城市集中供暖系統節能及換熱站控制系統的設計

張顯亮

天津市熱電有限公司

城市集中供暖系統節能及換熱站控制系統的設計

張顯亮

天津市熱電有限公司

在如今我國發展中，集體供暖普遍性增強，能源消耗增多，提高能源利用率，改善供暖系統節能效率及換熱站系統的設計，根據換熱站的基本結構與工作原理，改善供熱效率，達到供熱率高，維修簡便，運行可靠，解決能源大量消耗問題，減少浪費，達到長期共存。

節能；換熱站控制系統；集中供暖系統；設計改造

伴隨著我國經濟的迅猛發展，能源的消耗也逐漸增多，迄今為止，我國是第二大能源消耗國，其中占比重最大的是供熱采暖。因為它本身的低污染，高質量等優點，使得它的利用率增加，城市集中采暖模式的長期存在也伴隨著嚴重的能源消耗問題。然而，換熱站作為熱交換中的關鍵組成，有效的控制著整個熱網，是熱源與熱用戶的中間紐帶，在城市集體供暖系統中起著至關重要的作用。熱水管網主要由兩部分組成：一是城市熱源管網與換熱站之間的連接稱為一次網，另一個是用戶和換熱站之間的連接稱為二次網。而換熱站只是一個機房，連接一次網和二次網，機房中有各種電氣設備測量儀器。

1.換熱站的基本結構和基本工作原理

（1）基本結構

城市集體供暖系統中的換熱站以用戶換熱站為主，設備的數量少，主要是由幾臺簡單的水泵和熱交換器組成的循環體系。其中最常見的是換熱器，循環水泵，補水泵和各種閥門。

在整個供熱系統中會遇到用戶熱設備受熱不均，因為距離換熱站的遠近等問題造成供暖溫度的不一致，正是由于換熱站整體系統中大功率設備的存在，也使之成為主要耗能體。

（2）基本工作原理

換熱站的供熱傳熱主要依靠一次網和二次網的配合完成整個過程。首先由一次網將城市熱源管網的熱水通過交換器把二次網中的水升溫至達到傳送的標準溫度，送達至各個用戶的家中，在經過熱交換器，循環水泵等設備流回換熱站。

2.換熱站控制系統節能設計依據

保證用戶能夠得到穩定滿意的室內溫度是建設換熱站節能控制系統的主要目的，由于每一個用戶的熱水循環并不是一個獨立的個體，不能形成一個閉合的水流回路，所以出現室溫不穩定，二次網中的水溫高低主要由一次網中的水溫、流量決定。為實現能源的節約和高效率的利用，有效控制二次網的水溫是重要之舉。加之換熱站中大功率設備的存在，換熱站節能控制必須遵循以下原則：

（1）改變水流量，通過對一次網開關閥門的調節，讓流出一次網的水流變小，讓二次網的水溫在一次網流出的水流中慢慢升溫，讓水流達到充分的利用，一次網的水流量必須在一個單一的閉合回路中，由于對溫度的要求，需要嚴格控制一次網管道的材質，直徑，以及其它的組成構件。包括完成一次網水量要求的調解閥門要保證水流的整個流經長度最長可達四十毫米，保證管道的壽命。以及SKC62UA型號的執行器對于控制閥門的調節，保證閥門的開放時間的長短，閥門開口的大小等。

（2）控制循環泵，使得送達用戶的水溫符合標準，減少運送中管道因外界環境因素造成破裂的風險，達到節能環保，經濟可靠的原則。

（3）控制補水泵，解決從二次網流出的水在傳送過程中的斷流，以及傳送設備損壞的問題，以及其它設備的保護，保證運行過程中功能的穩定，其中斷電，保溫，管道破裂問題的出現。都需要通過補水泵保證整個過程的順暢。

3.實現換熱站系統節能控制的措施

換熱站的正常運行不僅要嚴格遵循設計依據，也要提高設計水平。主要通過對換熱站中設備的升級，水流量的高效利用。包括電源，一次網，二次網，補水泵，循環泵等設備。

（1）補水泵與循環泵的控制系統的設計

首先保證一次網是一個單一的循環水路，穩定的水壓。在換熱站中使用某些微小器件例如變頻轉換設施，頻率電流保護裝置等。在整個換熱站中設置變頻電流以及單一閉合壓力系統，有效的保護變頻器的負載端，安裝電機軟啟動器，自動調節系統的啟動停止等操作。設置報警器，以防水管破裂問題的出現。

（2）一次網水量的控制，二次網水溫的控制

使用自控閥門，有效精確的控制一次網水的流量。減少不必要的損失，用以節約水量保證水溫。

二次網水溫控制，減少外界因素干擾達到水溫標準。循環過程如圖。

（3）電源的節能改善

設計高效率的電源，在負載的控制范圍內，安裝合適的系統。保證四個穩定的供電回路，電流，熱網循環水量，回水電壓和供電電壓都需以數字的形式顯示出來。電源對閥門的數字化控制，對水溫的感應，使工作人員得到準確的信息。

4.換熱站節能控制系統的應用

AF20RM-A是一種可編程的控制器，用于對循環泵和補水泵的控制管理。將電源安裝在1#GGD型號的電氣柜中，需要滿足四個裝有點亮表的回路，工作人員對整個回路的負載電壓，電流，供回水壓力，溫度數字化的記錄。

（1）應用報警功能的循環泵，防止水管破裂，閥門損壞，水量損失。

（2）有效解決循環水量，保證了二次網供回水溫度標準，減緩外界因素對水溫的影響。

（3）循環泵與補水泵的設置是系統的重要組成，變頻控制保證供暖有效穩定節約電能，減小水壓不平衡現象。

（4）換熱站節能系統的保護，在斷電短路等情況出現時，有報警現象可及時通過補水泵補救，延長了電機水泵的壽命。

（5）補水泵中補水箱水量的控制，減少因水量過大引起外溢的水量浪費的現象。

（6）在系統設計中為避免熱量的損失，設置無線監控，保證送達用戶水溫達到一致標準。

5.結束語

在實現糧食節約的同時，也要保證能源的高效利用。冬季使每一個用戶的室溫達到穩定合理。抓住系統設計中的細節，每一環節都保證節能的標準，降低成本，提高能源利用率，使系統在運作過程中，達到安全穩定的標準，做到經濟運營，實現雙贏。

[1]朱世豐.供暖企業換熱站控制系統設計與研究[D].沈陽工業大學,2006.

[2]劉楠.換熱站溫控系統控制算法優化及遠程監控系統設計[D].天津理工大學,2014.

[3]楊笑樂,姜坤.有關熱網換熱站供熱運行節能措施探討[J].城市建設理論研究:電子版,2012（5）.