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+熱力站能量調節探究+

時間:2004-2-27  編輯:admin  來源:中國供熱信息網  投稿郵箱:[email protected]
內容摘要:本文介紹一種新的熱力站能量控制系統,其被控參數為二次網供回水平均溫度,操作量為二次循環水流量,補償信號為室外溫度。二次網供回水平均溫度隨室外溫度而變化,變化率(補償度)可調,供回水平均溫度給定的初始值可調,執行器是一用一備的變頻調速循環水泵,變頻下限限幅可調。與傳統的能量控制系統相比,被控參數選擇合理,運行穩定可行,節能經濟。本文還給出系統使用的必要條件。    關鍵詞  熱力站 能量調節 供...
本文介紹一種新的熱力站能量控制系統,其被控參數為二次網供回水平均溫度,操作量為二次循環水流量,補償信號為室外溫度。二次網供回水平均溫度隨室外溫度而變化,變化率(補償度)可調,供回水平均溫度給定的初始值可調,執行器是一用一備的變頻調速循環水泵,變頻下限限幅可調。與傳統的能量控制系統相比,被控參數選擇合理,運行穩定可行,節能經濟。本文還給出系統使用的必要條件。
  
關鍵詞  熱力站 能量調節 供回水平均溫度 室外溫度 補償

 
  水力平衡調節需要的熱量由熱力站通過二次網供給。熱力站能量調節實質上是按照熱用戶需要的熱量調節熱力站輸出的熱量,或者說,熱力站根據負荷變化改變輸出的熱量。這是熱力站能量調節的宗旨。同時,熱量輸送載體二次網流量也需要隨著負荷變化,以便節能,這是熱力站能量調節的主要目的。
  
一、熱力站能量調節方式比較
  
  目前,熱力站能量調節方式如下:

  1 二次循環水泵
  (1)多臺相同規格型號水泵并聯。按照負荷變化改變水泵運行臺數。這種方法的優點是簡單可靠,缺點是總裝機容量
大,多臺水泵并聯運行效率下降,占地多。另外,水泵啟動電流大(軟啟除外),對電網有一定沖擊。
  (2)多臺不同規格型號水泵并聯。按照負荷變化改變水泵運行臺數。這種方法不宜采用,不僅總裝機容量大,占地多,而且多臺不同規格水泵并聯運行效率很低。
  (3)三臺不同規格型號水泵切換。安裝對應100%、80%、60%負荷三臺水泵,三臺水泵分別在不同負荷下運行。這種方法的優點是簡單可靠,缺點是總裝機容量更大,占地多。
  (4)一用一備變頻高速泵。其優點是簡單可靠,總裝機容量小,運行效率高,占地少,節能效果最佳,啟動電流小。缺點是一次投資大。
  (5)多臺相同規格型號水泵并聯,其中一臺變頻調速。這種方法的優點是降低了頻調設備造價。但總裝機容量大,占地多,特別是相當于幾臺大泵與一臺小泵并聯運行,運行效率降低。
  (6)多臺相同規格型號水泵并聯,每臺變頻調速。設計者的初衷是力求多臺并聯消耗運行狀態同步,以提高水泵運行效率。這種方法不但總裝機容量大,占地多,一次投資很大,而且即使多臺水泵同步運行,部分負荷下并聯運行的水泵效率更
低。
  
  2 控制方式
  (1)手動控制。不同規格型號水泵手動切換,或對多臺并聯運行的相同規模型號或不同規格型號水泵手動臺數控制。
  (2)臺數自動控制。對多臺并聯運行的相同規格型號水泵自動臺數控制。
  (3)臺數與變頻調速相結合自動控制。多臺相同規格型號水泵并聯,其中一臺泵變頻調速。
  (4)一用一備變頻調速自動控制。按照負荷變化改變水泵轉數。
  (5)并聯運行的多臺相同規格型號水泵分別變頻控制。多臺相同規格型號水泵并聯,每臺水泵均變頻調速控制,這是一種不節能、不經濟、技術上不合理的控制方式。
  (6)用調節閥改變一次流量的自動控制。
  
  3 被控參數
  (1)根據壓力控制。確保管網最不利環節資用壓力。
  (2)根據供水溫度控制。
  (3)根據回水溫度控制。
  (4)根據供回水平均溫度控制。
  由于熱力站能量調節是根據負荷變化改變熱力站輸出的熱量,所以,熱力站能量調節系統應該是一個輸出量隨負荷變化的隨動調節系統。筆者認為以供回水平均溫度為被控參數、具有室外溫度補償、執行器是一用一備的變頻調速循環水泵的熱力站能量控制系統較為合理。
  
二、熱力站能量控制系統被控參數選擇
  
  熱力站能量控制系統被控參數選擇至關重要,最理想的被控參數是熱用戶室內平均溫度,但很難找到能夠代表熱用戶室內平均溫度的測點。而熱力站的輸出信號就是熱用戶的輸入信號,熱用戶的輸入信號需要隨負荷變化,即,要保持一定的室內溫度,熱力站輸出的熱量必須隨負荷變化。而供暖負荷發生變化的主要因素是室外溫度,因此,上述問題實質上是尋找能夠準確反映熱力站輸出熱量多少的輸出信號。該信號隨室外溫度變化,以滿足熱用戶對室內溫度的要求。這個輸出信號即為熱力站能量控制系統較為理想的被控參數。
  被控參數選擇是以集中供熱基本調節公式為根據的,即:

      Q1/ Q2=(θi-θo)/(θi-θod)                (1)

      Q2/ Qd=(θa-θi)/(θad-θi) (1+β)             (2)

  方程1、2聯列求解,得:

      θa =θi +(θad-θi)[(θi-θo)/(θi-θod)] 1/(1+β)    (3)

