換熱站節能改造

《工業(yè)控制計算機》2010年第23卷第10期換熱站節能改造Control of Energy Exchange Station嵇啟春李金(西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院,陜西西安710055朱京衛(陜西紫光自動(dòng)化系統工程有限公司,陜西西安710056城市集中供暖已成為我國熱網(wǎng)節能改造的主要發(fā)展趨勢,采用合理的節能改措施,以延安城市供熱控制為研究背景,以實(shí)現各換熱站無(wú)人值守自動(dòng)控制、數據傳輪、集中監控為主要工作,并給出了系統改逵后取得的良好效果。關(guān)鍵詞:換熱站,自動(dòng)控制,節能AbstractCity central heating has become a major energy saving heating network trends, this paper reasonable energy-savingmeasures to Yan an city heating control for the research background in order to achieve the heat exchange station auto-matic control, data transmission, centralized monitoring as the main work and transformation of the system is given after thegood results achievedKeywords heat exchange station, automatic control, energy saving城市熱網(wǎng)的熱交換樞紐是換熱站,它發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作從控制的角度來(lái)講,集中供熱換熱站控制系統主要由3個(gè)用,要對整個(gè)熱網(wǎng)實(shí)現自動(dòng)控制可以將熱網(wǎng)中的各個(gè)換熱站為控制回路。分別是:換熱器二次供水溫度調節控制回路;二次供控制小單元,以點(diǎn)及面,實(shí)現整個(gè)熱網(wǎng)的自動(dòng)控制,最終達到節回水壓差調節控制回路即流量控制;二次回水定壓控制系統。要能的目的實(shí)現熱網(wǎng)的自動(dòng)控制及未投入自控時(shí)存在的問(wèn)題主要做到以下1換熱站基本的結構與功能幾個(gè)方面。簡(jiǎn)單地說(shuō),一個(gè)換熱站就是指熱能交換機組將熱量從主傳21管網(wǎng)水利平衡系統輸管網(wǎng)系統傳送至熱能用戶(hù)方設施,并聯(lián)結這兩個(gè)系統的樞紐。供暖系統能穩定的運行,是系統實(shí)現自動(dòng)控制的前提所以未投入自控控制的換熱站一般有換熱器循環(huán)泵、補水泵、手動(dòng)首先要解決水利失調的問(wèn)題。使用平衡閥可以有效地保證管網(wǎng)調節閥等簡(jiǎn)單的設備組成,結構如圖1所示。靜態(tài)水力及熱力平衡,它的工作原理是通過(guò)改變閥芯的行程來(lái)改變阻力系數達到調節流量的目的,對于每一環(huán)路只需安裝個(gè)平衡閥(安裝于回水管路的直管段上),不需要安裝截止閥,這樣就可以消除個(gè)別用戶(hù)室溫過(guò)低或過(guò)高的弊端,并同時(shí)達到節煤、節電各15%的目標;同時(shí),當檢測到管網(wǎng)的實(shí)際壓力大于設圖1未實(shí)現自動(dòng)控制的換熱站結構圖計壓力時(shí),為保證整個(gè)系統仍可穩定運行,則需要在供暖系統的圖1所示換熱站常存在以下缺點(diǎn):①管網(wǎng)水力失調熱用戶(hù)二次回水管與補水箱之間安裝泄壓閥,更容易實(shí)現水力工況平受熱不均離換熱站近的用戶(hù)能達到甚至超過(guò)采暖標準溫度,遠衡、滿(mǎn)足設計供水溫度的要求。