǒng)。在某源網(wǎng)一體基層熱電企業(yè)實現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”智能供熱平臺示范建設(shè)應(yīng)用，建設(shè)了全網(wǎng)水力平衡分析、源網(wǎng)一體化協(xié)同調(diào)度、能耗統(tǒng)計與分析、經(jīng)營收費管理、客戶服務(wù)管理等子系統(tǒng)模塊，在供熱指標(biāo)能耗降低、經(jīng)營成本節(jié)約、工作效率提高和服務(wù)質(zhì)量提升方面取得了顯著成效。

關(guān)鍵詞：集中供熱機組;全自動控制;方法研究

引言

隨著城市化建設(shè)的不斷完善，越來越多的原有小區(qū)供熱方式被集中供熱方式替代。相比于小區(qū)供熱方式，大型城市集中供熱方式不僅能夠最大程度提升能源利用效率，還能夠有效減少大氣污染，進(jìn)而可以為生產(chǎn)運營節(jié)省開支，優(yōu)化管理，且更易于實現(xiàn)科學(xué)管理，更重要的是能夠提升供熱質(zhì)量。

1重要性

當(dāng)前，我國集中供熱事業(yè)飛速發(fā)展。2018年的全國集中供熱面積相比1990年增長了35倍。近十年來，熱電聯(lián)產(chǎn)機組應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴大，目前占比達(dá)到37%，其中系統(tǒng)熱源類型正由單一結(jié)構(gòu)向多源互補轉(zhuǎn)變，熱網(wǎng)運行工況趨于復(fù)雜多變，熱用戶服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)日益提高。目前，在國內(nèi)基層熱力企業(yè)的實際生產(chǎn)運營中，存在智能化水平整體偏低、管理方式較為粗放等問題：一是一部分集中供熱系統(tǒng)尚未實現(xiàn)對重要參數(shù)的遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)控，缺乏對在線診斷與實時分析的數(shù)據(jù)支撐，水力失調(diào)和冷熱不均的情況時有發(fā)生;二是由于缺乏對數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)共享的保障，智能熱網(wǎng)實施前后的指標(biāo)經(jīng)濟性、運營時效性難以評估;三是收費客服系統(tǒng)功能不完善，熱用戶服務(wù)不能滿足互聯(lián)網(wǎng)信息化時代要求;四是在已建立的供熱運行管理平臺中，熱源、熱網(wǎng)、熱力站與用戶之間存在信息壁壘，運行調(diào)節(jié)策略大多基于局部系統(tǒng)考慮，未能實現(xiàn)源網(wǎng)協(xié)同控制。

2城市供熱系統(tǒng)節(jié)能的問題

2.1集中供熱系統(tǒng)中的鍋爐運行熱效率偏低

現(xiàn)階段，城市供熱系統(tǒng)在使用過程中存在的主要問題在于供熱系統(tǒng)中的鍋爐運行熱效率偏低，據(jù)調(diào)查顯示，我國民用建筑鍋爐的熱運行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐熱運行效率偏低往往會導(dǎo)致資源的浪費，不能保證集中供暖系統(tǒng)運行的效率和質(zhì)量。據(jù)分析可知，影響集中供暖系統(tǒng)中鍋爐運行熱效率的主要因素為燃料自身的質(zhì)量較差，我國集中供暖系統(tǒng)中使用的原料普遍為質(zhì)量較差的原煤，這些燃料本身存在較大的雜質(zhì)，在燃燒的過程中存在燃燒性能較差的問題，不能很好的滿足集中供暖鍋爐燃燒的需要。

2.2供熱管網(wǎng)輸送效率低

供熱管網(wǎng)輸送效率低也影響著城市供熱自動化節(jié)能減排的效率。供熱管網(wǎng)熱輸送效率的計算方法為：計劃由管網(wǎng)輸送的熱量總和減去在輸送過程中損失掉的熱量總和，在此基礎(chǔ)上除以真正獲得的熱量總和，得到的數(shù)據(jù)即為供熱管網(wǎng)的輸送效率。現(xiàn)階段，我國對于供熱管網(wǎng)輸送效率有著明確的要求，但在供熱管網(wǎng)實際輸送過程中表現(xiàn)出的問題在于輸送效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)效率低的主要原因在于供熱管網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)存在的問題，例如熱保溫?fù)p失、水力失調(diào)或者存在熱泄漏的問題。

