集中供热热力站微机监控系统的应用研究

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1、集中供热热力站微机监控系统的应用研究刘琴（合肥热电集团有限公司设计研究院，安徽 合肥）摘要： 近年来，由于人们生活水平的提高和房地产业迅猛发展，夏热冬冷地区以蒸汽为热源集中采暖的小区更是持续增加。随着供热管网的不断扩大，如何科学有效地控制和管理热网，提高热网的经济效益和社会效益，成为供热企业急需解决的重要课题。微机监控系统利用先进的微机技术和可靠的网络通信技术，对热力站的运行参数进行实时监测，并采用智能控制仪对热力站施行本地智能控制，以适应室外温度与热网运行状况的变化，从而有效地解决热网的控制和管理问题。关键词：集中供热 热力站 微机监控系统 供水温度 Application of compu

2、ter monitoring system in central heating thermal stations Liu Qin（Hefei Thermoelectric Group Design Branch）一、研究背景现今，随着经济的迅速发展和人们生活水平的进一步提高，对城市供热的数量和质量要求也必然会增加和提高。与国外相比，我国目前釆暧系统相当落后，具体体现在供热品质差，即室温冷热不均，系统热效率差，不仅多耗成倍的能量，而且用户不能自行调节室温。当前采暧费按平方计费，无助于用户的节能意识，以至于出现一些不正常的现象。如室温过高开窗，室温过低投诉，使得设计人员及业主尽量加大锅炉、水泵及

3、散热器容量，造成效率低、高能耗的重复浪费。我国能源紧缺，而釆暧用能又十分浪费。据资料介绍，我国住宅建筑采暧能耗为相近气候条件的发达国家的3倍左右。目前的采暖用能已占全国商品能源总消耗的9.6%。采暧能耗不仅造成资源的浪费，而且是大气污染的一个重要因素【1】【2】。我国现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段，影响了集中供热优越性的充分发挥， 无法对运行工况进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供 热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。从而各热力站独立运行，缺乏专业的、系统的管理，影响供热效果，容易造成能源浪费。利用计算机实施集

4、中监控和科学的量化管理，是供热网安全、稳定、经济运行的必要条件。通过对热网运行的动态跟踪监视以及远程数据的自动获取，微机监控系统实时监控，进行集中调度和控制，及时诊断供热系统的设备故障并且进行处理，从而有效科学地控制和管理热网。二、集中供热系统简介集中供热又称区域供热,以蒸汽和热水为热媒，通过供热管网为一个区域的所有热用户供热。通常是由一个和多个供热设备集中供热，例如供热锅炉、热电联产装置、低温供热核反应堆的热源及工业余热等。集中供热系统是由热源、热网和热用户三部分组成。热源负责制备蒸汽或热水，热力网负责热媒介质的输送、分配，热用户是指用热场所。集中供热系统的热用户有供暖、通风、空气调节、热水

5、供应及生产工艺等用热场所【1】【3】。由于供热系统中热用户的热负荷并不是恒定的，如供暧、通风热负荷随室外气候条件变化而变化，热媒供应和生产工艺用热随使用条件等因素而变化。要保证供热质量，满足各热用户要求，并使热能制备和输送合理，就要对供热系统进行运行调节，也就是供热调节【3】。集中供热系统的热力站是供热管网与热用户的连接场所，在其内安装有与用户连接的有关设备、管道、阀门、仪表和控制装置，它的作用是根据热网工况和不同的使用条件，釆用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热量以满足用户的需求；同时还应根据需要，进行集中计量、检测热媒的参数和流量。根据规模和设置地点不同，热

6、力站又可分为首站、区域热力站、集中热力站和用户热力站。热力输配网络控制的重点是热力站的控制【1】【3】。三、热力站自动控制系统在供热系统中，供暖热负荷的计算是以建筑物耗热量为依据的，而热量的计算又是以稳定传热概念为基础。也就是说，建筑物各外围护结构(如外墙、屋面等）任何一点的温度及外围护结构内外空气温度都是不变的。实际上外围护结构层内外各点温度并非常数，它与室外温度、湿度、风向和太阳辐射强度等气候条件密切相关，其中起决定作用的是室外温度【4】【5】。 因此集中供热系统在运行中在考虑热补偿前提下，应根据室外空气温度的变化釆用不同的方式进行控制，以便使系统的工作即有效又经济，更好的满足工业生产和人

