熱網(wǎng)與熱源協(xié)調(diào)運行1

1、第一章多熱源水力優(yōu)化調(diào)度 2多熱源水力優(yōu)化調(diào)度問題的提出 2輸配網(wǎng)絡的優(yōu)化調(diào)度 2多熱源的優(yōu)化調(diào)度 5第二章 大連大發(fā)熱電熱源和熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制初步方案 9熱源和熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行 9熱源的控制方案 11熱源內(nèi)水系統(tǒng)的監(jiān)測控制 11鍋爐燃燒的控制 12報警與聯(lián)鎖 14熱網(wǎng)的控制方案 15基本控制方案 15集中控制與分散控制的關系 17各熱力站水力失調(diào)的消除和節(jié)能效果 17集中供熱控制的多時標劃分 18自動、遠動與手動 21調(diào)節(jié)閥選型計算步驟 21第一章多熱源水力優(yōu)化調(diào)度目前國內(nèi)許多城市都已規(guī)劃了多熱源環(huán)形網(wǎng)的供熱格局，然而這些系統(tǒng)的規(guī)劃多是基于系統(tǒng)可靠性的考慮，在如何并網(wǎng)運行的問題上目前仍然缺乏具體

2、的理 論指導和實踐經(jīng)驗。這就造成許多管網(wǎng)在運行中不得不人為地將環(huán)狀管網(wǎng)用閥門 割裂，“環(huán)狀管網(wǎng)，枝狀運行”，而許多多熱源并網(wǎng)的系統(tǒng)也不得不在干管上設隔 斷閥門，各熱源分片獨立運行。這種運行方式顯然沒有充分發(fā)揮多熱源環(huán)形網(wǎng)在 負荷匹配方面的靈活性，不利于提高系統(tǒng)的動力輸送效率?，F(xiàn)在已經(jīng)有少數(shù)供熱系統(tǒng)開始嘗試多熱源環(huán)形網(wǎng)并網(wǎng)運行的供熱方式，許多學者也在探討這一問題。通常人們認為環(huán)形網(wǎng)有所謂的“自平衡”能力，而且由 于閥門是動力消耗部件，因而在干管上增加閥門必然會增大系統(tǒng)的泵耗。 人們普 遍認為將環(huán)上或干管上的閥門全部打開， 環(huán)網(wǎng)運行或多熱源并網(wǎng)運行就能夠充分 發(fā)揮多熱源環(huán)形網(wǎng)的優(yōu)越性，得到最佳的運

3、行經(jīng)濟效益。然而，簡單地認為由于閥門是動力消耗部件因而在干管上增加閥門必然會降 低系統(tǒng)的動力輸送效率是錯誤的。 對于一般的多熱源環(huán)形網(wǎng)供熱系統(tǒng)，要得到最 佳的動力輸送效率，必須通過在干管上設置和調(diào)整閥門來實現(xiàn)。 這是因為在干管 上調(diào)整閥門可以使得干管的流量分配趨于合理，系統(tǒng)至各末端循環(huán)的“均勻性” 增強，也可以抵消某一熱源的輸送能力受其他熱源的不利影響。這樣雖然增加了 干管閥門的節(jié)流損失，但各用戶中閥門的動力消耗可有更大的節(jié)省， 從而可以取 得一定的經(jīng)濟效益。水力優(yōu)化調(diào)度就是要尋找最優(yōu)的水泵狀態(tài)和干管上閥門狀態(tài)的組合，這是一個復雜的優(yōu)化問題。以下通過兩個工程實例說明了輸配網(wǎng)絡的優(yōu)化調(diào)度和多熱源

4、 優(yōu)化調(diào)度的實際存在。為便于問圖中標出了如圖1所示為簡化后的北安市集中供熱系統(tǒng)一次外網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu), 題討論，該圖對原有的站點進行了合并， 并對網(wǎng)絡作了適當?shù)暮喕?。為便于問圖中標出了網(wǎng)絡的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和各站點的目標流量，各站點的最小資用壓頭都為 mH2O ,熱源在設計流量下的壓降為10 mH2O ,水泵揚程為78 mG100OQUTLn52DQU3laun4DoodLunsuG200D200L350G D200L50G100G100n0?Ln52DO81IR53DGxxx ：站點的目標流量(m3/h)Lxxx :G100OQUTLn52DQU3laun4DoodLunsuG200D200L350

