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供热站能量调节分析

 

发布时间:2019-08-15    字号:【

    水力平衡调节需要的热量由热力站通过二次网供给。热力站能量调节实质上是按照热用户需要的热量调节热力站输出的热量,或者说,热力站根据负荷变化改变输出的热量。这是热力站能量调节的宗旨。同时,热量输送载体二次网流量也需要随着负荷变化,以便节能,这是热力站能量调节的主要目的。
一、热力站能量调节方式比较
  目前,热力站能量调节方式如下:
  1 二次循环水泵
  (1)多台相同规格型号水泵并联。按照负荷变化改变水泵运行台数。这种方法的优点是简单可靠,缺点是总装机容量
大,多台水泵并联运行效率下降,占地多。另外,水泵启动电流大(软启除外),对电网有一定冲击。
  (2)多台不同规格型号水泵并联。按照负荷变化改变水泵运行台数。这种方法不宜采用,不仅总装机容量大,占地多,而且多台不同规格水泵并联运行效率很低。
  (3)三台不同规格型号水泵切换。安装对应100%、80%、60%负荷三台水泵,三台水泵分别在不同负荷下运行。这种方法的优点是简单可靠,缺点是总装机容量更大,占地多。
  (4)一用一备变频高速泵。其优点是简单可靠,总装机容量小,运行效率高,占地少,节能效果最佳,启动电流小。缺点是一次投资大。
  (5)多台相同规格型号水泵并联,其中一台变频调速。这种方法的优点是降低了频调设备造价。但总装机容量大,占地多,特别是相当于几台大泵与一台小泵并联运行,运行效率降低。
  (6)多台相同规格型号水泵并联,每台变频调速。设计者的初衷是力求多台并联消耗运行状态同步,以提高水泵运行效率。这种方法不但总装机容量大,占地多,一次投资很大,而且即使多台水泵同步运行,部分负荷下并联运行的水泵效率更
低。
  2 控制方式
  (1)手动控制。不同规格型号水泵手动切换,或对多台并联运行的相同规模型号或不同规格型号水泵手动台数控制。
  (2)台数自动控制。对多台并联运行的相同规格型号水泵自动台数控制。
  (3)台数与变频调速相结合自动控制。多台相同规格型号水泵并联,其中一台泵变频调速。
  (4)一用一备变频调速自动控制。按照负荷变化改变水泵转数。
  (5)并联运行的多台相同规格型号水泵分别变频控制。多台相同规格型号水泵并联,每台水泵均变频调速控制,这是一种不节能、不经济、技术上不合理的控制方式。
  (6)用调节阀改变一次流量的自动控制。 
  3 被控参数
  (1)根据压力控制。确保管网最不利环节资用压力。
  (2)根据供水温度控制。
  (3)根据回水温度控制。
  (4)根据供回水平均温度控制。
  由于热力站能量调节是根据负荷变化改变热力站输出的热量,所以,热力站能量调节系统应该是一个输出量随负荷变化的随动调节系统。笔者认为以供回水平均温度为被控参数、具有室外温度补偿、执行器是一用一备的变频调速循环水泵的热力站能量控制系统较为合理。
二、热力站能量控制系统被控参数选择
  热力站能量控制系统被控参数选择至关重要,最理想的被控参数是热用户室内平均温度,但很难找到能够代表热用户室内平均温度的测点。而热力站的输出信号就是热用户的输入信号,热用户的输入信号需要随负荷变化,即,要保持一定的室内温度,热力站输出的热量必须随负荷变化。而供暖负荷发生变化的主要因素是室外温度,因此,上述问题实质上是寻找能够准确反映热力站输出热量多少的输出信号。该信号随室外温度变化,以满足热用户对室内温度的要求。这个输出信号即为热力站能量控制系统较为理想的被控参数。
  被控参数选择是以集中供热基本调节公式为根据的,即:
      Q1/ Q2=(θi-θo)/(θi-θod)               

(1)Q2/ Qd=(θa-θi)/(θad-θi) (1+β)            

(2)方程1、2联列求解,得:θa =θi +(θad-θi)[(θi-θo)/(θi-θod)] 1/(1+β)    

(3)θa =θi +K(θi-θo)1/(1+β)                 

