供熱系統采用微機控制與調節設備相結合的探討

　　摘　要　 熱網(wǎng)系統不平衡造成“近熱遠冷”；采用SNI城市熱網(wǎng)控制系統后一次網(wǎng)的自動(dòng)控制；采用自力式流量控制閥以后二次網(wǎng)的調節，從而保證整個(gè)系統的正常運行。

　　廊坊市開(kāi)發(fā)區熱力公司現擔負開(kāi)發(fā)區近150多個(gè)企事業(yè)單位、部隊及居民小區的供熱任務(wù)。熱用戶(hù)有常年生產(chǎn)用蒸汽的；有常年供生活熱水的；還有冬季供暖的，而且熱用戶(hù)也較復雜。有東方大學(xué)城、中日合資的立邦漆涂料公司、河北省經(jīng)貿洽談會(huì )的主會(huì )場(chǎng)—經(jīng)貿大廈及展廳，還有中國人民解放軍導彈部隊駐地等等�？傆嫻┡�面積約320萬(wàn)平方米。建有四個(gè)燃煤鍋爐房。其中1＃供熱站（管委會(huì )站）和3＃供熱站（大學(xué)城站）各擔負近50萬(wàn)平方米的供暖任務(wù)；2＃站為工業(yè)生產(chǎn)區站，4＃站為清華科技園站，都屬于新建供熱站。其中1＃供熱站建有兩個(gè)換熱站和5個(gè)配熱站；3＃供熱站建有3個(gè)換熱站和4個(gè)配熱站。由于開(kāi)發(fā)區規化范圍較大，而且單位又比較分散，所以造成管線(xiàn)較復雜，遠近不一，管徑不匹配。開(kāi)始管徑都偏大，到后來(lái)有的還不夠用，使得整個(gè)熱網(wǎng)系統不容易控制更不好平衡。

　　1、 供熱管網(wǎng)控制與調節的重要性開(kāi)發(fā)區熱網(wǎng)剛投入運行初期，由于是政府管理，從投資規模、運行費用到熱費收繳等工作都是管委會(huì )直接操辦，也不提成本核算、經(jīng)濟分析。加之供熱負荷也較小，因此用戶(hù)不熱的現象也體現不出來(lái)。到2003年時(shí)供暖面積已達近100萬(wàn)平方米，這時(shí)從熱源到熱用戶(hù)一系列問(wèn)題全暴露出來(lái)了。首先是一次網(wǎng)熱源控制問(wèn)題，特別是到冬季，生產(chǎn)要用汽，供暖也要用汽換熱。那么蒸汽如何分配、如何平衡、又如何控制、又如何準確計量等等，沒(méi)有一個(gè)合適的手段，造成生產(chǎn)、生活雙方“爭汽”的現象；再則有些用戶(hù)私自開(kāi)口接入熱源也無(wú)法掌握；特別是二次網(wǎng)，由于沒(méi)有細致的調節控制手段，造成流量分配不均，供熱管網(wǎng)存在嚴重的水平失調現象。近端用戶(hù)室溫過(guò)熱，而遠端用戶(hù)又偏冷。如國際展覽中心距換熱站較遠，又是管網(wǎng)末端而且建筑結構又較復雜。由于前端控制的不細造成該用戶(hù)室溫始終達不到要求。天冷時(shí)還得開(kāi)空調進(jìn)行補充。因此如何實(shí)時(shí)觀(guān)測，掌握、控制整個(gè)系統從熱源到換熱站及熱用戶(hù)各點(diǎn)的運行工況；如何發(fā)現系統故障并能及時(shí)報警；如何發(fā)現整個(gè)系統各個(gè)部位供熱參數是否運行正常，以便指導調度中心正確指揮運行等等，是我們必須解決的當務(wù)之急。

