袁銀生

(太原熱力設(shè)計(jì)院(有限公司)，山西 太原 030006)

近年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策號(hào)召，和國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，北方各地逐步開(kāi)展了取代以往單位、個(gè)人自建小鍋爐，用以集中供熱的大型鍋爐供熱或者用附近電廠(chǎng)余熱供熱取代。相比較在能耗上已經(jīng)是一個(gè)非常大的進(jìn)步。小鍋爐的燃煤效率正常只能達(dá)到30%～40%，就算是很不錯(cuò)的產(chǎn)品。集中供熱大型鍋爐的熱效率則能達(dá)到80%左右。電廠(chǎng)汽輪機(jī)組的發(fā)電效率在50%左右，利用余熱供熱后整個(gè)蒸汽機(jī)組的熱效能使用到85%左右［1］。集中供熱使整體的供熱能效提高，確定了其在供熱行業(yè)推廣的必要性。

另一方面，集中供熱的實(shí)施使城市熱源得以集中，燃燒物的脫硫、脫硝等減少，空氣污染的環(huán)保措施具備了實(shí)施的條件。以前分散供熱時(shí)無(wú)法進(jìn)行燃燒煙氣凈化。這是節(jié)能減排的主要環(huán)保措施。

城市集中供熱的實(shí)施是必要的，也是節(jié)能減耗的必然措施。那為集中供熱配套的計(jì)算機(jī)全網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)就是為優(yōu)化供熱效果，再次減低能源損耗的控制系統(tǒng)了。目前行業(yè)中作能源檢測(cè)的企業(yè)不少、作控制系統(tǒng)的也很多，市場(chǎng)基本是成熟的。但是在集中供熱的實(shí)施中、集中控制系統(tǒng)的建設(shè)初期和使用中仍有不少誤解和漏洞。不理解的地方大家能相互學(xué)習(xí)，漏洞就需要大家研發(fā)填補(bǔ)。就我個(gè)人的了解對(duì)城市熱網(wǎng)控制技術(shù)提出幾點(diǎn)見(jiàn)解。

整個(gè)集中供熱系統(tǒng)可以分為:熱源供應(yīng)系統(tǒng)、熱力站控制系統(tǒng)、集中監(jiān)視控制系統(tǒng)、全網(wǎng)平衡系統(tǒng)和能源分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。還應(yīng)包括熱源廠(chǎng)、熱力站、主要管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此次只是對(duì)系統(tǒng)中部分控制要點(diǎn)進(jìn)行分析闡述。

1 熱源供應(yīng)系統(tǒng)

北方地區(qū)現(xiàn)用熱源主要有燃?xì)忮仩t熱源、電廠(chǎng)余熱供熱、燃煤鍋爐供熱等。燃?xì)忮仩t燃料為天然氣，因其熱效高，燃燒產(chǎn)物主要是CO2和N2，H2O 等，屬于清潔能源，但其燃?xì)赓M(fèi)用高，目前在一線(xiàn)城市使用較多。電廠(chǎng)余熱供熱這幾年使用范圍在逐步擴(kuò)大，各地不少熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目正在實(shí)施，是一個(gè)不錯(cuò)的能源共享合理利用的范本。燃煤鍋爐供熱在北方地區(qū)使用比較多，結(jié)合當(dāng)?shù)氐某雒簵l件，鏈條爐、煤粉爐、流化床鍋爐等，每種鍋爐類(lèi)型不同其燃燒要求的煤熱含量不同，燃燒控制有所不同。但是不管是哪種鍋爐目的都是出熱量。

去過(guò)不少熱源廠(chǎng)，不少地方還是靠司爐工人工控制燃燒給煤、鼓、引分量等，煤的燃燒是否燃盡全靠經(jīng)驗(yàn)和驗(yàn)渣(驗(yàn)渣就是人為的用眼觀(guān)測(cè)鍋爐出渣的含煤量)，驗(yàn)渣工序在老一輩的司爐工那是常用的方法。曾經(jīng)有個(gè)熱源廠(chǎng)售賣(mài)爐渣，對(duì)方提了降價(jià)意見(jiàn):說(shuō)是今年的爐渣不如去年的爐渣含煤量高。這可以當(dāng)一個(gè)笑話(huà)的講，卻不能真的當(dāng)做一個(gè)笑話(huà)去對(duì)待。

