集中供熱機組全自動控制方法研究

摘要：現階段，我國的工業化建設迅速，在工業物聯網時代，“互聯網+”技術的引進有助于從系統工程層面提升集中供熱系統的生產、運行、管理和服務水平。為集中供熱領域提出一套“互聯網+”智能供熱系統，將集中供熱物理系統和信息系統深度融合，形成“數字孿生”新型應用模式。以“熱源—熱網—熱力站—用戶熱力輸送”為主線，采用B/S架構，形成由數據感知層、數據采集層、數據訪問層、業務邏輯層、表示層與終端訪問層組成的智能供熱系統。在某源網一體基層熱電企業實現了“互聯網+”智能供熱平臺示范建設應用，建設了全網水力平衡分析、源網一體化協同調度、能耗統計與分析、經營收費管理、客戶服務管理等子系統模塊，在供熱指標能耗降低、經營成本節約、工作效率提高和服務質量提升方面取得了顯著成效。

關鍵詞：集中供熱機組;全自動控制;方法研究

引言

隨著城市化建設的不斷完善，越來越多的原有小區供熱方式被集中供熱方式替代。相比于小區供熱方式，大型城市集中供熱方式不僅能夠最大程度提升能源利用效率，還能夠有效減少大氣污染，進而可以為生產運營節省開支，優化管理，且更易于實現科學管理，更重要的是能夠提升供熱質量。

1重要性

當前，我國集中供熱事業飛速發展。2018年的全國集中供熱面積相比1990年增長了35倍。近十年來，熱電聯產機組應用規模持續擴大，目前占比達到37%，其中系統熱源類型正由單一結構向多源互補轉變，熱網運行工況趨于復雜多變，熱用戶服務標準日益提高。目前，在國內基層熱力企業的實際生產運營中，存在智能化水平整體偏低、管理方式較為粗放等問題：一是一部分集中供熱系統尚未實現對重要參數的遠傳遠控，缺乏對在線診斷與實時分析的數據支撐，水力失調和冷熱不均的情況時有發生;二是由于缺乏對數據采集和數據共享的保障，智能熱網實施前后的指標經濟性、運營時效性難以評估;三是收費客服系統功能不完善，熱用戶服務不能滿足互聯網信息化時代要求;四是在已建立的供熱運行管理平臺中，熱源、熱網、熱力站與用戶之間存在信息壁壘，運行調節策略大多基于局部系統考慮，未能實現源網協同控制。

2城市供熱系統節能的問題

2.1集中供熱系統中的鍋爐運行熱效率偏低

現階段，城市供熱系統在使用過程中存在的主要問題在于供熱系統中的鍋爐運行熱效率偏低，據調查顯示，我國民用建筑鍋爐的熱運行效率遠遠低于國家標準，鍋爐熱運行效率偏低往往會導致資源的浪費，不能保證集中供暖系統運行的效率和質量。據分析可知，影響集中供暖系統中鍋爐運行熱效率的主要因素為燃料自身的質量較差，我國集中供暖系統中使用的原料普遍為質量較差的原煤，這些燃料本身存在較大的雜質，在燃燒的過程中存在燃燒性能較差的問題，不能很好的滿足集中供暖鍋爐燃燒的需要。

2.2供熱管網輸送效率低

供熱管網輸送效率低也影響著城市供熱自動化節能減排的效率。供熱管網熱輸送效率的計算方法為：計劃由管網輸送的熱量總和減去在輸送過程中損失掉的熱量總和，在此基礎上除以真正獲得的熱量總和，得到的數據即為供熱管網的輸送效率。現階段，我國對于供熱管網輸送效率有著明確的要求，但在供熱管網實際輸送過程中表現出的問題在于輸送效率遠遠低于國家標準，導致供熱管網效率低的主要原因在于供熱管網自身結構存在的問題，例如熱保溫損失、水力失調或者存在熱泄漏的問題。

3優化措施分析

3.1負荷控制方案

熱水鍋爐的負荷計算存在3個變量：出水流量、出水溫度和回水溫度。其中，回水溫度屬于外部邊界參數，無法通過機組進行調節，因此負荷控制方案設計只需要考慮出水流量和出水溫度這兩個變量。但由此計算出的機組負荷需求并不能夠直接表征鍋爐出力，所以無法作為鍋爐主控的設定值。本文引入焓值這一中間變量，先計算鍋爐出水焓值與鍋爐給水焓值的差值，并將其與負荷控制構成串級調節回路。主調回路（負荷控制回路）維持負荷穩定并響應熱網側變負荷需求;副調回路（焓值控制回路）快速響應主調回路的鍋爐負荷需求，并通過前饋與負反饋的調節方式進行鍋爐負荷的輸出。輸出結果為0～100，通過不同的函數折算傳遞給下面的風量、煤量、床溫、氧量等子調節回路進行調節.

2.2供熱管網分層管控技術的應用

供熱管網分層管控技術能夠在使用的過程中實現對于熱量管理體系的分層，現階段往往將熱量管理體系分為三層。其中第一層管理也就是熱力站管理，在進行調控的過程中由管理人員進行數據信息的收集和監控，同時，及時發現其中的異常數據，并進行相應數據的傳輸。此外，通過運用調控中心的計算機系統還能實現針對數據的收集和處理，從而根據實際需求來進行數據相關命令的發布，以此來保證按照熱量需求進行分配，這樣就大大提高了供熱的效率和資源運用的有效性。第二層管理的核心主要為監控分站，使用監控分站來實現對下屬區域中各個熱力站的實際運行狀況的監督和管理。最后一層是中控室，主要運用流程在于：首先由下位機來實現控制指令的接收，控制指令主要通過監控分站的轉發到達下位機，這種運行方式能有效提高下位機的運行安全性，在使用的過程中滿足熱量調控的目標。在下位機中主要運用到的調控方式為PLC控制器，這一控制器的主要功能在于進行信號測量、完成控制操作和進行預警。其中，信號測量主要表現在運用下位機能實現對指令的讀取，主要包括的數據為一二次供熱管網中的供熱參數。此外是完成控制操作，在這一操作過程中往往運用到單回路控制的方式，在這一過程中運用下位機來提高熱量調控的科學性。最后是進行預警，這一功能主要為了保證供熱系統運行的安全性，控制器在使用的過程中對管網數據進行監控，如果在監控過程中發現，例如管網壓力、泵的啟停、水箱液位變化等，則會通過發出報警信號的方式來進行提示，從而由相應的技術人員進行故障檢修，以此來保證供熱系統使用的穩定性和安全性。

結語

隨著能源互聯網技術的快速發展，先進的互聯網信息化技術與集中供熱系統的融合愈發深入，應用更為廣泛。在“互聯網+”智能供熱系統的加持下，在滿足基層企業供熱數據遠傳、運行遠控的基礎上，未來可進一步“做實底層，激活云端”，進一步促進基層供熱企業節能降耗、提質增效，實現熱力“產—輸—配—售”全過程精細化、標準化、智能化管理，穩步提高客戶服務水平，用“互聯網+”智能化先進應用滿足客戶需求，提升企業供熱運行效率和品牌價值。

參考文獻

[1]華電電力科學研究院有限公司.熱電聯產供熱節能改造典型案例[M].北京：中國電力出版社，2020.

作者簡介：喬紅軍，出生年月：1977.9.4，性別：男

民族：漢，籍貫：山西澤州，學歷：大專，畢業院校：太原重型機械學院，研究方向：供熱工程，職稱/職務：經理

（中石化新星雙良地熱能熱電有限公司 山西 太原 030032）