　　2、 熱網(wǎng)控制與調節系統的建立與構成

　　2.1 系統的建立目前供熱系統控制與調節的方法很多，但用哪種辦法更適合我單位的情況，我們進(jìn)行了多方面的調查與論證。遵照有關(guān)專(zhuān)家的論點(diǎn)“考慮到投資與管理，最好的系統應是一次網(wǎng)微機控制和二次網(wǎng)合理使用上述調節設備的結合”。我們也采取了從鍋爐房到換熱站、分配站以及蒸汽用戶(hù)（大戶(hù)）的微機控制；而二次網(wǎng)則采用自力式流量控制閥及手動(dòng)平衡閥進(jìn)行調節的方案�；�于以上思路2004年初我們與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作安裝了“SNI城市供熱管網(wǎng)系統”，當年底投入運行。

　　2.2 系統的構成系統為兩級分布式結構，即由管理調度監控中心和熱力站現場(chǎng)控制組成。調度監控中心對熱源、熱力站、分配站、熱用戶(hù)統一監測與調度。整個(gè)監控系統由集散控制系統（簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）和數據采集監控系統（簡(jiǎn)稱(chēng)SCADA）組成。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)行數據的傳輸。由于GPRS是一種新的移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶(hù)和數據網(wǎng)絡(luò )之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP.GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享。因此收集的數據可通過(guò)GPRS系統與公司各有關(guān)部門(mén)如公司領(lǐng)導、調度中心、技術(shù)部門(mén)、運行管理部門(mén)的微機進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。

　　2.3 系統的功能

　　2.3.1 及時(shí)檢測參數，了解系統運行工況通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統了解并掌握一次網(wǎng)系統（蒸汽系統）的熱負荷情況，各用戶(hù)或換熱站負荷的變化情況，整個(gè)系統溫度、壓力、流量等參數的收集，為調節控制提供基礎資料。

　　2.3.2 均勻調節流量、消除冷熱不均為了解決熱用戶(hù)爭搶熱量，造成冷熱不均的矛盾。采用就地現場(chǎng)控制加集中監控“合二為一”的方案。當供熱量變化時(shí)由調度室的中央集中控制系統向各熱力站統一發(fā)布調度指令。根據已制定的一次網(wǎng)質(zhì)調節溫控表及二次網(wǎng)設定的回水溫控曲線(xiàn)實(shí)現熱量（流量）的平均分配。

　　2.3.3 合理匹配工況、保證按需供熱利用手工操作使熱量達到平均分配是很困難的。利用計算機自動(dòng)控制系統則可通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)配置供熱系統特性識別和工況優(yōu)化分析程序。利用前幾天供熱系統實(shí)測的供、回水溫度、壓力變化、流量和室外溫度，就可預測當天的最佳運行工況。

　　2.3.4 及時(shí)診斷故障及報警，確保安全運行配置故障診斷專(zhuān)家系統，通過(guò)對供熱系統運行參數的分析，對熱網(wǎng)、熱源和熱用戶(hù)中發(fā)生泄露、堵塞等故障能及時(shí)診斷，并指出故障位置，以便及時(shí)檢修。

　　2.3.5 調度控制系統生產(chǎn)調度中心可根據生產(chǎn)情況，熱網(wǎng)運行工況及時(shí)發(fā)布調度指令，指揮整個(gè)供熱系統的正常運行。

　　2.3.6 健全運行檔案，實(shí)現量化管理建立了信息數據庫，對各種技術(shù)資料、運行數據進(jìn)行分析，并根據需要打印所需參數，貯存歷史數據，為技術(shù)經(jīng)濟分析提供原始資料。