離換熱站的用戶(hù)采暖溫度低不能滿(mǎn)足用戶(hù)供熱需求;②二次供22二級網(wǎng)供水溫度控制水溫度難以控制;③系統用電量大等當換熱器的二次供水溫度偏離設定值時(shí),控制調節系統就2實(shí)現熱網(wǎng)自動(dòng)控制的措施自動(dòng)改變電動(dòng)調節閥的開(kāi)度,從而改變進(jìn)入換熱器的一次熱媒初步設計系統結構如圖2所示。的流量,改變傳送到換熱器的熱能,使二次的供水溫度穩定在設定值附近,根據不同情況,常見(jiàn)的控制方式有經(jīng)驗調節、分時(shí)段調節、定溫調節。為了做到既經(jīng)濟運行又保證供熱質(zhì)量,可以采用經(jīng)驗調節方式控制二次供水溫度?？刂破鲀炔吭O有氣二次水通度候補償曲線(xiàn)(可由技術(shù)人員根據本地區的氣象情況經(jīng)驗曲中國煤化工示),分CNMHG溫與二次供水溫度、L次回水溫度與二次供直外品度圖2實(shí)現自動(dòng)控制的換熱站結構圖水溫度,傳給智能PD圖3溫度補償調節曲線(xiàn)換熱站節能改造控制器自動(dòng)調節一次管網(wǎng)上電動(dòng)調節閥,來(lái)改變一次網(wǎng)進(jìn)換熱25數據采集與監控系統(計量與統計)器的流量,保證二次網(wǎng)供水水溫與其設定值相符,從而保證初在熱網(wǎng)系統中, SCADA熱力調度實(shí)時(shí)監控系統是應用現代寒中寒和末寒的供暖溫度,為消費者提供高度舒適感。二次供先進(jìn)計算機及其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)集換熱站保護測量監視和遠傳控水溫度調節控制原理如圖4所示制于一體采用計算機遠程集中監控替代常規的人工測控通過(guò)設備間相互交換信息和數據共享,實(shí)現對換熱站運行自動(dòng)監視管理,協(xié)調和控制,提高了換熱站的保護和控制性能,系統通信匚款u的示意圖如圖6。器圖4二次供水溫度控制原理圖23變頻技術(shù)的應用交流異步電動(dòng)機的節電措施,就是采用不同方式的調速節能,一般較為常用的調速方法有液力耦合器調速、串級調速、電路出磁調速和變額調速四種。相比而言,變頻調速節電效果顯著(zhù)。近網(wǎng)絡(luò )年來(lái),應用較為廣泛,尤其對水泵運行時(shí)轉速的控制上,根據水泵所耗功率與轉速的三次方成正比的原理。P=Kn式中P-功率,wK_比例系數;n-電機轉速,/min圖6通系統示意圖循環(huán)水泵是為了控制系統保持一定的壓差,保水的數據采集與監控系統的建立是實(shí)現整個(gè)熱網(wǎng)熱力平衡熱流量使熱量帶給用戶(hù)。假如系統的流量需要減少20%,相應的力整體調度和換熱站內無(wú)人職守自動(dòng)控制的基礎電機轉速應降低20%,實(shí)際轉速為80%,則08≈51%,以期節3工程實(shí)例電49%?；谶@一原理,采用變頻器調速控制方式來(lái)調節流量本文選用延安市熱網(wǎng)改造項目為研究背景,延安市政供暖這在節電上是行之有效的方法。主要有兩個(gè)熱源,一個(gè)是熱電廠(chǎng)供熱能力160萬(wàn)m2,一個(gè)是三換熱站內循環(huán)水泵以變頻方式工作時(shí),由壓力傳感器檢測臺熱水鍋爐供熱能力是36萬(wàn)m2,現有換熱站數量共31個(gè),以供水與回水管網(wǎng)實(shí)際壓差,管網(wǎng)實(shí)際壓差與設定壓差經(jīng)過(guò)比較其中一個(gè)換熱站作為主要研究背景,此換熱站設計供熱面積為后輸出偏差信號,由偏差信號控制調整變頻器輸出的電源頻率,15萬(wàn)m2,供熱容量1050MW,改造前是有人值守的非自動(dòng)控制改變水泵轉速,使管網(wǎng)壓力不斷向設定壓差趨近。利用變頻調速系統,為了維修方便系統內原設有幾個(gè)簡(jiǎn)單的手動(dòng)閥門(mén),結構可控制管網(wǎng)壓力原理圖如圖5所示。參考如圖1所示。