熱力站集中供熱自動化控制系統(tǒng)研究

董玉海

秦皇島市熱力有限責任公司 河北 秦皇島 066000

引言

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，我國城市化水平在迅速提高，供熱工程規(guī)模逐漸擴大，成為社會進步的一個重要標志。自動化技術的出現(xiàn)對供熱事業(yè)起到了推動作用，其在供熱工程中的應用為供熱系統(tǒng)建設提供了良好的信息技術支持。然而，由于受到許多外部條件的限制，供熱系統(tǒng)發(fā)展仍存在許多技術問題與安全問題，如部分地區(qū)供熱管網運行方式與結構較為復雜，導致供熱形勢與控制方式存在差異，給供熱工程建設增加了一定的技術難度[1]。為加強對供熱系統(tǒng)的檢測與控制，提高供熱工程建設技術水平，施工單位需要重點探索自動化技術在供熱施工中的有效應用路徑，從而更好地改善供熱系統(tǒng)運行效果。從當前發(fā)展形勢來看，我國尚處于能源需求量大、儲備不足的狀態(tài)，原料價格也是水漲船高，集中供熱相較于其他供熱方式對于能源的節(jié)約與環(huán)境的保護有著積極的作用。在當前的城市化建設過程中，集中供熱的節(jié)能減排方案也應該得到足夠的重視，要建立健全合理高效的節(jié)能減排方案，積極嘗試應用先進的技術，提高資源的利用率，讓供熱企業(yè)真正做到可持續(xù)發(fā)展。

1集中供熱自動化控制系統(tǒng)的組成

隨著社會經濟的發(fā)展和科技的進步，自動化控制設備在集中供熱系統(tǒng)的應用更加廣泛，集中供熱系統(tǒng)的自控運行管理也趨于完善。通過自控系統(tǒng)的深入實施和熱網的集中管理，使得熱網資源的利用率得到持續(xù)提高[2]。熱力站在集中供熱系統(tǒng)中起到熱能交換以及熱能傳遞的作用。熱力站主要由三部分組成：一部分為熱用戶；第二部分為熱力管網；第三部分為熱源中心，其中的熱用戶指的是對用戶供熱需求的獲取，并為用戶提供相應的供熱設備。熱力管網的作用則是進行熱量輸送，熱源中心是供熱系統(tǒng)的核心組成，決定著供熱質量和供熱效率。集中供熱系統(tǒng)的自動化控制，需要由集中供熱調度管理系統(tǒng)和熱力站自動化控制系統(tǒng)共同完成。其中的集中供熱調度管理系統(tǒng)包括交換機、過程控制站、網關機等，主要是通過對各個管網節(jié)點信息的及時獲取來了解熱用戶的供熱需求以及供熱系統(tǒng)中的各項參數(shù)，對于供熱管網運行狀態(tài)進行實時檢測，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整合與分析后，形成數(shù)據(jù)分析報告，提交至熱力站的自動化控制系統(tǒng)。由熱力站的自動化控制系統(tǒng)根據(jù)編程信息對熱力系統(tǒng)狀況進行監(jiān)測，接收來自中央控制室的指令并做出控制動作，保障供熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 集中供熱現(xiàn)狀

2.1 鍋爐運行效率低，污染物排放量大

鍋爐作為供熱系統(tǒng)的核心，若其在設計之初就存在不合理的狀況，抑或是在運行過程中難以實現(xiàn)精準控制，就會在設備運轉時加快能源的消耗并排放出大量廢棄物，直接導致了資源浪費與環(huán)境污染，此問題就是目前集中供熱企業(yè)亟待解決的。當前大多數(shù)供熱企業(yè)的原料是以煤為主，而以煤作為燃料的鍋爐大多技術較為落后，煤燃燒后產生的廢物廢氣較多[3]。而煤本身的燃燒效率不高，直接導致資源的浪費和環(huán)境的污染。隨著技術的不斷進步，目前燃煤鍋爐逐漸被淘汰，以燃氣或者電力作為燃料的鍋爐逐步替代了其位置，但是這兩者也有著一定的弊端，電鍋爐雖然更加的清潔，熱效率也相對較高，但電能作為一種二次能源，依舊存在大量污染源。在利用率的方面也需要根據(jù)具體環(huán)境來具體分析，不能一概而論。燃氣鍋爐利用天然氣作為燃料，相較于煤炭而言，天然氣燃燒的熱效率要更高，但從實踐運行來看，我國目前大多數(shù)供熱廠的鍋爐在運轉時沒有達到最佳狀態(tài)，也沒有發(fā)揮出燃料本身的使用價值。