5、G D200L50G100G100n0?Ln52DO81IR53DGxxx ：站點的目標流量(m3/h)Lxxx :支路的折算長度(m)Dxxx :支路的管徑(mm)D600L700D圖1 簡化后的北安市供熱一次外網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)很顯然，這是一個環(huán)形供熱網(wǎng)，一般認為對于環(huán)形網(wǎng)將環(huán)上所有閥門打開環(huán) 狀運行是最佳的運行方式。于是我們在此情況下對系統(tǒng)進行分析， 圖2是計算的 結(jié)果。從結(jié)果可以看出，節(jié)點 P和Q的資用壓頭只有1.6 mH2O，低于所需最 小資用壓頭5 mH2O ,因此系統(tǒng)不可及的。為使系統(tǒng)可及，則循環(huán)水泵揚程至少 需增加3.4 mH2O ,達到81.4 m。xx.x：供水壓力(mH 2O)x

6、x.x：回水壓力(mH 2O)Gxxx :支路的流量(m3/h)67.031.072.924.1口006 N7 24-532G4-533gG1264.672.924.1口006 N7 24-532G4-533gG1264.6G1700G160083.015.075.121.976.421.6圖2環(huán)狀運行時的可及性分析結(jié)果然而，對于這一系統(tǒng)而言，是否上述運行方式一定是最佳方式呢，系統(tǒng)是否 真的不可及呢？為此，我們考察一下將環(huán)網(wǎng)斷開的運行方式。如圖 3,將支路 GH上的閥門關閉，在此基礎上進行可及性分析。從計算結(jié)果可以看出，此時最 不利的站點是R,資用壓頭為9.4 mH2O ,系統(tǒng)是可及的。若主循

7、環(huán)泵是變頻調(diào) 節(jié)的，還可以將水泵揚程降到73.6 m.這是因為通過在GH支路上設置閥門，改 變了環(huán)上干管的流量分配，使得環(huán)上的流量分配趨于合理，各用戶的剩余壓頭趨 于均勻，因而總體上改善了工況。70.927.1G0.0 xx.x ：供水壓力（mH2O） xx.x ：回水壓力（mH70.927.1G0.0 xx.x ：供水壓力（mH2O） xx.x ：回水壓力（mHzO） Gxxx :支路的流量（m3/h）78.619.4G1200G1700G160076.4G160076.421.6175.221.8圖3割裂運行時的可及性分析結(jié)果從上面的分析發(fā)現(xiàn)，對于該系統(tǒng)在主干管上增加關斷閥門反而有利于系統(tǒng)

8、工 況的改善，使得本來不可及的系統(tǒng)變得可及，而不需加粗管段或提高水泵揚程。假設干管GH上的流量通過其上的閥門來控制， 可以得到系統(tǒng)中各站點的最 小資用壓頭隨其設定流量的變化關系， 如圖3-7所示。當該支路流量為-5.2 m3/h 時全網(wǎng)熱力站的最小資用壓頭達到最大值 11.2 mH2O,此時循環(huán)水泵的揚程可 降低到71.8 m,比該支路閥門全開時的工況水泵揚程降低了 11.8%.GH的流量圖4 最小資用壓頭隨 GH支路流量的變化曲線可見，對于該系統(tǒng)在環(huán)上干管的適當位置設置并調(diào)整閥門可以提高管網(wǎng)的輸 送能力，甚至使不可及的系統(tǒng)變?yōu)榭杉?。該系統(tǒng)是一混水供熱系統(tǒng)，一次外網(wǎng)直接與用戶的散熱器連接，而散

