换热站节能改造

《工业控制计算机》2010年第23卷第10期换热站节能改造Control of Energy Exchange Station嵇启春李金(西安建筑科技大学信息与控制工程学院,陕西西安710055朱京卫(陕西紫光自动化系统工程有限公司,陕西西安710056城市集中供暖已成为我国热网节能改造的主要发展趋势,采用合理的节能改措施,以延安城市供热控制为研究背景,以实现各换热站无人值守自动控制、数据传輪、集中监控为主要工作,并给出了系统改逵后取得的良好效果。关键词:换热站,自动控制,节能AbstractCity central heating has become a major energy saving heating network trends, this paper reasonable energy-savingmeasures to Yan an city heating control for the research background in order to achieve the heat exchange station auto-matic control, data transmission, centralized monitoring as the main work and transformation of the system is given after thegood results achievedKeywords heat exchange station, automatic control, energy saving城市热网的热交换枢纽是换热站,它发挥着举足轻重的作从控制的角度来讲,集中供热换热站控制系统主要由3个用,要对整个热网实现自动控制可以将热网中的各个换热站为控制回路。分别是:换热器二次供水温度调节控制回路;二次供控制小单元,以点及面,实现整个热网的自动控制,最终达到节回水压差调节控制回路即流量控制;二次回水定压控制系统。要能的目的实现热网的自动控制及未投入自控时存在的问题主要做到以下1换热站基本的结构与功能几个方面。简单地说,一个换热站就是指热能交换机组将热量从主传21管网水利平衡系统输管网系统传送至热能用户方设施,并联结这两个系统的枢纽。供暖系统能稳定的运行,是系统实现自动控制的前提所以未投入自控控制的换热站一般有换热器循环泵、补水泵、手动首先要解决水利失调的问题。使用平衡阀可以有效地保证管网调节阀等简单的设备组成,结构如图1所示。静态水力及热力平衡,它的工作原理是通过改变阀芯的行程来改变阻力系数达到调节流量的目的,对于每一环路只需安装个平衡阀(安装于回水管路的直管段上),不需要安装截止阀,这样就可以消除个别用户室温过低或过高的弊端,并同时达到节煤、节电各15%的目标;同时,当检测到管网的实际压力大于设图1未实现自动控制的换热站结构图计压力时,为保证整个系统仍可稳定运行,则需要在供暖系统的图1所示换热站常存在以下缺点:①管网水力失调热用户二次回水管与补水箱之间安装泄压阀,更容易实现水力工况平受热不均离换热站近的用户能达到甚至超过采暖标准温度,远衡、满足设计供水温度的要求。离换热站的用户采暖温度低不能满足用户供热需求;②二次供22二级网供水温度控制水温度难以控制;③系统用电量大等当换热器的二次供水温度偏离设定值时,控制调节系统就2实现热网自动控制的措施自动改变电动调节阀的开度,从而改变进入换热器的一次热媒初步设计系统结构如图2所示。的流量,改变传送到换热器的热能,使二次的供水温度稳定在设定值附近,根据不同情况,常见的控制方式有经验调节、分时段调节、定温调节。为了做到既经济运行又保证供热质量,可以采用经验调节方式控制二次供水温度。控制器内部设有气二次水通度候补偿曲线(可由技术人员根据本地区的气象情况经验曲中国煤化工示),分CNMHG温与二次供水温度、L次回水温度与二次供直外品度图2实现自动控制的换热站结构图水温度,传给智能PD图3温度补偿调节曲线换热站节能改造控制器自动调节一次管网上电动调节阀,来改变一次网进换热25数据采集与监控系统(计量与统计)器的流量,保证二次网供水水温与其设定值相符,从而保证初在热网系统中, SCADA热力调度实时监控系统是应用现代寒中寒和末寒的供暖温度,为消费者提供高度舒适感。