7、民生活的需要。1热力站控制系统简介这里详细详细介绍热力站的工作及控制原理，本文以合肥某小区热力站为例来说明，如下图3-1所示：图3-1 热力站工作原理图热电联合厂烧制的髙温高压蒸汽由一次管网送至各热力站处，各分站将次管网的高温高压蒸汽经螺纹管换热器，将热能传递给二次循环水，再由二次供水将热能输送至用户处。冷却后的回水返回二次热网回水管中。二次管网中的循环水由热力站的循环水泵驱动循环流动。供热系统由热源、热力站、热用户三部分组成，供热控制系统主要控制热源和热力站处【3】。这里主要介绍热力站处的供热控制系统。在间接集中供热系统中，热网将热能输送到热力站，用户通过热力站从热网获取热能。因而热力站的运

8、行工况直接影响着整个供热系统的运行工况和供热效果。热力站的主要任务是确定和保持热媒介质参数(温度、压力和流量），使其达到热力站供热装置安全和经济运行所需值。为了保证热网稳定运行，通过及时的参数检测，发现故障进行声光报警、显示，维持系统正常运行。此外，为防止因停电或微机故障而发生事故，热力站控制系统还设有常规就地仪表和手动操作阀。至于热力站的供热控制方式根据实际情况在二次管网中采用分阶段改变流量的质调节。在同一阶段内，二次水网的循环流量保持不变，根据二次网的供回水温度调节一次网流量，进而控制二次网供热量，满足用户热需求【6】【7】【8】。2、热网监控系统的控制原理城市集中供热系统一般由热源、一级

9、管网、热力站、二级管网及终端用户组成。由热平衡方程可知，稳态工况下散热器向房间传热等于房间向室外传热，因此有：KrAr(ts+tr-2ti)/2=KeAe(ti-to) (3-1)式中：Kr 散热器的传热系数，W/(m2K) Ar 散热器传热面积，m2ts 供水温度, tr 回水温度, ti 室内温度, Ke 围护结构综合传热系数，W / (m2K)Ae 围护结构传热面积，m2to 室外温度, 由式(3-1)可得： (3-2)由式(3-2)可知,稳态工况下室内温度为供回水平均温度和室外温度的加权平均值, 权系数由KeAe/(KrAr)决定。当这一比值变化不大时，权系数可近似为常数，根据实测的供

10、回水温度由式(3-2)近似确定室内温度，其中室外温度的变化是引起总供热量变化的主要因素。取ti = 18 ,则ts与tr的差与热力站换热器、二级管网规模、室内散热器有关,同一座热力站可以认为二者之差近似不变,令: (3-3) C = ts tr， (3-4)由式(3-2) (3-4)得： （3-5）测得室外温度to，根据式(3-3) (3-5)即可求得供水温度ts，只要热力站按计算得到的供水温度ts供热,就可保证供热质量。根据以上公式推导得知，只要监测室外温度to，就可以通过调节换热站的供水温度来满足用户的热需求。3热网微机监控系统的组成与功能3.1 组成热网监控系统主要由硬件设备和软件两部分

11、组成，通常采用分布式计算机系统结构，硬件设备主要包括监控调度中心、通讯网络、现场监控设备（见图3-2）；软件与硬件配套使用，主要包括系统软件、中央监控调度软件、通讯软件和现场控制软件。图3-2 自动控制结构图3.2 控制方案3.2.1热力站本地智能控制在热源供热量充足时,热力站本地智能控制系统能根据室外温度调节二级管网供水温度。在热源供热量不足时,智能控制仪能根据本站一级管网供汽温度和室外温度计算出供热量,自动降低二级管网供水温度,以保证各热力站的热量均分。3.2.2调度中心控制调度中心可通过监控计算机监视整个热力站的运行参数,分析运行工况、循环泵的运行状态及各类仪表的完好程度,并可设置定时采

12、集数据或发出随机采集数据命令，对其下发控制指令包括:一级管网的流量、温度和控制周期、二级管网供回水温度、控制周期、曲线运行控制、间歇供热控制、流量分配控制、紧急处理控制(包括关闭补水泵、关闭循环泵、关闭一级管网供热管道阀门)等对该热力站的运行状况进行远程控制。四、热网监控方案实例合肥市热电联产集中供热起步于上世纪80年代，本世纪开始进入快速、跨越式发展阶段。合肥热电集团自组建以来，在社会各界的支持与关心下，集中供热实现了规模化发展。截止到2014年底，蒸汽主管网长度达365公里，供热范围覆盖合肥市城区约300平方公里；锅炉容量达2300吨/小时，装机容量为159兆瓦；服务工商业用户有323家，