3優(yōu)化措施分析

3.1負(fù)荷控制方案

熱水鍋爐的負(fù)荷計算存在3個變量：出水流量、出水溫度和回水溫度。其中，回水溫度屬于外部邊界參數(shù)，無法通過機組進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此負(fù)荷控制方案設(shè)計只需要考慮出水流量和出水溫度這兩個變量。但由此計算出的機組負(fù)荷需求并不能夠直接表征鍋爐出力，所以無法作為鍋爐主控的設(shè)定值。本文引入焓值這一中間變量，先計算鍋爐出水焓值與鍋爐給水焓值的差值，并將其與負(fù)荷控制構(gòu)成串級調(diào)節(jié)回路。主調(diào)回路（負(fù)荷控制回路）維持負(fù)荷穩(wěn)定并響應(yīng)熱網(wǎng)側(cè)變負(fù)荷需求;副調(diào)回路（焓值控制回路）快速響應(yīng)主調(diào)回路的鍋爐負(fù)荷需求，并通過前饋與負(fù)反饋的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行鍋爐負(fù)荷的輸出。輸出結(jié)果為0～100，通過不同的函數(shù)折算傳遞給下面的風(fēng)量、煤量、床溫、氧量等子調(diào)節(jié)回路進(jìn)行調(diào)節(jié).

2.2供熱管網(wǎng)分層管控技術(shù)的應(yīng)用

供熱管網(wǎng)分層管控技術(shù)能夠在使用的過程中實現(xiàn)對于熱量管理體系的分層，現(xiàn)階段往往將熱量管理體系分為三層。其中第一層管理也就是熱力站管理，在進(jìn)行調(diào)控的過程中由管理人員進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的收集和監(jiān)控，同時，及時發(fā)現(xiàn)其中的異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸。此外，通過運用調(diào)控中心的計算機系統(tǒng)還能實現(xiàn)針對數(shù)據(jù)的收集和處理，從而根據(jù)實際需求來進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)命令的發(fā)布，以此來保證按照熱量需求進(jìn)行分配，這樣就大大提高了供熱的效率和資源運用的有效性。第二層管理的核心主要為監(jiān)控分站，使用監(jiān)控分站來實現(xiàn)對下屬區(qū)域中各個熱力站的實際運行狀況的監(jiān)督和管理。最后一層是中控室，主要運用流程在于：首先由下位機來實現(xiàn)控制指令的接收，控制指令主要通過監(jiān)控分站的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)下位機，這種運行方式能有效提高下位機的運行安全性，在使用的過程中滿足熱量調(diào)控的目標(biāo)。在下位機中主要運用到的調(diào)控方式為PLC控制器，這一控制器的主要功能在于進(jìn)行信號測量、完成控制操作和進(jìn)行預(yù)警。其中，信號測量主要表現(xiàn)在運用下位機能實現(xiàn)對指令的讀取，主要包括的數(shù)據(jù)為一二次供熱管網(wǎng)中的供熱參數(shù)。此外是完成控制操作，在這一操作過程中往往運用到單回路控制的方式，在這一過程中運用下位機來提高熱量調(diào)控的科學(xué)性。最后是進(jìn)行預(yù)警，這一功能主要為了保證供熱系統(tǒng)運行的安全性，控制器在使用的過程中對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如果在監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)，例如管網(wǎng)壓力、泵的啟停、水箱液位變化等，則會通過發(fā)出報警信號的方式來進(jìn)行提示，從而由相應(yīng)的技術(shù)人員進(jìn)行故障檢修，以此來保證供熱系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性和安全性。

結(jié)語

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)與集中供熱系統(tǒng)的融合愈發(fā)深入，應(yīng)用更為廣泛。在“互聯(lián)網(wǎng)+”智能供熱系統(tǒng)的加持下，在滿足基層企業(yè)供熱數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、運行遠(yuǎn)控的基礎(chǔ)上，未來可進(jìn)一步“做實底層，激活云端”，進(jìn)一步促進(jìn)基層供熱企業(yè)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效，實現(xiàn)熱力“產(chǎn)—輸—配—售”全過程精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化管理，穩(wěn)步提高客戶服務(wù)水平，用“互聯(lián)網(wǎng)+”智能化先進(jìn)應(yīng)用滿足客戶需求，提升企業(yè)供熱運行效率和品牌價值。

參考文獻(xiàn)

[1]華電電力科學(xué)研究院有限公司.熱電聯(lián)產(chǎn)供熱節(jié)能改造典型案例[M].北京：中國電力出版社，2020.

作者簡介：喬紅軍，出生年月：1977.9.4，性別：男

民族：漢，籍貫：山西澤州，學(xué)歷：大專，畢業(yè)院校：太原重型機械學(xué)院，研究方向：供熱工程，職稱/職務(wù)：經(jīng)理

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