9、熱器的 承壓能力只有40 mH2O.這樣，采用原來的方式運行時，為保持系統(tǒng)不倒空， 末端用戶就將超壓。為此，為使系統(tǒng)可及，就無法通過增加主循環(huán)泵的揚程來實 現(xiàn)，而只能采用增設中繼泵的方法。 而采用中繼泵系統(tǒng)，相應地帶來泵站內(nèi)設備 的阻力損失，所增設的泵站水泵電耗占動力輸配電耗的25%左右。然而，當在GH支路上設置閥門優(yōu)化調(diào)度水力工況時，由于干管的壓力損失降低了近10mH2O ,原有的系統(tǒng)不僅是可及的，而且還可使系統(tǒng)末端用戶不超壓。從而不再 需要中繼泵站，相當于每年節(jié)省25%左右的動力輸送費用。北安市在系統(tǒng)改造時采用了這一優(yōu)化調(diào)度方案，通過實際運行表明，采用本 方案后系統(tǒng)不再需要中繼泵加壓就能滿

10、足系統(tǒng)的各項要求，保證系統(tǒng)的供熱質(zhì) 量，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。多源枝狀網(wǎng)在集中供熱系統(tǒng)中已有很多應用。 并網(wǎng)運行時人們普遍認為各冷 熱源的循環(huán)泵應該采用變速調(diào)節(jié)，負荷變化時應調(diào)節(jié)這些水泵的轉(zhuǎn)速以匹配水力 工況，從而獲得最高的經(jīng)濟效益。然而人們也許忽略了這樣一個事實： 水力匯交 點處的用戶有時并不是全網(wǎng)的最不利用戶！ 對這種系統(tǒng)而言，要想獲得最高的動 力輸送效率，光有各循環(huán)泵的變速調(diào)節(jié)還不夠， 必須配合干管上閥門的調(diào)節(jié)。以 一個簡單的例子說明。圖5 雙熱源枝狀供熱網(wǎng)及其水壓圖圖5是一簡單的雙熱源枝狀供熱網(wǎng)示意圖。對應某一工況，由于各用戶的流 量和兩個熱源的流量分攤比例都是由其他因素預先

11、確定不能改變的，由此各管段的流量和水力匯交點的位置也隨之確定，圖中示出了水力匯交點的位置和干管上 沒有閥門時的最不利用戶位置，下方的實線部分是對應該種情況下的水壓圖。從圖5可以看出，為保證熱源1所供范圍內(nèi)最不利用戶L的資用壓頭，熱源 1循環(huán)水泵的揚程至少為 H1,此時水力匯交點處用戶的剩余壓頭較大。由于是 并網(wǎng)運行，如果僅僅通過調(diào)整熱源處的循環(huán)水泵來達到兩熱源流量分配比例的要 求，則熱源2的揚程應該調(diào)整到H2。熱源2供熱范圍很小可循環(huán)水泵揚程卻很 大，這顯然是不合理的。其原因是受到熱源 1循環(huán)水泵的制約，致使熱源 2的 水泵揚程小于H2時就無法達到要求的流量。實際上，這時只要在水力匯交點熱 源

12、1 一側(cè)的干管B-C上加一閥門，將匯交點處用戶的剩余壓頭在該干管上消耗 掉，而不是在用戶內(nèi)消耗掉，熱源 2的水泵揚程就可大幅度降低至 H22,此時 熱源2 一側(cè)的供水水壓圖如圖中的虛線所示。當然，在支路 A-B上安裝閥門以 消耗掉這部分壓頭或同時在A-B和B-C支路上設置并調(diào)節(jié)閥門都可達到同樣的 目的，也就是說最優(yōu)解不唯一。但顯然將閥門安裝在B-C支路上對提高B處用戶的水力穩(wěn)定性最有利。卜面對上述求解步驟作具體的闡述67.020.0G95063.323.759.157.527.929.556.3G15030.7G15058.428.659.927.163.123.9G35067.020.0G9

