集中供热换热站水系统运行调节

孙志沛

摘 要：根据集中供热水系统的运行特点和运行规律，并运用自动控制的原理，总结实现自动运行控制的方案，目的在于在集中供热项目设计阶段提出设计依据，并可指导运行人员对具备自动运行控制的集中供热系统提供操作指导。

关键词：锅炉；一次管道；换热站；二次管道；热用户；自控

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.09.097

1 前言

我国北部地区冬季的供热是关系到国计民生的大事，随着社会的发展和科技水平的提高，供热系统向着大型集中供热发展。大型集中供热有利于节能和环保，但是因其水系统相对复杂，运行中的自控调节成为科学运行和节能降耗的关键。目前集中供热系统普遍采用二次换热的方式，其特点在于可以将大型管网通过换热站分解为相对小的供热单元，以利于系统的调节。在没有实现自动运行的供热系统，往往依靠手动调节，人为因素较多，投入的人力也相对较多，往往也因为操作人员的技术水平和责任心因素，不能实现科学的运行。为了达到更加科学和经济运行的目的，换热站的自动化控制是发展趋势。

2 自动控制运行的系统模式

（1）集中供热系统由锅炉，一次管道，换热站，二次管道和用户几个单元构成一个封闭的循环系统（图1）。

在非自动控制的供热系统模式下，锅炉的运行调节是主动性的，也就是说在锅炉运行中，根据室外温度情况并参考供水温度的经验数据，由锅炉主动进行供水温度的调节，这种情况下一次水的流量是不变化的，也就是称为“质调节”的运行方式。在实际运行调节中，由于一次水流量的不同，一次水供水温度与回水温度的温差无法从经验值做出统一规定，因此参考一次水回水温度是可行的模式（表1）。质调节的优点在于锅炉运行相对稳定，但是因为一次管道和二次管道的长度不一，存在到达供热终端的热用户实现根据室外温度的实时调节存在滞后问题。

（2）自动控制调节模式。自动控制的供热系统中，热用户和换热站成为主动调节的单元，而锅炉运行处于被动调节状态。其模式是根据室外温度的变化，换热站对一次管道的水量进行调节。一个供热系统中多个换热站同时调节的结果，势必造成一次水的总量变化。而锅炉运行模式为一次水供水温度基本保持不变，根据一次回水温度变化来调整燃烧。这样的运行模式一般称为“量调节”。在量调节运行模式下，换热站的水量调节依靠流量调节阀或者二级泵来实现。因为从换热站到热用户的二次网相对更加复杂，不建议对二次水也进行量调节。

（3）实现自动控制调节的硬件条件。换热站作为主动调节单元，需要具备针对一次水流量调节的设备，一般可采取流量调节阀控制或者二级泵变频控制。而控制的依据是室外温度检测和二次水供回水温度的检测。通过PLC系统采集温度数据来控制流量调节阀的开度或者二级泵的运行频率。实现自动控制，锅炉的自动运行也是必备的条件。在一次网各换热站的同趋向调节下，一次水的流量会发生变化。一次水流量的变化会造成回水温度的变化。锅炉自控系统应具备通过流量和一次水温差折算外网需热量的功能，通过这些数据的采集与分析，实现对锅炉炉排，鼓引风机运行参数的调节。

3 自控运行的参数确定

3.1 供热系统需热量的确定

供热系统自控运行的重要参数是需热量，由于换热站是调节的执行单元，因此每个换热站的需热量是决定一次水和二次水温度的关键数值。对于每个换热站其供热的范围是相对固定的，因此可以根据所供热区域内各种建筑形式来核算总的需热量。在建筑采暖设计中，单平米的需热量的计算是比较复杂的，需要参考的参数比较多，比如围护结构导热系数，门窗冷风渗透，建筑物朝向，顶棚地面等因素。对于新建小区总的需热量往往由建筑采暖设计给出，核算相对简单。但对于老旧小区，往往缺乏这些基础资料。那么需要根据建筑物的节能等级来核算在一定室外温度T0下的总需热量（表2）。