　　3、 一次網(wǎng)自動(dòng)控制的運行3.1生產(chǎn)用汽的控制、調節與計量我公司的一次網(wǎng)全部為蒸汽管網(wǎng)，蒸汽有生產(chǎn)用汽也有生活用汽。到冬季供暖期時(shí)如何調整各用戶(hù)的用汽量，又如何方便準確地計量。以前我們都派人反復調節各用汽單位的主控閥門(mén)，而且流量計還經(jīng)常出問(wèn)題，計量不準造成熱用戶(hù)意見(jiàn)較大。微機自動(dòng)化投產(chǎn)后，調度根據各生產(chǎn)單位近兩年夏季或冬季用汽量情況，編制相應的用汽量日耗表，根據表格畫(huà)出控制曲線(xiàn)。調度就可根據用汽量變化情況對各配熱站下達調度指令。各配熱站都裝有電動(dòng)調節閥，可通過(guò)調節閥來(lái)調整流量的大小。而且各配熱站及主要用汽大戶(hù)（如立邦漆）的蒸汽計量也都通過(guò)微機進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)可進(jìn)行監控、記錄。當用戶(hù)不用汽時(shí)調度或控制室人員可直接通過(guò)微機將這些用戶(hù)的閥門(mén)關(guān)閉。

　　3.2 生活用汽的控制、調節與計量3.2.1 生活用熱水、蒸汽的控制開(kāi)發(fā)區生活用熱水時(shí)間不盡相同。有的單位24小時(shí)不停，如貴賓樓、立邦漆、外企聯(lián)誼中心等。而普通住宅又只是每天晚上才供。據此調度編制了生活熱水用汽一覽表也編制了曲線(xiàn)。這些數據變化較小，因此將數據輸入微機后可自動(dòng)進(jìn)行調節控制用汽量的大小。

　　3.2.2 生活用采暖蒸汽的控制為了保證冬季采暖期時(shí)蒸汽的供應，我們將四個(gè)鍋爐房的蒸汽管網(wǎng)都環(huán)在了一起以便進(jìn)行互補。由于采暖用戶(hù)的標準不同，所以用汽量也不盡相同。如何進(jìn)行控制首先根據設計要求及運行實(shí)際。我們編制了供熱概算熱指標。一般情況下（京津地區設計室外溫度為-9℃）。取單位熱指標為55W/m2，亦即單位供暖建筑面積室內外溫差為1℃時(shí)熱耗量qV＝1.89W/m2.根據qV便可求出不同室外溫度時(shí)的單位建筑面積概算熱指標。（見(jiàn)表1）

　　根據熱負荷公式：Q＝3.6AqV便可計算出各種溫度下的熱負荷。

　　又根據蒸汽供暖熱負荷計算公式：

　　q＝Q/r×10-3（t/h）便可求得蒸汽流量。

　　上兩式中：

　　Q—熱負荷kW/h、W/m2 A—采暖建筑面積m2 qV—熱指標W/m2 q—蒸汽流量t/h r—汽化潛熱kcal/kg（當表壓為0.4MPa時(shí)為504.21kcal/kg）。

　　表2為1＃供熱站的南站部分。供暖面積約25.4萬(wàn)平方米。

　　每個(gè)換熱站都通過(guò)計算編制相對應的熱負荷及流量控制表格。根據這些數據調度可根據負荷變化情況通過(guò)微機直接指揮鍋爐房控制室及配熱站增加或減少供汽量。保證整個(gè)一次網(wǎng)的正常運行。

　　4、二次網(wǎng)系統的調節由于二次網(wǎng)范圍較大，建筑結構也較復雜，有的環(huán)路上廠(chǎng)房、宿舍、，樓房、平房全有，因此集中調節很困難。我們采取了“分散細化調節，集中監測控制”的辦法。

　　4.1 分散細化調節為了達到整個(gè)系統的平衡，我們在原來(lái)各換熱站、配熱站分區控制調節的基礎上，進(jìn)行了細化控制調節。即在每個(gè)用戶(hù)的單體入戶(hù)全部安裝了流量控制閥。特別是距換熱站較近的用戶(hù)安裝的更細。按照用戶(hù)單體的性質(zhì)和類(lèi)型，重新核準后設定所需流量。如有些距熱源較近的臨街的商店，雖然總入戶(hù)（DN100）上有調節閥門(mén)，但由于單體較多而且面積都不大，還有的商店還不想采暖，因此我們在每個(gè)單體入戶(hù)的立管（DN32）上全都安裝了流量控制閥。在各個(gè)單體都能調節和控制以后，二次網(wǎng)的運行則采用質(zhì)調節的手段就方便多了。為此我們通過(guò)計算編制了二次網(wǎng)運行曲線(xiàn)。

