分戶(hù)計(jì)量供熱方式與熱源廠的自動(dòng)控制

分戶(hù)計(jì)量供熱方式與熱源廠的自動(dòng)控制

摘要：針對(duì)分戶(hù)計(jì)量供熱方式熱源廠自動(dòng)控制系統(tǒng)，提出一種根據(jù)用戶(hù)需求，變量供熱的模式。通過(guò)循環(huán)泵恒壓變量運(yùn)行實(shí)現(xiàn)按需供熱。結(jié)合本地區(qū)歷年冬季室外環(huán)境數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，制定出鍋爐出口水溫隨室外溫度變化的曲線，使DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)室外溫度隨的變化自動(dòng)調(diào)整鍋爐出口水溫度的給定值。即做到了實(shí)時(shí)調(diào)整，又避免了人為修改給定值系統(tǒng)帶來(lái)的較大擾動(dòng)，同時(shí)節(jié)約了能源。

關(guān)鍵字：分戶(hù)控制熱表計(jì)量控制系統(tǒng)恒壓變量熱水鍋爐鏈條式風(fēng)煤比1引言傳統(tǒng)的集中供熱方式，是根據(jù)氣溫變化確定供熱量，通過(guò)調(diào)整供水溫度改變供熱量，各用戶(hù)的供熱質(zhì)量及供暖時(shí)間基本相同。隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)供熱舒適度的要求也越來(lái)越高，由于人們身體狀況、生活習(xí)慣上的差異，對(duì)室溫的舒適要求以及供熱期長(zhǎng)短的要求也不一樣。因此，在住宅建筑中采用分戶(hù)控制，并逐步實(shí)現(xiàn)熱表計(jì)量是集中供熱的發(fā)展方向。采用分戶(hù)控制熱表計(jì)量后，用戶(hù)可以根據(jù)自己需要調(diào)節(jié)用熱量，這樣，供熱量也隨之變化，由于供熱系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)對(duì)象、多擾動(dòng)、各參數(shù)交叉影響的系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)的集中供熱方式，當(dāng)一個(gè)用戶(hù)發(fā)生變化時(shí)，其他用戶(hù)也隨之變化，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)不穩(wěn)定。怎樣才能解決這一問(wèn)題呢？采用自動(dòng)控制是解決這一問(wèn)題的有效辦法。然而，由于供熱系統(tǒng)存在較大的不確定性、復(fù)雜性、不穩(wěn)定性，以及較大的容量滯后和較長(zhǎng)的滯后時(shí)間。因此，采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)很難達(dá)到控制要求，甚至無(wú)法投入自動(dòng)運(yùn)行。分析現(xiàn)有許多自動(dòng)控制系統(tǒng)和熱水鍋爐的運(yùn)行情況，存在以下控制難點(diǎn)：①用戶(hù)調(diào)整用熱量后，由于流量的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力的變化，從而影響其他用戶(hù)的流量和供熱質(zhì)量，在多用戶(hù)同時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)，用熱量變化很大。②鏈條式熱水鍋爐從給煤量的變化到其燃燒產(chǎn)生熱量，并使鍋爐出口水溫度發(fā)生變化需要較長(zhǎng)的時(shí)間，即鍋爐出口水溫度純滯后時(shí)間長(zhǎng)，容量滯后大，用簡(jiǎn)單的PID控制很難獲得理想的效果；③煤質(zhì)的變化造成風(fēng)煤比改變，采用一般的定值控制系統(tǒng)無(wú)法使系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳或次最佳的燃燒狀態(tài)；④燃燒過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，影響燃燒工況的因素很多，對(duì)象變化較大，很難準(zhǔn)確地建立單一地控制模型。2控制方案①循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)（見(jiàn)圖1）的目的是保證系統(tǒng)供回水壓差的穩(wěn)定，同時(shí)也保證用戶(hù)的流量需求。