二次供先进计算机及其网络技术集换热站保护测量监视和远传控水温度调节控制原理如图4所示制于一体采用计算机远程集中监控替代常规的人工测控通过设备间相互交换信息和数据共享,实现对换热站运行自动监视管理,协调和控制,提高了换热站的保护和控制性能,系统通信匚款u的示意图如图6。器图4二次供水温度控制原理图23变频技术的应用交流异步电动机的节电措施,就是采用不同方式的调速节能,一般较为常用的调速方法有液力耦合器调速、串级调速、电路出磁调速和变额调速四种。相比而言,变频调速节电效果显著。近网络年来,应用较为广泛,尤其对水泵运行时转速的控制上,根据水泵所耗功率与转速的三次方成正比的原理。P=Kn式中P-功率,wK_比例系数;n-电机转速,/min图6通系统示意图循环水泵是为了控制系统保持一定的压差,保水的数据采集与监控系统的建立是实现整个热网热力平衡热流量使热量带给用户。假如系统的流量需要减少20%,相应的力整体调度和换热站内无人职守自动控制的基础电机转速应降低20%,实际转速为80%,则08≈51%,以期节3工程实例电49%。基于这一原理,采用变频器调速控制方式来调节流量本文选用延安市热网改造项目为研究背景,延安市政供暖这在节电上是行之有效的方法。主要有两个热源,一个是热电厂供热能力160万m2,一个是三換热站内循环水泵以变频方式工作时,由压力传感器检测台热水锅炉供热能力是36万m2,现有换热站数量共31个,以供水与回水管网实际压差,管网实际压差与设定压差经过比较其中一个换热站作为主要研究背景,此换热站设计供热面积为后输出偏差信号,由偏差信号控制调整变频器输出的电源频率,15万m2,供热容量1050MW,改造前是有人值守的非自动控制改变水泵转速,使管网压力不断向设定压差趋近。利用变频调速系统,为了维修方便系统内原设有几个简单的手动阀门,结构可控制管网压力原理图如图5所示。参考如图1所示。对该系统进行节能控制改造安装温度、压力传感器,对供回水的压力温度进行实时检测将循环泵、补水泵是}}北营同侠图压力由工频运行方式改为变频PD运行,在换热机组一次侧安装电动调节阀和热量计量设备,通过气候补偿仪和二次供水温度信压力传毒器号实现对电动调节阀的智能PD控制,并对换热站整体的供热日5变频调速控制管网压力原理图效率进行监测和统计,所有数据通过控制器上传至监控中心,进这个闭环控制系统通过不断检测、不断调整的反复过程实行集中存储和分析。系统改造前后运行情况对比如表1所示。现管网压差恒定,从而使水泵根据需水量自动调节供水量,达到表1系统改造前后运行情况对比节水的目的,采用这一技术还可获得明显的节电效益。由于人为因素以及管网不可避免存在跑、冒、滴、漏现象,导两系晚定定流,变流早形式并青改水方及严一改判白度一致水压不稳定,所以需要采取措施来维持水压恒定。常见的定压水系人愿『水梨、次水系均文有安椭调的东来配白先遗方式有膨胀水箱定压定压罐定压、间歇补水定压、连续补水定汇凭透的调控设备压、变频调速补水定压,相比较而言,供暖系统的定压宜采用变典运调方村监视现场地调节变打返蕴山规马政地自了动调节并存频调速技术定压。根据恒压点的实测压力值与设定压力值的比|式能建计系棒)是全种了下”方太行内弁调吾控制较偏差,来通过变频器改变补水泵的运行频率,保证恒压点的压力恒定(1)水力平衡节约热能24系统安全保护根据经验,通过换热站自动调节各换热站实际一次流量与为使系统无故障时安全运行,出现故障时能及时报警迅速理论流量计算值相比误差范围在5%以内实际管网流量为改造采取措施补教,系统可设有手动/自动切换电路,当切换至自动前同时期的85%供出的实际热量是设计理论热需求的90%。位置时,系统可根据供回水压差的变化,自动调节变频泵的转速(2)人工费用的节省比较和自动启动、停止备用泵,以维持管网供回水差压恒定,当变频改造前是有人全天职守改造后成为无人职守,在整体人工控制电路出现故障时,可切换至手动位置,使循环水泵直接在工费用中国煤化工%频下运行保证正常供暖。