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        電氣自動(dòng)化在供熱節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

        2022-03-13 00:56:49肖強(qiáng)剛
        今日自動(dòng)化 2022年12期
        關(guān)鍵詞:供熱管網(wǎng)流量

        肖強(qiáng)剛

        (青島東億能源集團(tuán)有限公司,山東青島 266061)

        目前中國北部地區(qū)的冬季采暖以集中供熱為主,能耗高。如何進(jìn)一步提升采暖技術(shù),達(dá)到節(jié)能減排的目的,已成為各有關(guān)部門面臨的重大課題。因此,提高供暖質(zhì)量和效率,對(duì)我國城市供熱行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。節(jié)能減排在各個(gè)方面都得到了廣泛的重視,將節(jié)能技術(shù)用于供暖是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢,有關(guān)專家和學(xué)者在節(jié)能技術(shù)上投入的研究也越來越多,取得了一些成果;將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中,不但能減少員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且能極大地提高供暖的質(zhì)量和效率,實(shí)現(xiàn)對(duì)供暖系統(tǒng)的自我調(diào)控。

        1 電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)作用

        1.1 減少環(huán)境污染

        電氣自動(dòng)化的環(huán)保性主要表現(xiàn)在節(jié)能方面,為了減少對(duì)環(huán)境的污染,要確保所有的資源和能量都得到最大程度的利用,從而達(dá)到環(huán)保的目的。

        1.2 降低電能消耗

        在電網(wǎng)中,無功是一個(gè)重要的組成部分,其存在會(huì)使電源裝置的能量大量流失,從而使電能的消耗量增大,將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的性能和工作產(chǎn)生一定的影響。同時(shí),無功電力也會(huì)使電力使用者的電力消耗增加。但如果采用了無功補(bǔ)償裝置,則可以維持電力系統(tǒng)的功率均衡,提高系統(tǒng)的功率因數(shù),使系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定,同時(shí)又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。此外,通過增加濾波器等裝置,可以減少電網(wǎng)的諧波危害,使電網(wǎng)正常工作,這樣既能保障使用者在使用電力時(shí)的安全,又能減少運(yùn)輸過程中的電力損失。濾波器由于其自身的特點(diǎn),是當(dāng)前降低諧波所造成的傷害的最佳途徑。

        1.3 減少企業(yè)生產(chǎn)成本輸出

        要想減少企業(yè)生產(chǎn)成本輸出,就必須實(shí)現(xiàn)高效的電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于企業(yè)而言,要想實(shí)現(xiàn)高效的電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),就必須有堅(jiān)實(shí)的電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)作為支撐。這樣不但可以極大地提高生產(chǎn)效率,而且可以減少能源消耗,降低成本,實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)利益。因此,開展電力自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和可持續(xù)發(fā)展的需求。

        2 供熱管網(wǎng)中出現(xiàn)的問題

        2.1 水力平衡失調(diào)

        只有在管網(wǎng)水力平衡的情況下,才能保證供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定和供暖的均衡。目前一些系統(tǒng)的工作壓力達(dá)不到正常的工作要求,造成了熱網(wǎng)供熱失衡:設(shè)計(jì)值未考慮到后期發(fā)展的規(guī)劃,導(dǎo)致設(shè)計(jì)值偏??;管徑設(shè)計(jì)不合理,或由于管網(wǎng)阻塞,造成了較大的阻力損耗,超過了裝置提供的壓力,熱網(wǎng)失水嚴(yán)重。系統(tǒng)補(bǔ)水量不足,無法保持必要的水壓,由于缺乏科學(xué)、合理的控制手段,采用低溫差、大流量的供暖方式,造成了較大的阻力損耗,而系統(tǒng)的壓力不足。

        2.2 熱源問題和設(shè)備問題

        由于供暖設(shè)備老化,供暖有一定的缺點(diǎn)。熱源、熱網(wǎng)、換熱站等技術(shù)上的問題比較突出,設(shè)備選擇上的不合理,導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。供暖品質(zhì)差,供暖用戶存在著冷、熱不均勻的情況。許多供暖單位對(duì)低溫用戶的處理方式有誤,造成了更多的能源浪費(fèi)。