(4)
式中:K=(θad-θi)/(θi-θod)1/(1+β)
式中:Q1/ Qd--建筑物耗热量相对值:
   Q2/ Qd--散热器散热量相对值:
   θa--二次网供回水平均温度;
   θad--二次网供回水平均温度设计值;
   θi--室内温度;
   θo--室外温度;
   θod--供暖室外计算温度;
   β--散热器传热指数。
  式4可作为集中供热基本调节公式。其中:根据β散热器调整;K根据θi、θad、θod调整。
  可见,要想使热用户保持所需要的室内温度,只要热力站二次网供回水平均温度随室外温度按式4变化即可。在供热系统运行期间,只有供回水平均温度能够准确的反映热力站供出的热量,因此,应该选择供回水平均温度作为被控参数。而供水温度或回水温度与室外温度函数关系是不确定的,换言之,单独调节供水温度或回水温度不能保证热用户要求的室内温度。选择供水温度或回水温度作为被控参数是不合理的。
  选择供回水平均温度作为被控参数,以室外温度为补偿信号,根据室外温度调节二次网供回水平均温度,以间接控制热用户室内温度。
三、热力站能量控制系统操作量选择
  热力站能量调节控制系统操作量选择也非常重要。控制系统操作量可以选择二次网流量、一次网流量或二者兼之。二次网流量通过循环水泵台数控制、多台相同规格型号循环水泵并联中一台泵变频调速控制、一用一备变频调速泵控制、调节阀控
制。一次网流量改变通过调节阀实现,进而达到热力站二交网能量调节的目的。选择二次网流量网作为热力站能量控制系统操作量,并使用一用一备的变频调速泵控制,是一种较好的控制方案。这种控制方案可以较好的满足热力站能量调节的要求,还可以达到二次网流量输送系统节能的主要目的。
  二次网流量变化时,换热器传热系数随之变化,而且换热器一、二次侧均具有热量的自平衡,所以,换热器一、二次侧热量能够平衡。换热器一次侧面无需增设调节阀。换热器一次侧设调节阀不仅增加投资,而且一次网阻力增大,调节过程中不容地破坏管网平衡。 
四、热力站能量控制系统框图
热力站能量控制系统框图如图1所示。热力站二次网供回水平均温度θa,二次网供回水平均温度初始给定值Rb,外温θo,二次网供回水平均温度根据式4随室外温度而变化。
二次网供回水平均温度初始结合实际定值Rb和补偿可根据实际情况调整。 
五、热力站能量控制系统 
  具有室外温度补偿的供回水平均温度控制系统与其它控制方式相比具有以下特点:
  (1)与台数控制方式相比,装机容量小,可连续调节,水泵运行效率高,节能效果明显,启动电流小,占地少。
  (2)与台数变频调速联合控制方式相比,其特点同(1)。台数与变频调速相结合相当于几台大泵与一台小泵并联运行,运行效果较差,尤其是变频泵流量较小时,效果更差,难以显示变频泵的优势。
  (3)与用调节阀改变一次流量控制方式相比,系统简单、可靠、经济。换热器一次侧安装调节阀没有必要,只要一次网输出 的总热量能够按照负荷变化以等比例分配给各热力站即可。各热力站间平衡由初调节完成。
  (4)与根据压力、供水温度、回水温度控制方式相比,系统运行稳定可靠。
  具有室外温度寂偿的供回水平均温度控制系统是热力站能量调节较为理想的控制系统。  
六、热力站的能量调节的必要条件  
  一次网供给热力站的热量要足够,这是热力站二次网能量调节的必要条件。否则会引起失调,即执行机器100%输出也不能满足热用户需要。可以推出二次网供回水平均温度θa2与一次网供回水平均温度θa1之间的关系:
θa2=θa1 -(θa1d-θa2d)P
  式中:θa1--一次网供回水平均温度;
     θa2--一次网供回水平均温度;
     θa1d--一次网供回水平均温度设计值;
     θa2d--一次网供回水平均温度设计值;
     P=(Q/Q d)/(K/K d);
     Q --换热器运行工况换热;
     Q d--换热器设计工况换热量;
     K--换热器运行工况传热系数
     K d--换热器设计工况传热系数
  上式可用图2表示,具有室外温度补偿的供回水平均温度热力站能量控制系统应在曲线10右侧运行,此工况下运行可以有效调节和最大限度节能,避免在曲线10左侧运行,该工况下运行节能效果差,甚至失调。          
  这里只要要求一次供给热力站的热量足够,一次网采用连续调节或断续调节、自动调节或手动调节均可满足二次网能量调节的必要条件。
七、结束语
  只要一次网供给热力站的热量足够,具有室外温度补偿的供回水平均温度控制系统是热力站能量调节较为理想的控制系统。该系统的特点是:被控参数确定为供回水平均温度,将供回水平均温度视为一个独立变量;执行器选一用一备的变频调速循环水泵。供回水平均温度给定值的初始值可调,供回水平均温度给定值随室外温度而变化,其变化率(补偿度)可调,变频下限限幅(~50%)可调。该系统也可以用于锅炉房供热能量调节。

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