      θa =θi +K(θi-θo)1/(1+β)                 (4)

       式中:K=(θad-θi)/(θi-θod)1/(1+β)

  式中:Q1/ Qd--建筑物耗熱量相對值:
     Q2/ Qd--散熱器散熱量相對值:
     θa--二次網供回水平均溫度;
     θad--二次網供回水平均溫度設計值;
     θi--室內溫度;
     θo--室外溫度;
     θod--供暖室外計算溫度;
     β--散熱器傳熱指數。
  式4可作為集中供熱基本調節公式。其中:根據β散熱器調整;K根據θi、θad、θod調整。
  可見,要想使熱用戶保持所需要的室內溫度,只要熱力站二次網供回水平均溫度隨室外溫度按式4變化即可。在供熱系統運行期間,只有供回水平均溫度能夠準確的反映熱力站供出的熱量,因此,應該選擇供回水平均溫度作為被控參數。而供水溫度或回水溫度與室外溫度函數關系是不確定的,換言之,單獨調節供水溫度或回水溫度不能保證熱用戶要求的室內溫度。選擇供水溫度或回水溫度作為被控參數是不合理的。
  選擇供回水平均溫度作為被控參數,以室外溫度為補償信號,根據室外溫度調節二次網供回水平均溫度,以間接控制熱用戶室內溫度。
  
三、熱力站能量控制系統操作量選擇
  
  熱力站能量調節控制系統操作量選擇也非常重要。控制系統操作量可以選擇二次網流量、一次網流量或二者兼之。二次網流量通過循環水泵臺數控制、多臺相同規格型號循環水泵并聯中一臺泵變頻調速控制、一用一備變頻調速泵控制、調節閥控
制。一次網流量改變通過調節閥實現,進而達到熱力站二交網能量調節的目的。選擇二次網流量網作為熱力站能量控制系統操作量,并使用一用一備的變頻調速泵控制,是一種較好的控制方案。這種控制方案可以較好的滿足熱力站能量調節的要求,還可以達到二次網流量輸送系統節能的主要目的。
  二次網流量變化時,換熱器傳熱系數隨之變化,而且換熱器一、二次側均具有熱量的自平衡,所以,換熱器一、二次側熱量能夠平衡。換熱器一次側面無需增設調節閥。換熱器一次側設調節閥不僅增加投資,而且一次網阻力增大,調節過程中不容地破壞管網平衡。
  
四、熱力站能量控制系統框圖
  
  熱力站能量控制系統框圖如圖1所示。熱力站二次網供回水平均溫度θa,二次網供回水平均溫度初始給定值Rb,外溫θo,二次網供回水平均溫度根據式4隨室外溫度而變化。
                
  二次網供回水平均溫度初始結合實際定值Rb和補償可根據實際情況調整。
  
五、熱力站能量控制系統
  
  具有室外溫度補償的供回水平均溫度控制系統與其它控制方式相比具有以下特點:
  (1)與臺數控制方式相比,裝機容量小,可連續調節,水泵運行效率高,節能效果明顯,啟動電流小,占地少。
  (2)與臺數變頻調速聯合控制方式相比,其特點同(1)。臺數與變頻調速相結合相當于幾臺大泵與一臺小泵并聯運行,運行效果較差,尤其是變頻泵流量較小時,效果更差,難以顯示變頻泵的優勢。
  (3)與用調節閥改變一次流量控制方式相比,系統簡單、可靠、經濟。換熱器一次側安裝調節閥沒有必要,只要一次網輸出 的總熱量能夠按照負荷變化以等比例分配給各熱力站即可。各熱力站間平衡由初調節完成。
  (4)與根據壓力、供水溫度、回水溫度控制方式相比,系統運行穩定可靠。
  具有室外溫度寂償的供回水平均溫度控制系統是熱力站能量調節較為理想的控制系統。
  
六、熱力站的能量調節的必要條件
  
  一次網供給熱力站的熱量要足夠,這是熱力站二次網能量調節的必要條件。否則會引起失調,即執行機器100%輸出也不能滿足熱用戶需要。可以推出二次網供回水平均溫度θa2與一次網供回水平均溫度θa1之間的關系:

        θa2=θa1 -(θa1d-θa2d)P

  式中:θa1--一次網供回水平均溫度;
     θa2--一次網供回水平均溫度;
     θa1d--一次網供回水平均溫度設計值;
     θa2d--一次網供回水平均溫度設計值;

        P=(Q/Q d)/(K/K d);

     Q --換熱器運行工況換熱;
     Q d--換熱器設計工況換熱量;
     K--換熱器運行工況傳熱系數
     K d--換熱器設計工況傳熱系數
  上式可用圖2表示,具有室外溫度補償的供回水平均溫度熱力站能量控制系統應在曲線10右側運行,此工況下運行可以有效調節和最大限度節能,避免在曲線10左側運行,該工況下運行節能效果差,甚至失調。
             
  這里只要要求一次供給熱力站的熱量足夠,一次網采用連續調節或斷續調節、自動調節或手動調節均可滿足二次網能量調節的必要條件。
  
七、結束語
  
  只要一次網供給熱力站的熱量足夠,具有室外溫度補償的供回水平均溫度控制系統是熱力站能量調節較為理想的控制系
統。該系統的特點是:被控參數確定為供回水平均溫度,將供回水平均溫度視為一個獨立變量;執行器選一用一備的變頻調速循環水泵。供回水平均溫度給定值的初始值可調,供回水平均溫度給定值隨室外溫度而變化,其變化率(補償度)可調,變頻下限限幅(~50%)可調。筆者設計的該系統在山西陽泉的運行實踐中得到驗證(1996年開始設計,2000年運行)。該系統也可以用于鍋爐房供熱能量調節。

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