分户计量供热方式与热源厂自动控制系统探讨

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分户计量供热方式与热源厂自动控制系统探讨 
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来源：中热网-热量表热水表技术设备配件产品网　添加人：飞　添加时间：2008-6-27 7:59:29 
 

摘要：针对分户计量供热方式热源厂自动控制系统，提出一种根据用户需求，变量供热的模式。通过循环泵恒压变量运行实现按需供热。结合本地区历年冬季室外环境数据和经验，制定出锅炉出口水温随室外温度变化的曲线，使DCS自动控制系统根据室外温度随的变化自动调整锅炉出口水温度的给定值。即做到了实时调整，又避免了人为修改给定值系统带来的较大扰动，同时节约了能源。 
　　1 引言
　　传统的集中供热方式，是根据气温变化确定供热量，通过调整供水温度改变供热量，各用户的供热质量及供暖时间基本相同。随着人民生活水平的提高，人们对供热舒适度的要求也越来越高，由于人们身体状况、生活习惯上的差异，对室温的舒适要求以及供热期长短的要求也不一样。因此，在住宅建筑中采用分户控制，并逐步实现热表计量是集中供热的发展方向。
　　采用分户控制热表计量后，用户可以根据自己需要调节用热量，这样，供热量也随之变化，由于供热系统是一个多参数对象、多扰动、各参数交叉影响的系统。采用传统的集中供热方式，当一个用户发生变化时，其他用户也随之变化，导致供热系统不稳定。怎样才能解决这一问题呢？采用自动控制是解决这一问题的有效办法。然而，由于供热系统存在较大的不确定性、复杂性、不稳定性，以及较大的容量滞后和较长的滞后时间。因此，采用常规的PID调节很难达到控制要求，甚至无法投入自动运行。分析现有许多自动控制系统和热水锅炉的运行情况，存在以下控制难点：
　　① 用户调整用热量后，由于流量的变化，导致系统阻力的变化，从而影响其他用户的流量和供热质量，在多用户同时调节时，用热量变化很大。
　　② 链条式热水锅炉从给煤量的变化到其燃烧产生热量，并使锅炉出口水温度发生变化需要较长的时间，即锅炉出口水温度纯滞后时间长，容量滞后大，用简单的PID控制很难获得理想的效果；
　　③ 煤质的变化造成风煤比改变，采用一般的定值控制系统无法使系统始终运行在最佳或次最佳的燃烧状态；
　　④ 燃烧过程机理复杂，影响燃烧工况的因素很多，对象变化较大，很难准确地建立单一地控制模型。
　　2 控制方案 
　　① 循环水系统调节
　　循环水系统调节（见图1）的目的是保证系统供回水压差的稳定，同时也保证用户的流量需求。传统的供热方式是“以产定消”，即热力公司根据气温变化，确定供热量，并按面积分配到用户，每个用户的流量是不变的，通过改变供水温度来改变供热量，即“质调节”。采用分户控制热表计量后，调节方式变为“量调节”，用户通过调节流量来调节用热量。如果部分用户的流量发生了变化，势必导致系统流量变化和供、回水压力变化。这将对其他用户造成影响。因此引入了“恒压变量”供热模式，通过PID调节，以供回水压差为函数，改变水泵转速，从而改变流量。这样就实现了在恒定供回水压差的前提下，循环水量随用户需要而变化。由于供、回水压差恒定，不参加调整的用户热量变化不大，不影响供热效果。在流量改变以后，供热量也发生变化，因此将流量参数引入锅炉燃烧控制系统，随循环水流量变化改变锅炉产热量。
　　
　　② 锅炉燃烧系统调节
　　锅炉燃烧系统调节地主要任务是保证水温的稳定，同时保证锅炉的安全运行。保证经济燃烧也是热水锅炉节能降耗的关键所在。因为经济燃烧问题实质上就是进煤量和进风量的配比问题，保证适当的风煤比就可以实现最高的燃烧效率，实现经济燃烧。如果空气量不足，造成不完全燃烧，产生CO，除污染环境外还带来严重的热能损失；当空气量过多时，一方面使炉膛温度降低，另一方面使烟气换热损失增加。由于现阶段的检测手段和检测设备尚不能方便的测得准确的进煤量和进风量，给整个风煤比的自动控制带来一定难度，而进煤量与炉排转速、煤层厚度存在一一对应的函数关系，进风量同样与鼓风机转速存在同样的关系，从而可以巧妙地避开这一难题。另一个难题是煤质的变化同样会造成风煤比值的漂移，中热网-中国热量表网对此在这里加入了自寻优控制方案。初投运时，可根据经验和试验初步设定调节风煤比的给定值，待系统投入自动并稳定后，定时启动自寻优功能，根据炉膛温度的变化和烟气含氧量的变化自动微调风煤比至最佳或次最佳，达到经济燃烧。
　　③ 根据所需热量调节锅炉燃烧系统
　　上述锅炉燃烧处于环境温度没有变化的理想状态，所克服的干扰仅为风量的变化、煤质的变化、风的温度变化及锅炉负荷小的变化。因冬季供热时锅炉使用地室外环境温度的差别很大，有的年份初冷期与深冷期的室外环境温度差可达到20℃，甚至一天24小时的温差达到10℃左右。这样，就提出了锅炉必须按不同的环境温度提供不同的热量，同时在一天24小时根据不同的时间段提供相应的热量。
　　锅炉供水热量公式为Q=K.q.(tg-th) 
　　式中：Q为热量；q为出水流量；K为系数；tg为供水温度；th为回水温度。
　　在正常情况下，用户需热量是随气温的变化而变化的，为减少用户的调节量，系统的调节方式采用“质调节”为主，“量调节”为辅的形式，热源厂根据气温变化确定确定供水温度，热用户再根据需求调节流量。
　　当锅炉回水温度变化被控制在很小时，如果改变锅炉供水温度，即使锅炉出口水温度随着室外环境温度的不同作相应调整变化，就可使热量达到所需热量。但人为的随意改动锅炉出口水温度的设定值，不仅缺乏依据和实时性，而且会给系统带来较大的人为干扰，也不利于节能降耗。
　　根据实际情况，结合本地区历年冬季室外环境温度数据和经验，制定出锅炉出口水温度随室外温度的变化的曲线，使DCS自动控制系统根据室外温度的变化，自动调整锅炉出口水温度的给定值。考虑到冬季初冷期和深冷期，白天和夜晚所需的热量（负荷）不同，可使DCS自动控制系统自动跟踪室外温度变化和24小时时间变化，来自动无扰改变锅炉出口水温度的给定值，致使锅炉提供的热量与所需热量保持一致。具体控制方法如下：
　　将出水温度的设定值和室外温度及流量（负荷）的变化联系起来，以出水温度为调节信号，构成回路调节，调节输出控制炉排转速和鼓风风量，即改变燃煤量和风煤比，使锅炉燃烧参数随之改变，达到出水温度和设定值的一致中热网-中国热量表网。
　　设定值随室外温度的变化规律如表1所示。
　　表1设定值随室外温度变化的规律
室外温度/℃-30-20-10-505102030
设定值（Sp0）40251050-2.5-5-10-15