13、5063.323.759.157.527.929.556.3G15030.7G15058.428.659.927.163.123.9G350G500G400G20046.041.0 口G30054.432.6 口xx.x: 供水壓力(mH O)xx.x:回水壓力(mH O)Gxxx:流量(m 3Ti)圖6 干管不設閥門時的流量和壓力分布首先，根據(jù)用戶的負荷和熱源供熱量的要求確定各用戶和熱源的流量，對應 所研究的工況，各用戶要求的流量都為100 m3/h,最小資用壓頭為5mH2O,熱 源2的流量為350 m3/h?？傻玫饺W(wǎng)各支路的流量以及水力匯交點的位置，如 圖6所示。若干管上不設閥門，采用可

14、及性分析方法可求得為滿足上述流量要求， 熱源循環(huán)泵提供給外網(wǎng)的最小壓頭分別為：H1 47.0mH2O,H2 39.2 mH2O.通過水力優(yōu)化調(diào)度的方法，在壓力高白一側(cè)與C點相連的支路BC上設置一 個閥門，并調(diào)整閥門的開度使之消耗掉多余的壓力。 此時網(wǎng)絡各節(jié)點的壓力相應 地發(fā)生變化，如圖7所示。當然，本問題對應的最優(yōu)解不唯一，因為在 AB支路 上增加閥門同樣可以得到最高的動力輸送效率， 這時除A-C之間的供水節(jié)點壓 力變小外，其他所有節(jié)點的壓力都不變。顯然，此時 AC之間用戶的資用壓頭 變小，因而水力穩(wěn)定性變差。中6 7.020.0G95063.323.75 9.15 7.52 7.92 9.5

15、G 15 03 9.56 7.020.0G95063.323.75 9.15 7.52 7.92 9.5G 15 03 9.53 0.7G 1 5037.6 II32.6 4 6.04 1.0 口圖7 分網(wǎng)絡I中BC支路加閥門后的分析結(jié)果比較優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果和圖6的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化調(diào)度后熱源1的循環(huán)泵揚程不變，而熱源2的循環(huán)泵提供給外網(wǎng)的壓頭則由 39.2 mH2O降低為22.4 mH2O , 降低幅度達43%第二章 大連大發(fā)熱電熱源和熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制初步方案說明：由于缺乏熱源、熱網(wǎng)的具體數(shù)據(jù)，以下僅為定性分析。熱源和熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行大連大發(fā)熱電集中供熱網(wǎng)為一個多源網(wǎng)， 熱水鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)同為集中

16、 供熱網(wǎng)的熱源，熱水鍋爐在整個系統(tǒng)中的定位為調(diào)峰鍋爐房， 故熱水鍋爐的運行、 管理和控制均須考慮多熱源的調(diào)度方法。本節(jié)中首先簡單闡述熱電聯(lián)產(chǎn)、熱水鍋 爐的調(diào)度方法和全采暖季運行的基本情況，爾后說明熱水鍋爐運行與外網(wǎng)相關的 參數(shù)應采用的控制策略和調(diào)節(jié)方法。通常，采用熱電聯(lián)產(chǎn)的熱源供熱經(jīng)濟性較好，故運行中一般應以熱電聯(lián)產(chǎn)系 統(tǒng)優(yōu)先，盡量使用熱電聯(lián)產(chǎn)的余熱，當余熱不能滿足供熱要求時，不足部分由熱 水鍋爐供應。根據(jù)這個原則，可確定在整個采暖季中兩個熱源的供熱量變化的基 本情況。如下圖所示為整個集中供熱系統(tǒng)的熱負荷延時曲線和兩個熱源的供熱量 的分配圖。熱負荷延時分布曲線圖圖1熱負荷延時分布曲線圖從上圖可

17、以看到，在系統(tǒng)總負荷小于熱電聯(lián)產(chǎn)最大供熱能力時，只運行熱電 聯(lián)產(chǎn)的熱源供熱。在系統(tǒng)熱負荷較大時，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱量一般等于熱電聯(lián)產(chǎn)的熱 源的最大供熱能力，不足部分由熱水鍋爐補足，這充分體現(xiàn)了盡量使用余熱的原 則。在滿足供熱要求的條件下和管網(wǎng)輸送能力允許的范圍內(nèi)，整個集中供熱系統(tǒng)總流量越大（即熱電聯(lián)產(chǎn)和熱水鍋爐的流量之和），則管網(wǎng)供回水溫度越低，但 同時循環(huán)泵的耗電量大。因此，管網(wǎng)最佳總流量的求解是一個優(yōu)化的問題， 這可 通過清華同方提供的后臺的優(yōu)化程序求解。根據(jù)不同外溫下供熱系統(tǒng)總流量的優(yōu)化值，和兩個熱源的供熱量的分配圖， 可繪制出系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)曲線的示意圖，如下圖所示：Tw( C)Tw( C)圖