對該系統進(jìn)行節能控制改造安裝溫度、壓力傳感器,對供回水的壓力溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測將循環(huán)泵、補水泵是}}北營(yíng)同俠圖壓力由工頻運行方式改為變頻PD運行,在換熱機組一次側安裝電動(dòng)調節閥和熱量計量設備,通過(guò)氣候補償儀和二次供水溫度信壓力傳毒器號實(shí)現對電動(dòng)調節閥的智能PD控制,并對換熱站整體的供熱日5變頻調速控制管網(wǎng)壓力原理圖效率進(jìn)行監測和統計,所有數據通過(guò)控制器上傳至監控中心,進(jìn)這個(gè)閉環(huán)控制系統通過(guò)不斷檢測、不斷調整的反復過(guò)程實(shí)行集中存儲和分析。系統改造前后運行情況對比如表1所示?，F管網(wǎng)壓差恒定,從而使水泵根據需水量自動(dòng)調節供水量,達到表1系統改造前后運行情況對比節水的目的,采用這一技術(shù)還可獲得明顯的節電效益。由于人為因素以及管網(wǎng)不可避免存在跑、冒、滴、漏現象,導兩系晚定定流,變流早形式并青改水方及嚴一改判白度一致水壓不穩定,所以需要采取措施來(lái)維持水壓恒定。常見(jiàn)的定壓水系人愿『水梨、次水系均文有安橢調的東來(lái)配白先遺方式有膨脹水箱定壓定壓罐定壓、間歇補水定壓、連續補水定匯憑透的調控設備壓、變頻調速補水定壓,相比較而言,供暖系統的定壓宜采用變典運調方村監視現場(chǎng)地調節變打返蘊山規馬政地自了動(dòng)調節并存頻調速技術(shù)定壓。根據恒壓點(diǎn)的實(shí)測壓力值與設定壓力值的比|式能建計系棒)是全種了下”方太行內弁調吾控制較偏差,來(lái)通過(guò)變頻器改變補水泵的運行頻率,保證恒壓點(diǎn)的壓力恒定(1)水力平衡節約熱能24系統安全保護根據經(jīng)驗,通過(guò)換熱站自動(dòng)調節各換熱站實(shí)際一次流量與為使系統無(wú)故障時(shí)安全運行,出現故障時(shí)能及時(shí)報警迅速理論流量計算值相比誤差范圍在5%以?xún)葘?shí)際管網(wǎng)流量為改造采取措施補教,系統可設有手動(dòng)/自動(dòng)切換電路,當切換至自動(dòng)前同時(shí)期的85%供出的實(shí)際熱量是設計理論熱需求的90%。位置時(shí),系統可根據供回水壓差的變化,自動(dòng)調節變頻泵的轉速(2)人工費用的節省比較和自動(dòng)啟動(dòng)、停止備用泵,以維持管網(wǎng)供回水差壓恒定,當變頻改造前是有人全天職守改造后成為無(wú)人職守,在整體人工控制電路出現故障時(shí),可切換至手動(dòng)位置,使循環(huán)水泵直接在工費用中國煤化工%頻下運行保證正常供暖。當二次側壓力超過(guò)設定值時(shí)降低變頻器頻率,既補水泵轉速,當二次側壓力超高時(shí),停止補水泵運CNMHG吉-年當中節約的費用,轉并發(fā)出報警信息,自動(dòng)開(kāi)啟泄壓閥。除了管網(wǎng)壓力的高限和低以此作為參照延安市31個(gè)換熱站,節約的電能達可到改造前限,系統還設有出水溫度的高限低限報警和連鎖。的20%左右(下轉第108頁(yè))108基于TB6588FG的無(wú)傳感器BLDC電機控制器設計及實(shí)現如圖3所示,(a)階段是DC激活時(shí)間,DC激活時(shí)間的調整公式數字電位器。通過(guò)MSP430F2012的兩個(gè)O口來(lái)進(jìn)行調節調為T(mén)FX=069Xc2XR1;(b)階段是強迫通訊時(shí)間,不同的電機通節方式是UP/DOWN。通過(guò)設置CAT5119可使阻值最大調整過(guò)改變C1和C2電容的值可用來(lái)調整電機的啟動(dòng)。為100,最小為1000,這樣控制速度的范圍為500-2500轉/分鐘如當需要調整轉速為1200轉/分鐘時(shí),通過(guò)動(dòng)態(tài)調整數字電位器的阻值,來(lái)適應負載的變化。使速度穩定在設定的范圍上。模擬調壓電路如圖5。