        3 電氣自動(dòng)化在供熱節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

        3.1 樓宇分時(shí)段供熱調(diào)控技術(shù)

        隨著居民對(duì)供熱品質(zhì)要求的不斷提高,供熱企業(yè)對(duì)用戶的優(yōu)質(zhì)服務(wù)提出了更高的要求,而樓宇分時(shí)段調(diào)控系統(tǒng)就是供熱公司精細(xì)化服務(wù)的重要環(huán)節(jié),對(duì)于整體調(diào)控用熱時(shí)間段比較集中且用熱時(shí)間分段比較明顯的樓棟,效果非常好。在小區(qū)內(nèi)設(shè)置了專門的分批控制系統(tǒng),既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)建筑的控制和管理,又可以極大地降低不必要的能耗。該建筑分階段控制系統(tǒng)由監(jiān)控中心、集中控制箱、電磁控制閥、溫度傳感器四大模塊構(gòu)成。在建筑分時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)際安裝中,需要在每一幢建筑中都設(shè)置一個(gè)RS485接口的熱能計(jì)和電磁閥。監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控屏幕和操作臺(tái)可以預(yù)先設(shè)定每個(gè)建筑的運(yùn)行方式,并在以后的建筑分階段監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行期間,由建筑內(nèi)部的監(jiān)控設(shè)備采集到相應(yīng)的熱量。然后,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù),將其與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),當(dāng)實(shí)際的數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)不相符時(shí),再通過電磁調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整,將所有的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)保持一致。在建筑分階段調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,采用無線通信技術(shù),控制器可以將采集到的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心,實(shí)現(xiàn)中繼站與供熱用戶的熱網(wǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)測,以及實(shí)現(xiàn)對(duì)熱網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。

        3.2 氣候補(bǔ)償供熱技術(shù)

        氣候補(bǔ)償技術(shù)的核心裝置為氣候補(bǔ)償裝置,利用氣候補(bǔ)償裝置,對(duì)供暖系統(tǒng)內(nèi)的水進(jìn)行氣候補(bǔ)償。一般將氣候補(bǔ)償裝置置于熱能轉(zhuǎn)發(fā)器或房間室內(nèi),由供暖使用者預(yù)先設(shè)定供暖溫度,并可依個(gè)人需求設(shè)定不同的供暖時(shí)間。當(dāng)室內(nèi)溫度因室內(nèi)氣溫的改變而改變時(shí),氣候補(bǔ)償裝置會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度曲線來調(diào)整采暖系統(tǒng)的水溫。另外,在安裝房間中設(shè)置的溫度傳感器能夠及時(shí)地檢測到室內(nèi)的溫度,并通過調(diào)整水溫來實(shí)現(xiàn)對(duì)室溫的補(bǔ)償。

        3.3 分層管控供熱管網(wǎng)

        熱量的第三級(jí)網(wǎng)絡(luò)是安裝于供熱中繼站的PLC,通過使用門卡和路由器實(shí)現(xiàn)PLC 與上層監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接。各監(jiān)測子站彼此獨(dú)立,各監(jiān)測子站的工作不會(huì)受到其他子站的干擾,而且,各監(jiān)測子站可以相互存取。綜上所述,供暖監(jiān)控中心網(wǎng)是三網(wǎng)合一的體系結(jié)構(gòu),屬于生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)雙重接入,所有的數(shù)據(jù)都可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢。在該系統(tǒng)中,兩塊網(wǎng)絡(luò)卡被安裝在服務(wù)器上,一塊用于連接數(shù)據(jù)庫,一塊用于發(fā)送運(yùn)行命令。