13、服务居民小区148个，近10万户，集中供热面积超过2000多万平方米，服务换热站约500个。下面以完成自动化节能改造的合肥市某小区热力站的监控方案（微机控制系统）为例来说明，（见下图4-1）。图4-1 合肥市某小区热力站监控系统图示本工程中选用两台400KW的汽水换热器，两台3.0KW的变频循环泵（一用一备），为小区供热。站房内自控系统采用Honeywell现场控制系统及现场控制原器件，再通过网络接口直接与监控调度中心连接。热力站的现场监控设备将热力站的各项工况数据即一级管网的供汽、二级管网供回水温度、压力、流量、以及水泵状态、水箱水位信号、变频器的状态等有关数据采集，然后通过网络传输到网络监

14、控调度中心，然后由监控调度中心反馈信息到热力站来对相应的设备进行调节。在调度中心可直接显示热力站现场工作流程及各个监控点参数，这样管理人员可以及时准确了解热力站设备运行状况，保证系统正常运行。系统根据用户负荷及室外温度自动调节供水温度.同时通过设于供回水管上的压力传感器对供回水压力进行检测，并根据供回水压差设定值由DDC根据PID控制热水泵的变频器转速，使供回水压差恒定，合理地满足用户需求。现取某一天的运行参数做分析（见下图4-2）。图4-2 热力站某一天运行参数曲线图由下图可见，当根据室外温度将供水温度设置在60，供回水压差设定在1.2kgf/cm2时，监控系统通过变频器控制循环泵的转动频率

15、基本保持在42HZ左右，根据水泵电功率与其工作频率的三次方成正比的关系，可以得出在节电方面，水泵变频器可节电20%25%左右。因此按照5万m2热网系统水泵耗电量为20kWHr，节电量按25%，一度电按0.76元计算，一个采暖季单个站房可节电200.25243040.7610944元； 五、总结 随着经济的发展，全国范围内环保、节能的呼声越来越高，利用先进的科学技术，合理分配热量，让现有的热能充分发挥作用，为更多的用户提供更好的供热服务是供热企业的首要目标。针对这一目标，近年来合肥热电集团对服务的热力站进行微机监控系统改造。通过对改造后的热力站运行情况进行分析，微机监控系统弥补了以往的手工控制方

16、式热力站的不足。总结起来，可以实现以下五各方面的功能【1】【2】【9】：1、实时检测，了解系统工况。计算机监控系统可以实时检测系统参数，运行人员可居调度室而知全局。全面了解供热运行工况，是一切调节控制的基础。2、自动控制，均匀调节流量，消除冷热不均。计算机监控系统可随时测量热力站或热用户入口处的回水温度或供回水平均温度，通过电动调节阀实现温度调节，达到流量的均匀分配，进而消除冷热不均现象。3、合理匹配工况，保证按需供热。计算机监控系统可以通过软件开发，配置供热系统热特性识别和工况优化分析程序。该软件可以通过前几天供热系统的实测数据，预测当天的最佳工况，进而对热源和热力网实行直接自动控制或运行指

17、导。4、及时诊断故障，确保安全运行。通过计算机监控软件，在调度中心可以实时监测到各个设备的报警状态。当设备出现报警时管理人员可以及时发现并进行维修，保证供热。5、健全运行档案，实现量化管理。计算机监控系统可以建立各种信息数据库，对运行过程的各种信息数据进行分析，还可存储、调用供回水温度、 室外温度、室内平均温度、压力、 流量、故障记录等历史数据，以便查询、研究，为量化管理实现提供了物质基础。供热系统的计算机自动监控，由于具备上述功能，不但可以改善供热效果，而且能大大 提高系统的热能利用率。一般在手动调节的基础上，供热系统还能再节能10%20%左右【10】。研究和建立热网分布式计算机监控系统，实

18、现热网运行过程中的信息釆集、信息集成、 科学有效地控制和管理热网，为供热企业各级领导、管理和生产部门提供辅助决策和优化手 段，巳成为许多供热企业的迫切需求。【参考文献】1石兆玉：供热系统运行调节与控制，清华大学出版社，19942徐伟，邹瑜：供暖系统温控与热计量技术，中国计划出版社，20003贺平，孙刚：供热工程，第三版，中国建筑工业出版社，19964刘耀浩：热能与空调的微机测控技术，天津大学出版社，19965刘耀浩：空调与供热的自动化，天津大学出版社，19936胡维俭：热力交换站温度的控制，煤气与热力，Vol.16，No2，47-51，19967石宏伟：集中供热系统的自控，煤气与热力，Vol.21，No2，127-129，20018寇群，曹文权：区域锅炉房供热微机自动监控系统，区域供热，No4，1-4，20029唐卫：热力站自动监控系统基本思路与控制模式分析，区域供热，No5，9-13，200110李智，马庭愉：微机控制对供热系统节能的影响，煤气与热力，Vol.19，No3，63-64，1999