　　设定值在一天中随负荷的变化规律（8段分时控制曲线）如图2所示。
　　 
　　我国部分地区室外气象参数见表2。
　　表2部分地区室外气象参数
地名供暖室外计算温度/℃供暖期日平均温度≤5℃（8℃）的天数极端最低温度/℃极端最高温度/℃日平均温度≤5℃（8℃）的天数的起止日期冬季大气压力/kpa冬季日照率/%
北京-9129(149)-27.440.611.09－03.17(11.01－03.29)102.0467
天津-9122(147)-22.939.711.16－03.17(11.04－03.30)102.6662
张家口-15155(177)-25.740.910.28－03.31(10.19－04.13)93.8967
承德-14146(142)-23.341.511.01－03.26(10.22－04.02)97.9770
石家庄-8117(140)-26.542.711.17－03.13(11.06－03.25)101.6968
太原-12144(141)-25.539.411.02－03.25(10.23－04.02)93.2964
沈阳-19152(177)-30.639.311.03－04.03(10.19－04.13)102.0858
长春-23174(192)-36.53810.22－04.13(10.01－04.13)99.466
哈尔滨-26179(198)-39.536.410.18－04.14(10.06－04.22)100.1563

　　结束语
　　针对当前的供热模式，国家和省有关部门出台了相应政策，《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26－95）、河北省《民用建筑节能设计规程》【DB13(J)24-2000】都明确要求在住宅建筑中采用分户控制，并逐步实现热表计量。采用分户控制热表后，“热源厂的自动控制”将成为摆在我们面前的一个新的课题。以上控制理念已在部分热力工程中进行了尝试，运行效果良好。