18、2各熱源流量理想調(diào)節(jié)曲線圖運行中一般要求兩個熱源的供回水溫度相等，同時，根據(jù)不同外溫下的管網(wǎng) 總熱負荷、各熱源的流量，以及管網(wǎng)的傳熱特性，可繪制出熱源的供回水溫度， 如下圖所示：圖3熱源水溫理想調(diào)節(jié)曲線圖如上所示的有關熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和熱水鍋爐的熱負荷、管網(wǎng)供回水溫度和流量的調(diào)度方法，是通過理論分析和計算后的最理想的運行曲線，反映了熱源和供熱 系統(tǒng)在整個采暖季的基本運行情況。實際供熱系統(tǒng)的運行曲線需要根據(jù)熱源、熱 網(wǎng)的具體情況進行調(diào)整。在實際運行和控制過程中，由于氣溫預測的不準確、太陽輻射的變化、管網(wǎng) 熱輸送能力的不同、供熱水平要求的不同等各種因素的影響， 不可能按照理想的 曲線運行。因此，熱源、

19、熱網(wǎng)的運行狀況需要通過熱源和熱網(wǎng)的控制策略進行調(diào) 整，對于流量、供回水溫度和熱負荷，由于要求不同，控制策略也不同。熱源流量的控制：多熱源并網(wǎng)運行的集中供熱系統(tǒng)，必然存在水力匯交點。集中供熱系統(tǒng)的水力工況的頻繁變化將導致水力匯交點處供熱的不穩(wěn)定，為防止這種情況的發(fā)生，不允許熱電聯(lián)產(chǎn)、熱水鍋爐的流量大幅度的調(diào)整。同時，在兩 個熱源的流量相對穩(wěn)定、集中供熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)一定的條件下，如何調(diào)節(jié)熱源端變頻器， 并配合管網(wǎng)上干管、換熱站的閥門的調(diào)節(jié)，使泵耗最小，是一個管網(wǎng)水力優(yōu)化調(diào) 度的問題。熱源供水溫度和熱源供熱量的控制：由于供熱系統(tǒng)的大慣性，負荷的預測需 要綜合考慮前幾天的外溫以及供熱情況，一般可根據(jù)測量數(shù)據(jù)

20、以及相關的歷史數(shù) 據(jù)預測整個集中供熱系統(tǒng)的熱負荷，采用時間序列法來確定集中供熱系統(tǒng)的熱負 荷和供水溫度。清華同方經(jīng)多年實踐后總結(jié)出的一套熱源熱負荷、熱源供水溫度 的優(yōu)化求解方法，可由清華同方提供的后臺優(yōu)化程序自動實現(xiàn)。熱源的控制方案通過多熱源水力優(yōu)化調(diào)度，可確定兩個熱源在不同時期的總出口水溫和兩個 熱源的各自的流量，可實現(xiàn)熱源間的協(xié)調(diào)運行。對于某一熱源內(nèi)的多個鍋爐或者 多個加熱器，它們之間同樣存在協(xié)調(diào)運行的問題， 這需要對熱源內(nèi)水系統(tǒng)的控制 實現(xiàn)。熱源內(nèi)水系統(tǒng)的監(jiān)測控制熱源內(nèi)水系統(tǒng)的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要任務是保證系統(tǒng)的安全性；對運行參數(shù)進行計量和統(tǒng)計；根據(jù)要求調(diào)整運行工況。? 安全性保證：