2.2 自動化節(jié)能效果相對較差

自動化控制設施是集中供熱的重要組成部分，需要大量的資金來進行引進和維護。自動化控制設施的正常運作能夠將指令傳達到設備的每一處，通過遠程控制的方式來對設備進行管理與調節(jié)，進而來正確的分配資源，做到物盡其用。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，目前我國集中供熱的自動化控制設施存在著大量問題，主要體現(xiàn)在以下三方面:第一，自動化控制設施未能將換熱站與熱源廠兩者的數(shù)據(jù)相對接，二者信息傳輸存在阻隔；第二，當熱能傳輸過程中熱力控制系統(tǒng)工作時，不能對用戶以及建筑物做出有效的反應；第三，水力不平衡是供熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障的常見問題，而供水管路的質量也影響著水力是否失調，因此在解決這一問題時需要考慮多方的因素，從而增加了難度，而且供熱系統(tǒng)內部各調節(jié)器之間的協(xié)調性欠佳，導致系統(tǒng)無法正確識別用戶與建筑物的溫度，致使大量的熱力資源浪費。

2.3 受熱管損壞

在鍋爐具體運行的時候，水冷壁管被嚴重損壞時，將會影響到鍋爐正常的使用，還會阻礙后續(xù)工序的開展。其主要原因是安裝前未能及時清理管道中的雜物，導致運行階段的水積垢在管壁之中，從而影響到傳熱的性能，管壁長期在高溫影響下也易凸起鼓泡[4]。起泡部位的管壁會逐漸變薄，長此以往會影響到正常的使用，施工時應該重視一些細節(jié)之處，需要采取科學的方式加以防范。管子焊口或者是脹口位置存在著明顯缺陷，管子的基本材質不符合標準，運行過程中的水位未能達標，從而使得鍋爐運行時暴露出諸多的問題。若是上述問題未能及時解決，在水冷壁管循環(huán)不良的條件下，鍋爐受熱面管壁會受到嚴重的影響。面對這種問題，應該及時運用防范措施，通過強化日常的檢驗頻率，使得相應的問題得到妥善處理，維護好鍋爐本身的運行效率。

3 熱力站集中供熱自動化控制優(yōu)化

3.1 換熱站的優(yōu)化

換熱站是集中供熱系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是處理水力平衡的關鍵。它主要是對熱源輸送出來的熱進行了一次降溫換熱，并不生產熱。然后，通過水泵將熱量輸送到居民住戶。在集中供暖過程中的具體應用主要體現(xiàn)在：各換熱站信息數(shù)據(jù)的備份、維護和管理，各換熱站工作情況統(tǒng)計、分析。其工作原理為：板式換熱站把一次網得到熱量，自動連續(xù)的轉換為用戶需要的生活用水和采暖用水。即熱水（或蒸氣）從機組的一次側入口進入板式換熱器進行熱交換后，從機組一次側出口流出；二次側回水經過過濾器除去污垢后，通過二次側循環(huán)水泵進入板式換熱器進行熱交換，生產出與采暖、空調、地板采暖或生活用水等不同溫度的熱水，以滿足用戶的需求。為了更好地發(fā)揮集中供熱系統(tǒng)的作用，應該對換熱站進行優(yōu)化。從設備方面出發(fā)：第一，在額定出力以及設計好的熱負荷基礎上，選擇出換熱器，再根據(jù)供熱系統(tǒng)實際設計情況對換熱器的熱力能力開始校核；第二，選擇合適的循環(huán)泵，因為它對供熱系統(tǒng)的運行有很大的影響；第三，注意熱網水力失調的相關影響，確保其造成的損失盡量最小。

3.2 小型熱力站的優(yōu)越性

熱力站按供熱的形式可以分為2種：直供站和間供站。直供站是電廠直接供給用戶，其溫度高且不易控制，浪費熱能。屬于最開始時電廠余熱福利供熱的產物。隨著商品經濟發(fā)展、熱商品化，熱力公司供熱質量有了提升，便開始出現(xiàn)間供站，這屬于集中供熱[5]。還有鍋爐供熱，省掉電廠環(huán)節(jié)，但是效率低，污染大已近淘汰。集中供熱是發(fā)展方向，間供站為主。當熱力站大時，一級網就會短，二級網長。而相比來說，一級網的溫差會比較大，流量較小，因此需要使用的材料就少；二級網溫差小，流量大，需要的材料多?？傮w來說，小型熱力站具備的優(yōu)勢有以下幾個方面：第一，能夠更加精確地計算出熱力站的熱負荷，可以更有效地實現(xiàn)節(jié)能；第二，二次側循環(huán)水泵可以精確地做到對每棟樓的流量以及水力情況進行確定；第三，小體積的機組壓降會更小，從而能夠節(jié)省成本；第四，管網的失水量會比較少，可以把一次網回水補到二次網中，節(jié)省了資金，同時，也能夠減少對管子的腐蝕。