傳統(tǒng)的供熱方式是“以產(chǎn)定消”，即熱力公司根據(jù)氣溫變化，確定供熱量，并按面積分配到用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)的流量是不變的，通過(guò)改變供水溫度來(lái)改變供熱量，即“質(zhì)調(diào)節(jié)”。采用分戶(hù)控制熱表計(jì)量后，調(diào)節(jié)方式變?yōu)椤傲空{(diào)節(jié)”，用戶(hù)通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)調(diào)節(jié)用熱量。如果部分用戶(hù)的流量發(fā)生了變化，勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)流量變化和供、回水壓力變化。這將對(duì)其他用戶(hù)造成影響。因此引入了“恒壓變量”供熱模式，通過(guò)PID調(diào)節(jié)，以供回水壓差為函數(shù)，改變水泵轉(zhuǎn)速，從而改變流量。這樣就實(shí)現(xiàn)了在恒定供回水壓差的前提下，循環(huán)水量隨用戶(hù)需要而變化。由于供、回水壓差恒定，不參加調(diào)整的用戶(hù)熱量變化不大，不影響供熱效果。在流量改變以后，供熱量也發(fā)生變化，因此將流量參數(shù)引入鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，隨循環(huán)水流量變化改變鍋爐產(chǎn)熱量。②鍋爐燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)鍋爐燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)地主要任務(wù)是保證水溫的穩(wěn)定，同時(shí)保證鍋爐的安全運(yùn)行。保證經(jīng)濟(jì)燃燒也是熱水鍋爐節(jié)能降耗的關(guān)鍵所在。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)燃燒問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是進(jìn)煤量和進(jìn)風(fēng)量的配比問(wèn)題，保證適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比就可以實(shí)現(xiàn)最高的燃燒效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。如果空氣量不足，造成不完全燃燒，產(chǎn)生CO，除污染環(huán)境外還帶來(lái)嚴(yán)重的熱能損失；當(dāng)空氣量過(guò)多時(shí)，一方面使?fàn)t膛溫度降低，另一方面使煙氣換熱損失增加。由于現(xiàn)階段的檢測(cè)手段和檢測(cè)設(shè)備尚不能方便的測(cè)得準(zhǔn)確的進(jìn)煤量和進(jìn)風(fēng)量，給整個(gè)風(fēng)煤比的自動(dòng)控制帶來(lái)一定難度，而進(jìn)煤量與爐排轉(zhuǎn)速、煤層厚度存在一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)風(fēng)量同樣與鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在同樣的關(guān)系，從而可以巧妙地避開(kāi)這一難題。另一個(gè)難題是煤質(zhì)的變化同樣會(huì)造成風(fēng)煤比值的漂移，對(duì)此在這里加入了自尋優(yōu)控制方案。初投運(yùn)時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)初步設(shè)定調(diào)節(jié)風(fēng)煤比的給定值，待系統(tǒng)投入自動(dòng)并穩(wěn)定后，定時(shí)啟動(dòng)自尋優(yōu)功能，根據(jù)爐膛溫度的變化和煙氣含氧量的變化自動(dòng)微調(diào)風(fēng)煤比至最佳或次最佳，達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒。③根據(jù)所需熱量調(diào)節(jié)鍋爐燃燒系統(tǒng)上述鍋爐燃燒處于環(huán)境溫度沒(méi)有變化的理想狀態(tài)，所克服的干擾僅為風(fēng)量的變化、煤質(zhì)的變化、風(fēng)的溫度變化及鍋爐負(fù)荷小的變化。因冬季供熱時(shí)鍋爐使用地室外環(huán)境溫度的差別很大，有的年份初冷期與深冷期的室外環(huán)境溫度差可達(dá)到20℃，甚至一天24小時(shí)的溫差達(dá)到10℃左右。