从表1可以看出，一个换热站供热区域内的不同建筑形式的需热量是不同的。根据不同形式建筑的单平米需热量结合供热平方米数，可以计算出每种建筑形式需热量Q0，其关系为：

Q0=Kq0S（1）

Q0为热量 W；

K为修正系数 （边墙K=1.2顶，底K=1.4）；

S为建筑面积m2。

对于存在多种建筑形式的换热站，其总的需热量为各种建筑形式需热量之和。

3.2 供热系统水流量的确定

供热系统二次水的流量与需热量有关，也与二次水供回水温度差相关。供热系统的二次水在某个室外温度情况下的供回水温度的确定是一个比较复杂的问题，由于热用户的采暖形式不同，所需要的供回水温度也不同。例如四柱813暖气片，铜铝复合式暖气片以及地采暖各自有相适应的供回水温度。所以针对每一个换热站需要根据其具体情况参考热用户采暖形式来确定二次水的供回水温度。对于多种采暖形式并存的换热站，则应考虑主要采暖形式。二次水的流量基本上遵循下面的关系：

G2=0.86Q0/[C（T21-T22）]μ2（2）

G2为二次水流量kg/h；

Q0为建筑需热量W；

C为水的比热（C≈1kcal/kg℃）；

T21为二次水供水温度℃；

T22为二次水回水温度℃；

μ2为管道效率，一般取0.8-0.9。

上面公式中，需要根据室外气温确定的，是二次水的供回水温度，也就是T1和T2。根据供热行业多年摸索的经验，对于四柱813暖气片，其数值可参考表3。其他形式的暖气片及地采暖应参考厂家给定数值。

4 自控运行调节原理

（1）变频水泵的特性。对于水泵来讲，每个厂家的水泵都有特定的特性曲线，但特性曲线的基本模式是基本相同的。也就是说水泵的流量变化取决于阻力变化。对于一个阻力相对固定的系统，流量是基本恒定的。但是目前运用变频技术来控制水泵的转数来调节水泵的流量，那么我们需要了解水泵在不同频率下的特性曲线。如上所述，每个厂家的特性曲线也是不同的。随着变频从50Hz（工频）向下调节，其特性曲线的变化趋势是逐渐变窄并参数降低的。

（2）二次水水量的调节。在自控系统中，检测外界气温T0二次供回水温度T21和T22是重要的环节。因为用热侧的变化是随机的，保证回水温度即可保证热量输出达到效果，也就是说能够保证供热效果。在实际运行调节中，应将外界气温与二次水回水温度的关系在微机中进行预设，并将所使用的水泵各频率下的特性曲线进行预设。在外界气温参数下，通过检测的二次供回水温度来计算所需的水泵流量，并对水泵运行频率赫兹数值进行调节。以达到满足当前室外温度下的需热量。

（3）一次水水量的调节。从原理上讲，通过板式换热器一次水与二次水的热量交换是等量的，只是应考虑换热效率的修正。因此，一次侧的需热量为：

Q1=Q2/μ1（3）

由此可以确定一次水的流量为：

G1=0.86Q0/[C（T11-T12）]μ1（4）

G为二次水流量kg/h；

Q0为建筑需热量W；

C为水的比热（C≈1kcal/kg℃）；

T11为二次水供水温度℃；

T12为二次水回水温度℃；

μ1为换热效率，一般取0.9。

根据换热站的设置形式不同，一次水的流量调节方式有流量调节阀调节方式和二级泵调节方式。对于流量调节阀的形式，实现自动调节应选用电控调节阀。在运行调节中，通过检测室外气温和一次水供1回水温度作为基本参数，并将室外气温与一次水供回水温度的关系进行预设，并根据所选用的调节阀的开度与流量特性，对调节阀的开度进行调节，以达到流量调节的目的。而通过二级泵的调节方式，与二次水的流量调节原理是相同的。与二次水调节不同的是，一次水的调节需要增加对二次水回水温度的检测，也就是需要一个对供热效果的检验环节，并通过检测二次回水温度，及时对一次水流量进行修正。

5 结束语

本文所阐述的是锅炉——换热站——热用户这个系统，被动调节情况下，针对换热站的自动运行调节的问题。也就是说，调节的首位主动权在热用户。当热用户调节造成换热站参数发生变化后，换热站针对二次水和一次水的调节思路。对于锅炉来讲，多个换热站的自主调节，将视同于热用户的主动调节。锅炉房的调节问题是另一个课题，此文没有涉及。

本文是从运行经验出发，总结了换热站调节的问题。由于供热技术与自控，软件编程分属不同专业，本文未对供热技术和自控编程等进行深入的阐述，本文的目的是针对不同专业在衔接中的问题进行分析，希望能够在实际工作中起到参考作用。