21、保證主循環(huán)泵的正常運行和補水泵的及時補水，使鍋爐中 循環(huán)水不會中斷，也不會由于欠壓缺水而放空。這是鍋爐房安全運行的 最主要的保證。? 計量和統(tǒng)計：測定供回水溫度和循環(huán)水量，以得到實際的供熱量；測定 補水流量，以得到累計補水量。供熱量及補水量是考查鍋爐房運行效果 的主要參數(shù)。? 運行工況調(diào)整：根據(jù)要求改變循環(huán)水泵運行臺數(shù)或改變循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速， 調(diào)整循環(huán)流量，以適應采暖負荷的變化，節(jié)省運行電費。鍋爐房水系統(tǒng)控制包括補水定壓控制和循環(huán)水量控制。由于該供熱系統(tǒng)為雙 熱源并網(wǎng)運行，則整個系統(tǒng)只能設置一個定壓點，通常將定壓點設置在較大的熱 源處，而較小的熱源仍然設置一個補水點， 該補水點為輔助補水點，只是在

22、系統(tǒng) 跑水嚴重的情況下補水，其補水量應根據(jù)設在較大熱源的定壓點壓力來控制。當鍋爐房與熱電廠解裂運行時，則兩個補水點均成為定壓點。不同補水點的補水泵 的轉(zhuǎn)速根據(jù)不同工況下的定壓點的壓力來調(diào)節(jié)， 以保持定壓點的壓力在設定的范 圍內(nèi)波動。循環(huán)水量的控制分兩部分實現(xiàn)，首先熱力站按照均勻性調(diào)節(jié)的策略使 得各熱力站的水力和熱力工況達到平衡狀態(tài)，然后熱源的循環(huán)水泵通過改變轉(zhuǎn)速 來控制熱源與熱網(wǎng)的供需變化。熱源與熱網(wǎng)的供需變化不能簡單地通過判斷最不 利環(huán)路的壓差確定，應通過各熱力站的閥門開度和二次供回水平均溫度以及理想 的二次網(wǎng)供回水平均溫度來綜合判定，并根據(jù)這個綜合判據(jù)確定最不利環(huán)路的壓 差設定值，進而控制

23、循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。2鍋爐燃燒的控制由于鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多參數(shù)強耦合的系統(tǒng)，存在較大的不確定性因素， 對于不同的鍋爐、不同的煤種、不同的工況，都將改變鍋爐的燃燒和傳熱規(guī)律， 因此簡單地采用PID調(diào)節(jié)難以達到預期的效果，甚至不能投入自控功能。為此， 我們采用 模糊控制+ PID調(diào)節(jié)”的雙?？刂扑惴▉韺崿F(xiàn)對鍋爐燃燒的控制。鍋爐燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務是保證鍋爐的供熱量，保證鍋爐出水溫度、流 量等參數(shù)達到外網(wǎng)的需求，同時保證鍋爐的安全運行。在此前提下，關鍵是如何 保證經(jīng)濟燃燒，這是熱水鍋爐節(jié)能降耗的關鍵。 而要做到節(jié)能降耗，關鍵是實現(xiàn) 進煤量和進風量的配比問題，也就是所謂的風一煤比。風煤比過大，一方面使爐

24、 膛溫度降低，另一方面使煙氣換熱損失增加；風煤比過小，則造成不完全燃燒， 產(chǎn)生CO,不僅污染環(huán)境而且造成嚴重的熱量損失。而最佳的風煤比又會受到煤 質(zhì)等的影響，并不是一個定值。綜上，鏈條熱水鍋爐的燃燒控制包括風煤比調(diào)節(jié)、鼓引風配比調(diào)節(jié)，給煤量 調(diào)節(jié)等三個控制環(huán)路。其中給煤量調(diào)節(jié)是主控環(huán)路，它直接影響供熱效果和供熱 經(jīng)濟性等指標，而風煤比的調(diào)節(jié)是保證鍋爐燃燒效率的主要環(huán)節(jié)， 鼓引風配比調(diào) 節(jié)則是保證鍋爐安全運行的重要環(huán)節(jié)。給煤量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)爐排給煤速度和煤層厚度以適應供熱負荷的變化。這一控制環(huán)路中有三個問題需要妥善解決：一是根據(jù)外網(wǎng)的供熱需求確定鍋爐所帶 的熱負荷；二是確定熱負荷變化與鍋爐供水溫