　　根據外網(wǎng)供、回水溫度計算公式：

　　t1=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）+0.5（t1′-t2′）Φr t2=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）-0.5（t1′-t2′）Φr式中：Φr—相對熱負荷W，Φr = （ti- to）/（ti -to′）

　　B—與散熱器及連接方式有關(guān)的系數。四柱散熱器B=0.35 ti—供暖室內計算溫度℃to—室外溫度℃to′—供暖室外計算溫度℃t1，t2—二次網(wǎng)供、回水溫度℃t1′，t2′—二次網(wǎng)的設計供、回水溫度95/70℃在設計散熱器時(shí)，設計人員通常采用設計供、回水溫度為95℃/70℃。但在最終確定散熱器的面積時(shí)通常有15—20%的余量。因而散熱器的溫度與室溫的實(shí)際溫差比設計溫度低15—20%也能滿(mǎn)足需要。也即供水溫度在76℃�；厮疁囟�56℃時(shí)更能反映實(shí)際運行情況。因此根據以上公式計算結果如下表。

　　根據以上表格繪制了溫控曲線(xiàn)。

　　4.2 集中調度控制一次網(wǎng)有熱負荷控制表，二次網(wǎng)有溫控曲線(xiàn)，二次網(wǎng)單體又都安裝了完善的調節設備，而且二次網(wǎng)的循環(huán)泵又都是變頻控制，調度就可利用微機統一下達運行指令，各換熱站及配熱站都可很方便地調整自已的運行狀態(tài)。

　　5、運行效果及設想自2004年冬季我們采用以上方法運行以后，效果很好，首先是冬季用汽量大時(shí)原有用戶(hù)都沒(méi)有爭搶汽源的現象了，而且由于蒸汽計量雙方都可見(jiàn)到有據可查，也就不相互說(shuō)不清了；再則無(wú)論哪個(gè)換熱站出現問(wèn)題（如換熱器堵塞、流量變化等）都可通過(guò)微機及時(shí)發(fā)現及時(shí)解決；同時(shí)二次網(wǎng)進(jìn)行了調節使整個(gè)系統流量分配更加均衡。消除了“近熱遠冷”的現象。同時(shí)1＃站的南北換熱站各節省了一臺循環(huán)泵。從2005年4月份統計報表與往年對比單位煤耗（標煤）從原來(lái)的32.6kg/m2·a下降到29.2kg/m2·a；水耗從原來(lái)的225kg/m2·a下降到175kg/m2·a；電耗從原來(lái)的7.65kw·h/m2·a下降到6.25kw·h/m2·a.收費率也達到了95%以上。

　　在今后的運行中我們還需解決好如下幾方面的問(wèn)題：

　　1、進(jìn)一步完善一次網(wǎng)的微機控制系統。這套系統由于是第一年運行，因此還存在一些問(wèn)題。如鍋爐燃燒的自控如何與換熱站熱負荷變化相匹配的問(wèn)題。

　　2、自控系統切換為手動(dòng)控制的時(shí)機，安全運行等問(wèn)題。

　　3、在一次網(wǎng)自控基礎上如何與二次網(wǎng)自控相匹配的問(wèn)題。

　　4、 分戶(hù)熱計量以后整個(gè)系統的控制、調節、監測、運行等問(wèn)題。

　　總之我們認為一次網(wǎng)的控制及二次網(wǎng)的細化調節是目前大面積供熱系統熱網(wǎng)平衡的較為有效的手段。