        供熱控制系統(tǒng)的二級(jí)管理核心是集中供暖控制系統(tǒng)下面的一個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng),每個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)承擔(dān)著一個(gè)固定區(qū)域的供暖和中繼站的實(shí)際工作。監(jiān)測分站的作用是對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行控制、管理、調(diào)節(jié)各種作業(yè)。通過監(jiān)測分站的這個(gè)功能,可以對(duì)供暖控制中心進(jìn)行補(bǔ)償,從而彌補(bǔ)了中央供暖系統(tǒng)不能對(duì)其進(jìn)行直接控制的遺憾。從這一點(diǎn)上來說,監(jiān)控分站起到了關(guān)鍵的作用。因?yàn)楣┡刂浦行谋仨氁?jīng)過監(jiān)測點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā),才能將熱量分配給供暖中繼站。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,監(jiān)測站點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)交換中心、熱電廠、供熱調(diào)度中心、監(jiān)測中心之間的實(shí)時(shí)通信聯(lián)系,保證了網(wǎng)絡(luò)整體的安全。此外,采用無線通信技術(shù)可以遠(yuǎn)程獲取用戶的溫度參數(shù),極大地方便了使用者。同時(shí),該系統(tǒng)還具有強(qiáng)大的管理能力,能夠存儲(chǔ)、分析、管理數(shù)據(jù),并能自動(dòng)繪制出溫度曲線,自動(dòng)產(chǎn)生水壓和管網(wǎng)圖形,并能自動(dòng)生成報(bào)表;此外,它還具備預(yù)警功能,可以合理地配置管理權(quán)限。

        中央供暖控制中心是一級(jí)管理,每個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控站收集到的數(shù)據(jù),都可以通過控制中心查看。也就是說,相關(guān)的供熱管網(wǎng)工作人員可以對(duì)整個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。通過各監(jiān)測分站,可以對(duì)供暖系統(tǒng)的全部信息進(jìn)行收集。同時(shí),通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng),可以有效地將監(jiān)測分站間的信息傳輸,對(duì)各個(gè)供暖數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,并能滿足用戶的需要;實(shí)現(xiàn)了供暖系統(tǒng)的按需分配。

        3.4 換熱站的自控系統(tǒng)

        在供暖系統(tǒng)中,供暖用水必須先經(jīng)過換熱器進(jìn)行換熱,然后再向供暖用戶傳送熱量。因此,對(duì)換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能具有十分重要的意義。在供熱管網(wǎng)中采用自控控制技術(shù),既保證了供暖的質(zhì)量,又降低了對(duì)電能、水、熱的消耗,實(shí)現(xiàn)了供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。換熱器的功能是將二次網(wǎng)與供暖一次網(wǎng)進(jìn)行熱量交換,再由二次網(wǎng)向供暖用戶輸送熱量,換熱站自控系統(tǒng)的組成部分主要包括人機(jī)接口觸屏、通信接口、現(xiàn)場電器、儀表及PLC 控制系統(tǒng)四部分。實(shí)際運(yùn)行過程中,換熱站的自控系統(tǒng)需對(duì)以下供熱參數(shù)進(jìn)行采集:一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的供水溫度與壓力、一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的回水溫度與壓力、補(bǔ)水泵和循環(huán)水泵的運(yùn)行狀態(tài)與對(duì)其頻率的控制反饋、一次網(wǎng)供水流量調(diào)節(jié)閥門的開啟程度等。在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際操作中,上述的流量、壓力、溫度等各項(xiàng)供熱參數(shù)都是通過供暖現(xiàn)場的傳感器進(jìn)行的,然后由變頻器將這些電信號(hào)傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的調(diào)速和起停的調(diào)節(jié)。該觸摸屏不僅能實(shí)時(shí)顯示供暖系統(tǒng)的各種運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況,還能向用戶發(fā)布現(xiàn)場的操作指示。進(jìn)行供熱調(diào)控的一個(gè)重要理論依據(jù)是:采暖設(shè)備的散熱量、采暖系統(tǒng)的總熱量、采暖系統(tǒng)的總熱、采暖用戶的總熱負(fù)荷。通過對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度變化的分析,得出室外氣溫是影響采暖用戶熱負(fù)荷的重要因素,因此,室外氣溫變化對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響是很大的,確保了自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的平衡性。自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法主要有:分步改變流量和調(diào)整供水溫度。在使用循環(huán)泵時(shí),有兩種操作模式:①定壓差調(diào)整,即采用變頻調(diào)速裝置來控制循環(huán)泵的速度,以保證二級(jí)網(wǎng)入口端的主管壓差不變;②分階段調(diào)節(jié)流量,按地區(qū)氣象條件的變化,將供熱期按季節(jié)劃分為初期、中期、嚴(yán)寒期,并采用相應(yīng)的運(yùn)行模式。采用主網(wǎng)流量控制閥門與循環(huán)泵協(xié)同供暖。