25、度之間對應關系；三是確定不同煤 層厚度時爐排給煤速度與鍋爐供水溫度之間的對應關系。其中供熱系統(tǒng)的熱負荷根據(jù)前三天的外溫、系統(tǒng)供熱效果等參數(shù)采用時間序 列法進行預測，在此基礎上根據(jù)兩個熱源的關系以及外網(wǎng)的實際情況進行優(yōu)化調(diào) 度，確定本鍋爐房應該提供的供熱量。 在此基礎上，根據(jù)供熱量與鍋爐供回水的 溫度曲線可以確定鍋爐的供水溫度。需要指出的是，由于鍋爐、管道、房間都是 很大的蓄熱體，系統(tǒng)是一個大慣性的系統(tǒng)，因此不能簡單地根據(jù)外溫的變化同步 地調(diào)整鍋爐出水溫度的設定值。頻繁地調(diào)整鍋爐出口水溫設定值，會給系統(tǒng)帶入 較大的干擾，也不利于節(jié)能降耗。根據(jù)時間序列法預測負荷的基礎上調(diào)整鍋爐供 水溫度設定值，其

26、調(diào)整的幅度和頻率要遠遠小于外溫的變化。確定了鍋爐出水溫度的設定值后，需要通過對擋煤板高度和爐排轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 來達到設定的出水溫度值。這一調(diào)節(jié)不能靠簡單的PID調(diào)節(jié)實現(xiàn)，而應采用PID 調(diào)節(jié)與模糊控制雙模調(diào)節(jié)的方法?；镜目刂埔?guī)則是：當鍋爐出口溫度在允許變化范圍內(nèi)時保持給煤量不變；當鍋爐出口溫度高于上限時勻速減少給煤量，直到鍋爐出口溫度低于中 值時保持給煤量；當鍋爐出口溫度低于下限時勻速增強給煤量，直到鍋爐出口溫度高于中 值時保持給煤量。每次改變給煤量的幅度和周期則通過自學習的算法自動尋優(yōu)。風煤比的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)鼓風機轉(zhuǎn)速來適應給煤量的變化。如果保證適當?shù)?風煤比就可以獲得高燃燒效率，實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒

27、。反之，不僅造成較大的熱損失， 而且污染環(huán)境。風煤比的調(diào)節(jié)實質(zhì)上是確定鼓風機轉(zhuǎn)速在不同的煤層厚度下與爐 排轉(zhuǎn)速之間的對應關系。同樣這一關系的確定也只能通過模糊的方法獲得。即參 考含氧量的變化、爐膛及各傳熱面的溫度分布及壓力分布、煤層風阻、火焰顏色 及分布、排煙的顏色及排煙溫度等，通過自辨識、自適應算法輔助于人工經(jīng)驗不 斷確定最佳的風煤比。鼓引風配比的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)引風機的轉(zhuǎn)速使爐膛負壓保持在一定范圍內(nèi)， 對于大型鍋爐在負荷變化較大時， 僅靠反饋調(diào)節(jié)不能保證爐膛負壓的穩(wěn)定， 因此 應采用前饋加反饋的調(diào)節(jié)方法。前饋環(huán)路為引風機轉(zhuǎn)速與鼓風機轉(zhuǎn)速之間的對應 關系，這一關系仍然通過自學習的方法獲得。 反

28、饋環(huán)路為爐膛負壓的變化與引風 機轉(zhuǎn)速之間的對應關系，這一關系通過 PID算法確定。報警與聯(lián)鎖為保證鍋爐供熱系統(tǒng)的安全運行，我們設置了如下報警、聯(lián)鎖功能：爐膛負壓上下限報警；爐膛溫度上下限報警；空預器后煙溫上下限報警；鍋爐循環(huán)流量上下限報警； 鍋爐出水壓力上下限報警； 鍋爐出水溫度上下限報警； 系統(tǒng)回水壓力上下限報警； 系統(tǒng)供水壓力上下限報警； 水箱水位上下限報警； 爐膛溫度過高報警、超高聯(lián)鎖停爐； 供水溫度過高報警、超高聯(lián)鎖停爐； 供水壓力過低報警、超低聯(lián)鎖停爐停泵； 供水壓力過高報警、超高聯(lián)鎖停爐停泵；回水壓力過低報警、超低聯(lián)鎖停爐停泵；停爐聯(lián)鎖按照先停爐排、再停鼓風機、最后停引風機、循環(huán)水