3.3 變頻調速技術的應用

科技的不斷進步推動了變頻技術的發(fā)展。變頻技術有著可靠性高、成本低的優(yōu)勢，其在供熱工程中對泵、風機的控制中得到了越來越廣泛的應用。基于變頻器與計算機網絡技術融合設計的供熱綜合自動化管理模式既簡單又經濟，以變頻技術為基礎，通過通信線路將變頻器全部連接到工控專用計算機，不僅使熱網得以集中管理，還提高了邏輯保護功能的應用效率，使工作人員可以遠程操作變頻器[6]。此外，還可通過在原方案上增加相應的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)控制模塊來提高供熱工程的監(jiān)管效率。變頻調速技術主要用于實現(xiàn)供熱工程系統(tǒng)的定點補水，利用的是恒壓供水原理?？赏ㄟ^在回水總管上安裝壓力變送器來解決循環(huán)水壓力低的問題。壓力變送器可改變管網的壓力，當變頻器給定值大于管網的壓力時，可提高輸出頻率，達到補水目的。當變頻器的給定值與網絡管理上的壓力值相同時，可以降低輸出頻率以停止供水。

3.4 施工作業(yè)優(yōu)化

集中供熱是一項至關重要的任務，對于居民的生活能產生較大影響，因此需要高度重視鍋爐安裝時的特點，明確涉及的龐大工作量和煩瑣流程。為避免鍋爐安裝施工中出現(xiàn)多種問題，需要借助于科學的安裝工藝強化安裝質量，應該采取適宜的方式優(yōu)化施工作業(yè)流程[7]。施工作業(yè)涵蓋鋼架組對和鍋爐鍋筒的吊裝和焊接，也涉及水冷壁校正組的安裝、頂部省煤器安裝、空氣預熱器的安裝等非常復雜的內容，需要遵循基本流程有條不紊地推進。需要根據(jù)設計圖紙和焊接工藝文件等加以分析，檢查焊接單位資質、焊接人員的資格，對施焊使用的設備以及材料等技術參數(shù)進行判斷，嚴格按照工藝評定和焊接工藝指導書，進行詳細的技術交底，完成科學化的焊接質量檢測，若是發(fā)現(xiàn)質量問題，則需及時地尋找應對的補救措施，保證制定出相應整改方案加以處理。

3.5 及時更換備用件

自控系統(tǒng)的主要功能元器件都是電子元器件，工作環(huán)境中溫度、濕度以及灰塵等都會影響電子元器件的壽命。因此在發(fā)現(xiàn)故障的原因之后要及時替換備用件。需要注意的是，在更換備用件的時候要始終保持設備處于斷電的狀態(tài)，并在更換電子元器件的時候及時記錄和檢查原件的開關狀態(tài)，如果是需要區(qū)分正負極的供電設備，安裝時要注意，避免電極反接損壞設備。

4 結束語

隨著經濟快速發(fā)展、碳達峰碳中和目標的提出,供熱行業(yè)節(jié)能減排勢在必行。熱力站集中控制自動化系統(tǒng)設計的主要目的是結合熱用戶的供熱需求，對熱力站以及供熱管網的運行進行合理動態(tài)調節(jié)，使其在滿足熱用戶供熱需求的同時，能夠有效節(jié)約能源，減少能源浪費問題，并且控制供熱作業(yè)對環(huán)境因素的影響。對于熱力站的自動化控制還能實現(xiàn)無人值守的工作目標，既可減輕人工成本投入，也能提高熱力站控制作業(yè)的規(guī)范性，避免由于人工失誤對熱力站供熱效果造成的影響。因此，在今后的工作中，也需不斷完善熱力站的集中供熱自動化控制系統(tǒng)，使其系統(tǒng)功能更為完善，能夠進一步提升熱力管網的運行效果。為了能夠更好地促進集中供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，自控維保要結合實際加強對集中供熱自動控制系統(tǒng)運行故障的分析，快速判斷故障原因，采取有針對性的解決對策，從而更好地保障集中供熱自動控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運行。