這樣，就提出了鍋爐必須按不同的環(huán)境溫度提供不同的熱量，同時(shí)在一天24小時(shí)根據(jù)不同的時(shí)間段提供相應(yīng)的熱量。鍋爐供水熱量公式為Q=K.q.(tg-th)式中：Q為熱量；q為出水流量；K為系數(shù)；tg為供水溫度；th為回水溫度。在正常情況下，用戶(hù)需熱量是隨氣溫的變化而變化的，為減少用戶(hù)的調(diào)節(jié)量，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式采用“質(zhì)調(diào)節(jié)”為主，“量調(diào)節(jié)”為輔的形式，熱源廠根據(jù)氣溫變化確定確定供水溫度，熱用戶(hù)再根據(jù)需求調(diào)節(jié)流量。當(dāng)鍋爐回水溫度變化被控制在很小時(shí)，如果改變鍋爐供水溫度，即使鍋爐出口水溫度隨著室外環(huán)境溫度的不同作相應(yīng)調(diào)整變化，就可使熱量達(dá)到所需熱量。但人為的隨意改動(dòng)鍋爐出口水溫度的設(shè)定值，不僅缺乏依據(jù)和實(shí)時(shí)性，而且會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)較大的人為干擾，也不利于節(jié)能降耗。根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合本地區(qū)歷年冬季室外環(huán)境溫度數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，制定出鍋爐出口水溫度隨室外溫度的變化的曲線，使DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)室外溫度的變化，自動(dòng)調(diào)整鍋爐出口水溫度的給定值?？紤]到冬季初冷期和深冷期，白天和夜晚所需的熱量（負(fù)荷）不同，可使DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤室外溫度變化和24小時(shí)時(shí)間變化，來(lái)自動(dòng)無(wú)擾改變鍋爐出口水溫度的給定值，致使鍋爐提供的熱量與所需熱量保持一致。具體控制方法如下：將出水溫度的設(shè)定值和室外溫度及流量（負(fù)荷）的變化聯(lián)系起來(lái)，以出水溫度為調(diào)節(jié)信號(hào)，構(gòu)成回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出控制爐排轉(zhuǎn)速和鼓風(fēng)風(fēng)量，即改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，使鍋爐燃燒參數(shù)隨之改變，達(dá)到出水溫度和設(shè)定值的一致。設(shè)定值隨室外溫度的變化規(guī)律如表1所示。表1設(shè)定值隨室外溫度變化的規(guī)律室外溫度/℃-30-20-10-505102030設(shè)定值（Sp0）40251050-2.5-5-10-15設(shè)定值在一天中隨負(fù)荷的變化規(guī)律（8段分時(shí)控制曲線）如圖2所示。我國(guó)部分地區(qū)室外氣象參數(shù)見(jiàn)表2。表2部分地區(qū)室外氣象參數(shù)地名供暖室外計(jì)算溫度度/℃供暖期日平均溫度度≤5℃（8℃）的天數(shù)極端最低溫度/℃℃極端最高溫度/℃℃日平均溫度≤5℃℃（8℃）的天數(shù)的的起止日期冬季大氣壓力/kkpa冬季日照率/%北京-9129(149))-27.440.611.09－033.17(111.01－03.299)102.0467天津-9122(147))-22.939.711.16－033.17(111.04－03.300)102.6662張家口-15155(177))-25.740.910.28－033.31(110.19－04.133)93.8967承德-14146(142))-23.341.511.01－033.26(110.22－04.022)97.9770石家莊-8117(140))-26.542.711.17－033.13(111.06－03.255)101.6968太原-12144(141))-25.539.411.02－033.25(110.23－04.022)93.2964沈陽(yáng)-19152(177))-30.639.311.03－044.03(110.19－04.133)102.0858長(zhǎng)春-23174(192))-36.53810.22－044.13(110.01－04.133)99.466哈爾濱-26179(198))-39.536.410.18－044.14(110.06－04.222)100.1563結(jié)束語(yǔ)針對(duì)當(dāng)前的供熱模式，國(guó)