在現(xiàn)在的鍋爐燃燒系統(tǒng)，控制點(diǎn)主要是:爐溫、爐壓、引風(fēng)量，鼓風(fēng)量和給煤量的配合控制。這就要求控制系統(tǒng)精準(zhǔn)的給定風(fēng)量和煤量。因?yàn)橐L(fēng)機(jī)或者是鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)在都要求變頻驅(qū)動(dòng)，有一定的調(diào)速范圍，可以調(diào)整風(fēng)量，給自動(dòng)化控制燃燒系統(tǒng)提供了方便。燃煤鍋爐爐膛要求是微負(fù)壓運(yùn)行，這就要求引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)之間根據(jù)燃燒情況進(jìn)行調(diào)整。還要保證爐膛溫度，爐膛溫度低容易滅爐，爐膛溫度太高對(duì)鍋爐使用壽命有影響，爐膛容易結(jié)焦。爐膛負(fù)壓控制目的之一是保證操縱工人的安全，如爐膛內(nèi)壓力太大，爐火將從觀(guān)察孔冒出，危害操縱工人人身安全且造成環(huán)境污染。目的之二為保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)燃燒。負(fù)壓太大，隨著引風(fēng)損失的熱能會(huì)增大，排煙溫度提高，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒，計(jì)算機(jī)將爐膛負(fù)壓控制在－5～－20 Pa 范圍內(nèi)，負(fù)壓控制是通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)速度完成的。利用鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的變頻器的調(diào)速特性改善風(fēng)量的控制品質(zhì)，降低風(fēng)機(jī)的電耗。這在具體控制時(shí)就需要作鼓風(fēng)前饋，提前給定引風(fēng)機(jī)因變量。

圖1 鍋爐燃燒系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖

2 熱力站控制系統(tǒng)

熱力站的自控系統(tǒng)的控制目的是穩(wěn)定用戶(hù)室內(nèi)溫度，提前進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。主要方式根據(jù)二次網(wǎng)出水溫度或回水溫度，進(jìn)行調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)側(cè)流量，也可以結(jié)合當(dāng)天的室外溫度作為補(bǔ)償變量因素，一般是根據(jù)室外溫度曲線(xiàn)提前2 小時(shí)進(jìn)行二次出水溫度規(guī)劃，并進(jìn)行實(shí)施調(diào)整。這是現(xiàn)在熱力站控制中目前主要的應(yīng)用方式，但實(shí)際應(yīng)用中還有一些因素需要完善考慮，如:

1)確定出水溫度時(shí)還需考慮用戶(hù)的新舊建筑及保溫效果，必要時(shí)可以在新舊建筑分水處再增加流量調(diào)整閥，對(duì)節(jié)能效果差的建筑進(jìn)行節(jié)能改造。

2)在分系統(tǒng)供暖系統(tǒng)中，應(yīng)在各系統(tǒng)補(bǔ)水支管上增加冷水表。熱力站的用水多數(shù)都取自自來(lái)水系統(tǒng)，只在自來(lái)水主管上安裝水表只能計(jì)量整個(gè)站區(qū)的用水量。而對(duì)于分區(qū)系統(tǒng)的失水量卻無(wú)法進(jìn)行量化。

3)二次供熱網(wǎng)定壓點(diǎn)的選取，二次供熱網(wǎng)的定壓是為了減少循環(huán)泵的出力，使循環(huán)泵的使用工況達(dá)到最佳流量工況。二次供熱定壓點(diǎn)的選取是否能準(zhǔn)確反映二次供熱網(wǎng)管道壓力就是關(guān)鍵。當(dāng)熱力站二次供熱壓力點(diǎn)選取在二次回水除污器后時(shí)，壓力值其實(shí)是不能真實(shí)的反映二次供熱網(wǎng)的靜壓，除污器或過(guò)濾器堵，定壓點(diǎn)壓力值減小，補(bǔ)水泵補(bǔ)水，會(huì)使二次網(wǎng)實(shí)際壓力值高于設(shè)定值，增加用戶(hù)室內(nèi)壓力管道承壓，造成用戶(hù)內(nèi)供熱管道崩裂跑水。

當(dāng)熱力站二次供熱網(wǎng)定壓力點(diǎn)選取在二次網(wǎng)回水主管水流方向除污器(過(guò)濾器)前時(shí)，壓力值能真實(shí)反映二次網(wǎng)靜壓值。除污器或過(guò)濾器堵時(shí)，二次回水壓力值會(huì)升高，循環(huán)泵進(jìn)水口壓力值會(huì)降低，使二次流量減少，輸出熱量減少，使供熱效果差。

圖2 熱力站熱控系統(tǒng)二次供回水局部圖

分析以上，目的是要說(shuō)明，熱力站的自動(dòng)控制中，二次網(wǎng)回水的壓力測(cè)點(diǎn)至少應(yīng)包括除污器前、除污器后，過(guò)濾器后，并對(duì)它們之間壓差進(jìn)行比較報(bào)警，定壓點(diǎn)應(yīng)選擇除污器前為合適。

3 集中監(jiān)視控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)在監(jiān)控中心的主要功能是把分散熱力站數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)集中顯示存盤(pán)，并對(duì)熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整給定?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)整給定基本上成套的自控均能夠完成。在熱力站回傳運(yùn)行數(shù)據(jù)的方式上有所區(qū)別，通常的數(shù)據(jù)連接所采用的幾種方式為:

1)自建局域網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)連接，采用光纖或數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行連接，光纖傳輸距離遠(yuǎn)，成本高;數(shù)據(jù)線(xiàn)只能是近距離傳輸，成本低，但都不便于維護(hù)，可靠性差。

2)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，企業(yè)自建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或加入移動(dòng)、聯(lián)通的局域網(wǎng)。自建局域網(wǎng)受傳輸距離和其他條件限制，不適合遠(yuǎn)距離連接;加入移動(dòng)、聯(lián)通無(wú)線(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行相對(duì)可靠，但運(yùn)行成本高。

