關于換熱站節能自動化改造及效果研究

鞠曉東

（新疆第三師電力有限責任公司熱電分公司 新疆維吾爾自治區喀什地區圖木舒克市 843901）

關于換熱站節能自動化改造及效果研究

鞠曉東

（新疆第三師電力有限責任公司熱電分公司 新疆維吾爾自治區喀什地區圖木舒克市 843901）

為了響應我國可持續發展的號召，城市集中供暖漸漸成為我國熱網節能改造的主要發展目標，通過對換熱站節能自動化的改造與設計，可以為我國節省大量的能源。本文以新疆省城市供熱控制為研究背景，闡述了換熱站的基本結構和工作流程，依據換熱站節能設計過程中的原則，利用PLC、PID調節器以及變頻器等先進的零件設備，對換熱站進行節能自動化改造，最后介紹了改造之后的應用效果。

PLC；PID；變頻器；換熱站；自動化改造

換熱站在城市供暖的整個供熱系統中起到很重要的作用，換熱站將熱源與用戶連接起來，保證了用戶正常對于熱源的需求。供熱系統中熱水管網可以分為一次和二次管網，一次管網是連接熱源和換熱站的管網，二次管網是連接換熱站和用戶的管網，可見換熱站是連接一次管網和二次管網之間的一種設備。在換熱站的使用過程中，由于要擴大供熱的面積，設備的數量和容量在設計過程中都會有一定的余量，同時換熱站的補水泵和循環泵通常是采取人工操作來控制流量，再加上管路有較大的阻力，就會造成很大的電能的消耗，浪費了很多不必要的電能。因此對于換熱站節能自動化的改造對于節約電能有很重要的意義，當前我國面臨的重要工作之一。

1 換熱站的基本結構和工作流程

當前換熱站一般是用戶換熱站，但是換熱站的功率很大，是一個高耗能的設備設施。換熱站的基本結構一般分為由熱交換器、循環泵、補水泵。換熱站的主要工作流程就是將熱源通過一次網輸送來的大約80℃的熱水通過換熱站的作用將其轉化為60℃左右的水，并通過二次網輸送給用戶，成為供暖的用水，經過用戶的使用之后，通過循環泵再將大約40℃的水流回換熱站，這樣就形成一個熱循環，滿足用戶的需求。

2 換熱站節能自動化改造的基本原則

供熱系統的主要目的是為用戶創造一個恒溫且適合用戶生活的室內環境，由于熱源的熱水的溫度經過換熱站的調節之后再通過二次管網輸送給用戶，可見用戶的室內溫度與換熱站有著直接的聯系。因此換熱站需要一套完整的自動化的控制系統，對于溫度、水位、水泵要進行自動化的控制，這樣才能為用戶創造舒適的環境。由于換熱站的所有設備都是高耗能的裝置。

因此對于換熱站節能自動化改造需要遵循以下幾項基本原則：

（1）換熱站要結合環境氣溫的變化自動調節供熱量。調節換熱量要通過調節一次管網的閥門的開度，控制熱水的流量來實現二次管網的水溫的控制。

（2）循環泵功率的選用一定要經濟合理。循環泵是保證正常的熱水循環，因此既要滿足每一位用戶的需求，特別是一定保證最高樓層的熱水循環，又要控制好循環泵的功率，以免選用過大，造成電能浪費。

（3）補水泵功率的選用一定要經濟合理。補水泵是對于管網中缺失的熱水進行及時的補給，這樣就不會導致由于管道、泵體、閥門等設備泄露引起的供熱系統不正常的問題。

3 換熱站節能控制系統設計

3.1 換熱站一次管網熱水流量的節能控制設計

二次管網的供熱量要根據當地外界環境的氣溫變化隨時進行調節，將設定的供熱量與實測供熱量進行比較之后，才能確定二次管網的熱水量，二次管網的熱水量又與一次管網的熱水量有著直接的關系，因此需要對一次管網的熱水量進行節能設計。一次管網熱水流量的控制系統要采用單閉環溫度系統，根據當前的控制技術水平，為了避免人工操作的失誤，最好采用電動閥門控制，為日后的熱網遠程監控打好基礎。該設計過程中主要涉及到的部件有，電動調節閥門主要的功能是實現對一次管網流量的調節；SKC62UA型執行器主要的功能是調節閥門開度，工作范圍的控制，還具有斷電彈簧復位功能，保證來電時自動恢復工作。

3.2 換熱站循環泵節能控制設計

結合供熱面積以及日后可能擴容的實際情況，要選用合適的循環泵，保證每一層樓的熱水循環。為了保證穩定的出水壓力，該系統也要采用單閉環壓力控制系統。本文中選用了37kW的循環泵四臺，這是最為主要的設備，采用三臺工作一臺備用的工作方式。為了實現自動化控制，需要采用FRN37P11－4CX變頻器、ID136閉環調節器、HFR1045電機軟啟動器、回水壓力信號變送器、回水壓力信號DBM20R－1型供水等電器元件，同時該系統需要設計自動報警裝置，在循環泵超壓或者不正常工作時及時自動報警，防止發生管道爆裂等事故。

3.3 換熱站補水泵節能控制設計

在長期的供熱過程中，管道、泵體、閥門的設備很有可能發生泄漏，從而導致循環水不夠，水壓降低，為了保證供熱系統正常的工作，需要對于缺失的水進行及時的補給。為了形成一個穩定的回水壓，該系統也采用單閉壓力控制系統。本文選用5.5kW的補水泵兩臺，采用一臺工作一臺備用的工作方式。為了實現自動化控制，需要采用PXR9閉環PID調節器、DBM20R－1型回水壓力信號變送器、FRN5．5G11S－4CX變頻器等電器元件。

4 應用效果

對換熱站節能自動化的改造之后，經過兩年的用戶體驗，居民對供暖給予較高的評價，改造取得了很好的效果，改造后的系統具有以下優點：

（1）供熱系統采用自動化控制，避免了人為的誤操作，系統可以更加穩定、高效、安全的運行，對于供熱量的控制更加合理。

（2）新系統的應用在節能方面有了很大的提升，取得很好的節能效果。通過數據顯示，變頻恒壓供暖的電能消耗比工頻供暖少了25.0%，并且供暖比原來更加穩定。

（3）通過改造之后增設了系統保護功能，這樣就可以避免了供暖系統發生故障時可以及時的報警，立即切斷電源，在一定程度上保護了循環泵、補水泵、管道等設備。

（4）使熱能更加高效的利用，避免了熱源的損失，供暖變得更加經濟高效，為日后遠程控制供暖打下了良好的基礎。

（5）補水系統實現自動化控制，這樣就可避免了水箱過滿，造成了水資源的浪費。

5 結束語

冬季供暖是我國一項巨大的工程，對于能源需求量是很大，但是我國人均能源占有量遠遠低于世界平均水平，長期以來我國發展節能減排、可持續發展道路，因此對于供暖系統換熱站節能控制系統的設計成為我國節省能源的重要途徑之一。本文中對于換熱站節能自動化進行了改造，實現了對于居民供熱的自動化控制，更加高效、節能、穩定、安全的完成居民供熱，產生巨大的社會效益和經濟效益，為我國可持續發展的實施做出貢獻。

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TU995

A

1004-7344（2016）03-0199-01

2015-1-10