当二次侧压力超过设定值时降低变频器频率,既补水泵转速,当二次侧压力超高时,停止补水泵运CNMHG吉-年当中节约的费用,转并发出报警信息,自动开启泄压阀。除了管网压力的高限和低以此作为参照延安市31个换热站,节约的电能达可到改造前限,系统还设有出水温度的高限低限报警和连锁。的20%左右(下转第108页)108基于TB6588FG的无传感器BLDC电机控制器设计及实现如图3所示,(a)阶段是DC激活时间,DC激活时间的调整公式数字电位器。通过MSP430F2012的两个O口来进行调节调为TFX=069Xc2XR1;(b)阶段是强迫通讯时间,不同的电机通节方式是UP/DOWN。通过设置CAT5119可使阻值最大调整过改变C1和C2电容的值可用来调整电机的启动。为100,最小为1000,这样控制速度的范围为500-2500转/分钟如当需要调整转速为1200转/分钟时,通过动态调整数字电位器的阻值,来适应负载的变化。使速度稳定在设定的范围上。模拟调压电路如图5。CSvt]·G5图3电机启动引脚电压变化图一DDGN4过电流保护电路阀门控制在实际应用中经常会发生电机堵转的意外情况,电机堵转可能会造成电源和电机的烧毁,TB6588FG的限流保图5调速电路护是通过内部的比较器来实现的,如图4所示,驱动器内部具有3)程序软件流程:因为采用速度脉冲信号一个比较器,负输入端固定电压为0V,流过电机线圈的电流电机专用驱动芯片,所以对电机通过R1电阻的采样送入驱动器内部,通过驱动器内部的滤波的控制软件就很简单,主要的工「上升沿插获运时歌提n网络接入比较器的正输入端。如流过R1的电流大于设定值,则作就是设置MSP430F2012的此电压会大于05V驱动器关闭内部驱动电路。在此电路中R2内部定时器的工作方式其具有下降沿捕获定时器数2和C2是起RC滤波作用防止PWM切换时的噪声引起的保护两个捕获定时器捕获的触发方误动作。如当R1=033时,最大限流电流为:式选择上下沿捕获,然后把两次计算速度T-T2Tlou(yp)=0.5(v033=15A捕获的定时器的数字想减,就可和设定值比较产生比较误差数据得出其速度。如果跟设定有误差通过调整模拟电压来调整速「设调整機拟调整地压TB6588FG度。软件调速的中断服务程序流程如图6。6结束语图6软件调速中断程序流程图针对阀门的无传感器三相Voc-D.5v无刷电机控制系统的特点,采用MSP430单片机结合88FG设计的电机调速控制系统。利用了TB6588FG的硬件电路,简化了整体的电路设计,同时降低了软件的编程难度,使整个系统更加稳定可靠图4过流保护电路5速度检测控制參考文献1)速度检测:TB6588FG具有速度输出脚FGOUT,电机没[1TB6588G_en_datasheet080425.http://www.semicon.toshiba有启动或电机发生异常是此脚输出为低电平。当电机被正常启com. cn/动,此脚输出速度信号MSP430F2012定时器具有捕获功能通[2MsP430F20xDatasheethttp:/www.tl.com过捕获速度脉冲的上下沿来算出速度,然后去调整数字电位器3沈建华杨艳琴骁曙MSP430系列16位超低功耗单片机原理与的阻值来调整控制速度的电压。应用M]北京:清华大学出版社,20042)速度调节电路CAT5119具有32为节点阻值为10的收稿日期:2010.722(上接第110页)参考文献[1]唐卫热力站自动监控系统基本思路与控制模式分析[J]区域供热频还行时费用锁运行时费用老打式2001(5):9-13漏水/两用·备席力/孟哲,刘应宗,金字澄我国集中供热的现状与对策[J华东交通大补水12.6力/年学学报,2004(6):18-22结束语3]邓雪荣莫敬一浅谈供热站节能降耗的技术和措施[]资源节约与本文设计了全天无人职守的自动控制换热站,并在实现换热站节能控制的同时,以换热站作为城市热网各个节能点,采中国煤化工连:大连海事大学2006SCADA系统最终达到整个城市热网的节能控制。在实际工程应CNMHG合肥工业大学205中的应用分析[D]天津:天用中,通过对改造前后系统的用电量、热能、人工管理成本上进津大学,2008行比较确实达到了明显的节能效果。[枚稿日期:201062]