3)利用互聯(lián)網(wǎng)連接，集中控制調(diào)度中心與分站點(diǎn)均連接至互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，運(yùn)行可靠，安裝成本和運(yùn)行成本都小。

圖3 二次供熱網(wǎng)參數(shù)巡檢圖

根據(jù)集中控制調(diào)度中心與換熱站位置相對(duì)分散，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)量不大的特點(diǎn)，建議用戶(hù)選用第3 種連接方法:利用互聯(lián)網(wǎng)連接。根據(jù)中心信號(hào)集中、多與分站點(diǎn)分布遠(yuǎn)，站點(diǎn)多的特性，可以申請(qǐng)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)，建立基于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的局域網(wǎng)，或采用基于VPN 技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)連接方式。申請(qǐng)專(zhuān)線(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)相對(duì)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行成本高些，穩(wěn)定性更好，但是VPN 技術(shù)連接比較而言，運(yùn)行成本低，安全可靠性也好。

4 全網(wǎng)平衡系統(tǒng)和能源分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

4.1 全網(wǎng)平衡系統(tǒng)

對(duì)于城市集中供熱控制系統(tǒng)，控制中心可能只有一個(gè)或者幾個(gè)。熱力站會(huì)有很多個(gè)，在一次熱水給定量確定的情況下，對(duì)于供熱初期的熱力站均要根據(jù)其供熱面積，地勢(shì)高低、距熱源的遠(yuǎn)近等因素進(jìn)行熱量或者流量預(yù)設(shè)給定。同時(shí)，系統(tǒng)的耦合因數(shù)的體現(xiàn)，將視系統(tǒng)的規(guī)模而定，比如，北京、天津這樣大城市的供熱系統(tǒng)，其系統(tǒng)的魯棒性非常高，局部的變化對(duì)系統(tǒng)的整體影響就小。而北方一些地方性的小型供熱系統(tǒng)，由于其規(guī)模小，相應(yīng)魯棒性就低，局部的變化對(duì)系統(tǒng)整體的影響也就大。換熱站控制器為相互獨(dú)立的控制單元，由各站的控制器，獨(dú)立的對(duì)站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)整。

所以集中控制系統(tǒng)首先應(yīng)建立全網(wǎng)控制一體化系統(tǒng)，全網(wǎng)平衡系統(tǒng)。一旦其中一個(gè)站或者幾個(gè)站的用熱量或者給定一次水量發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)其發(fā)生變量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響進(jìn)行全網(wǎng)變量計(jì)算運(yùn)行，即每個(gè)熱力站的給定量都可根據(jù)供熱總量范圍內(nèi)發(fā)生的變化量進(jìn)行隨動(dòng)變化調(diào)整。

4.2 能源分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

根據(jù)當(dāng)年的室外溫度、天氣情況等因素，綜合熱源供熱量或者能源消耗量和供熱用戶(hù)的實(shí)際情況、供熱面積等因素進(jìn)行分析，綜合評(píng)價(jià)能效利用情況。不斷增加節(jié)能減耗方式、改進(jìn)供熱調(diào)控曲線(xiàn)、提高供熱效果。

優(yōu)化算法，能源分析系統(tǒng)擁有獨(dú)立的自控優(yōu)化算法軟件包，包括:氣候補(bǔ)償算法、全網(wǎng)平衡算法、能耗分析等，滿(mǎn)足供熱單位在控制優(yōu)化和節(jié)能降耗方面的需求。

同時(shí)，在優(yōu)化算法服務(wù)中，考慮在工作日和節(jié)假日的情況下，終端用戶(hù)的使用習(xí)慣;考慮室外溫、降水、風(fēng)向、風(fēng)力等對(duì)系統(tǒng)的影響;考慮用戶(hù)實(shí)際情況下(如熱用戶(hù)違規(guī)安裝散熱片)和熱源負(fù)荷不足時(shí)的控制策略，使得系統(tǒng)變的更精準(zhǔn)、更節(jié)能。將熱源的運(yùn)行數(shù)據(jù)接入能源分析系統(tǒng)，在優(yōu)化算法運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)熱源數(shù)據(jù)與換熱站運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，提升系統(tǒng)的綜合處理能力。

同時(shí)，熱源數(shù)據(jù)和熱力站數(shù)據(jù)的接入為熱源負(fù)荷預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)熱源(鍋爐)運(yùn)行數(shù)據(jù)、換熱站運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)等歷史數(shù)據(jù)的挖掘，逐步積累整套供熱系統(tǒng)(熱源、換熱站、管網(wǎng))的運(yùn)行特點(diǎn)，并將特性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在實(shí)際供熱運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)將根據(jù)氣象預(yù)報(bào)和系統(tǒng)運(yùn)行特征數(shù)據(jù)，計(jì)算出供熱的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)供熱系統(tǒng)運(yùn)行。并在今后的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不斷地積累改進(jìn)算法，增加功能，在保證供熱效果的前提下不斷地降低能耗標(biāo)準(zhǔn)。

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