CSvt]·G5圖3電機啟動(dòng)引腳電壓變化圖一DDGN4過(guò)電流保護電路閥門(mén)控制在實(shí)際應用中經(jīng)常會(huì )發(fā)生電機堵轉的意外情況,電機堵轉可能會(huì )造成電源和電機的燒毀,TB6588FG的限流保圖5調速電路護是通過(guò)內部的比較器來(lái)實(shí)現的,如圖4所示,驅動(dòng)器內部具有3)程序軟件流程:因為采用速度脈沖信號一個(gè)比較器,負輸入端固定電壓為0V,流過(guò)電機線(xiàn)圈的電流電機專(zhuān)用驅動(dòng)芯片,所以對電機通過(guò)R1電阻的采樣送入驅動(dòng)器內部,通過(guò)驅動(dòng)器內部的濾波的控制軟件就很簡(jiǎn)單,主要的工「上升沿插獲運時(shí)歌提n網(wǎng)絡(luò )接入比較器的正輸入端。如流過(guò)R1的電流大于設定值,則作就是設置MSP430F2012的此電壓會(huì )大于05V驅動(dòng)器關(guān)閉內部驅動(dòng)電路。在此電路中R2內部定時(shí)器的工作方式其具有下降沿捕獲定時(shí)器數2和C2是起RC濾波作用防止PWM切換時(shí)的噪聲引起的保護兩個(gè)捕獲定時(shí)器捕獲的觸發(fā)方誤動(dòng)作。如當R1=033時(shí),最大限流電流為:式選擇上下沿捕獲,然后把兩次計算速度T-T2Tlou(yp)=0.5(v033=15A捕獲的定時(shí)器的數字想減,就可和設定值比較產(chǎn)生比較誤差數據得出其速度。如果跟設定有誤差通過(guò)調整模擬電壓來(lái)調整速「設調整機擬調整地壓TB6588FG度。軟件調速的中斷服務(wù)程序流程如圖6。6結束語(yǔ)圖6軟件調速中斷程序流程圖針對閥門(mén)的無(wú)傳感器三相Voc-D.5v無(wú)刷電機控制系統的特點(diǎn),采用MSP430單片機結合88FG設計的電機調速控制系統。利用了TB6588FG的硬件電路,簡(jiǎn)化了整體的電路設計,同時(shí)降低了軟件的編程難度,使整個(gè)系統更加穩定可靠圖4過(guò)流保護電路5速度檢測控制參考文獻1)速度檢測:TB6588FG具有速度輸出腳FGOUT,電機沒(méi)[1TB6588G_en_datasheet080425.http://www.semicon.toshiba有啟動(dòng)或電機發(fā)生異常是此腳輸出為低電平。當電機被正常啟com. cn/動(dòng),此腳輸出速度信號MSP430F2012定時(shí)器具有捕獲功能通[2MsP430F20xDatasheethttp:/www.tl.com過(guò)捕獲速度脈沖的上下沿來(lái)算出速度,然后去調整數字電位器3沈建華楊艷琴驍曙MSP430系列16位超低功耗單片機原理與的阻值來(lái)調整控制速度的電壓。應用M]北京:清華大學(xué)出版社,20042)速度調節電路CAT5119具有32為節點(diǎn)阻值為10的收稿日期:2010.722(上接第110頁(yè))參考文獻[1]唐衛熱力站自動(dòng)監控系統基本思路與控制模式分析[J]區域供熱頻還行時(shí)費用鎖運行時(shí)費用老打式2001(5):9-13漏水/兩用·備席力/孟哲,劉應宗,金字澄我國集中供熱的現狀與對策[J華東交通大補水12.6力/年學(xué)學(xué)報,2004(6):18-22結束語(yǔ)3]鄧雪榮莫敬一淺談供熱站節能降耗的技術(shù)和措施[]資源節約與本文設計了全天無(wú)人職守的自動(dòng)控制換熱站,并在實(shí)現換熱站節能控制的同時(shí),以換熱站作為城市熱網(wǎng)各個(gè)節能點(diǎn),采中國煤化工連:大連海事大學(xué)2006SCADA系統最終達到整個(gè)城市熱網(wǎng)的節能控制。在實(shí)際工程應CNMHG合肥工業(yè)大學(xué)205中的應用分析[D]天津:天用中,通過(guò)對改造前后系統的用電量、熱能、人工管理成本上進(jìn)津大學(xué),2008行比較確實(shí)達到了明顯的節能效果。[枚稿日期:201062]