        3.5 水力平衡技術(shù)

        常用的調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水力平衡方法有溫差法、比例法、CCR 法、綜合調(diào)整法等。比例法的調(diào)整原則是:兩條平行管道的水流在一定的比例下,在一定的范圍內(nèi),兩條管道的流量比不變,這表明,供熱管網(wǎng)在水力平衡的情況下,采用這種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行時(shí),協(xié)調(diào)能力不強(qiáng),對(duì)操作人員的要求也很高,需同時(shí)使用兩個(gè)相同的流量計(jì)。CCR 調(diào)節(jié)的基本原理是:先對(duì)被測管網(wǎng)各管段的阻力值進(jìn)行測量,再由各分支的流量求出各調(diào)節(jié)閥的開度,再根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整調(diào)節(jié)閥至計(jì)算開度,使系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)的分配流量。采用這種方法,前期投資大,要求出各個(gè)管段的實(shí)際阻力值,困難,但總體成本低,有很好的推廣價(jià)值。

        3.6 熱計(jì)量技術(shù)

        隨著建筑節(jié)能與供暖系統(tǒng)節(jié)能的深入,熱量測量與溫度控制成為目前國內(nèi)外的一個(gè)熱門課題。目前我國的供暖計(jì)量方法有:熱量分配計(jì)法、戶用熱量表法、流量溫度法、通斷時(shí)間面積法和溫度面積法等。

        實(shí)行計(jì)量供熱收費(fèi)是為了節(jié)約能源,其前提是供熱系統(tǒng)的節(jié)能。分戶計(jì)量供暖后,供暖系統(tǒng)需要變流量系統(tǒng)?,F(xiàn)有供暖系統(tǒng)的主管網(wǎng)需要改造為變流量系統(tǒng)。熱電廠首站循環(huán)泵應(yīng)改造為變頻泵?;鹆Πl(fā)電站循環(huán)泵應(yīng)配備變頻裝置。供熱管網(wǎng)需要配備差壓控制閥,以確保壓力平衡。溫度控制閥應(yīng)安裝在室內(nèi)散熱器的前面。只有這樣才能實(shí)現(xiàn)供暖系統(tǒng)的節(jié)能。否則,即使個(gè)別住宅小區(qū)或建筑采用計(jì)量供暖,并且熱站和熱網(wǎng)沒有有效的控制設(shè)施,熱量最終也會(huì)被不采用計(jì)量供暖的住宅小區(qū)或建筑物消耗。因此,只有在供熱系統(tǒng)中節(jié)約能源,供熱企業(yè)才能降低能耗,提高經(jīng)濟(jì)效益,用戶才能從計(jì)量供熱中受益。

        4 電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用意義

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們的生活質(zhì)量和用電量都有了很大的提高。無論是在日常生活中,還是在企業(yè)生產(chǎn)中,都離不開電能支持。特別是電力產(chǎn)品的發(fā)展和使用,使電力的需求量越來越大。然而,目前國內(nèi)的電力資源已不能滿足人們的生活、生產(chǎn)需求。為了避免電力系統(tǒng)中的輸電、供電出現(xiàn)癱瘓,電力供給的問題就顯得尤為重要。針對(duì)這種狀況,有關(guān)部門應(yīng)采取有效的措施,減少電氣自動(dòng)化裝置的能耗,應(yīng)充分關(guān)注節(jié)能電氣自動(dòng)化裝置的研制與開發(fā),同時(shí)加強(qiáng)對(duì)節(jié)能技術(shù)的投資與研發(fā);積極開發(fā)節(jié)能裝置以降低能源消耗??梢杂眠@些方法來解決電力短缺的問題。因此,在新的歷史時(shí)期,開發(fā)和推廣電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        5 結(jié)束語

        將電氣自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備引入到供暖系統(tǒng)中,既可以確保熱能的充分利用,又可以提高相關(guān)的能量利用率,降低能耗的浪費(fèi);而且可以大幅降低供暖成本,提高供暖效率,降低員工數(shù)量,提高工作效率。

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