29、泵的順序； 啟爐聯(lián)鎖按照先啟動循環(huán)泵、引風機、再啟動鼓風機、最后再啟動爐排 的順序；循環(huán)泵與補水泵的停泵聯(lián)鎖按照先停循環(huán)泵、后停補水泵的順序；循環(huán)泵與補水泵的啟動聯(lián)鎖按照先啟動補水泵，當補水定壓點壓力達到 要求后再啟動循環(huán)泵；補水泵與水箱水位的聯(lián)鎖應按照當水位低于低位報警點時停泵；熱網(wǎng)的控制方案基本控制方案基于上述分析比較，明確了大連大發(fā)熱電供熱系統(tǒng)的基本控制方案。伴隨著 供熱收費體制的改革，大連大發(fā)熱電供熱系統(tǒng)也必然會由現(xiàn)在的按面積收費逐漸 過渡到按熱量收費的體制。我們認為，這一過程是相當漫長的，這期間必然存在 按面積收費和按熱量收費的用戶在一個系統(tǒng)內(nèi)同時并存的局面。因此，下面按上述三種情況

30、分別對熱網(wǎng)的基本控制方案進行介紹。整個系統(tǒng)按面積收費按面積收費時，熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的基本目標是能夠?qū)崿F(xiàn)均勻供熱，減少水平熱力失 調(diào)。對于本工程，采用的基本控制策略是將整個供熱系統(tǒng)分為熱源和熱網(wǎng)兩個相 對獨立的系統(tǒng)，熱網(wǎng)控制的目標是消除各用戶之間的水平熱力失調(diào)，實現(xiàn)均勻供熱。它只保證各熱力站之間供熱效果的均勻一致，而不追求各熱力站內(nèi)用戶的絕 對效果。系統(tǒng)的總體供熱效果，則是通過負荷預測，調(diào)整熱源總供熱量得以實現(xiàn)。綜合考慮經(jīng)濟、供熱效果和實際操作等諸方面的因素，我們認為大連大發(fā)熱 電供熱系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)應包括以下兩個部分：一次網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)。一次網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)除應滿足供熱負荷的要求外，還 應符合熱源的安全、經(jīng)濟

31、運行要求。2)二次網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)。二次網(wǎng)的循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，為減少管網(wǎng)的水 平和垂直水力失調(diào)對熱力失調(diào)的影響，滿足一定的供熱效果，并在此基礎上達到較好的節(jié)能效果，二次網(wǎng)采用質(zhì)量并調(diào)的方式。變頻泵的轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)應以二次網(wǎng)的循環(huán)流量或供回水溫差作為調(diào)節(jié)量。具體到各熱力站的控制、供熱首站的控制和調(diào)峰熱源控制，基本策略如下：1)熱力站的控制。測量各熱力站的二次側(cè)供回水溫度，確定各熱力站電動 閥的調(diào)節(jié)量，目標是使得各熱力站二次側(cè)供回水平均溫度或供回水加權(quán) 平均溫度趨于一致，盡可能地降低水平失調(diào)度。2)熱源內(nèi)供熱側(cè)的運行指導。測量熱網(wǎng)的總供回水溫度、外溫和流量。根 據(jù)測量數(shù)據(jù)以及相關的歷史數(shù)據(jù)預測熱網(wǎng)的負

32、荷。由于供熱系統(tǒng)的大慣性，負荷的預測需要綜合考慮前幾天的外溫以及供熱情況，采用時間序 列法來確定。根據(jù)計算機預測的負荷情況確定供水溫度和流量。調(diào)節(jié)循 環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速使得外網(wǎng)總流量達到設定值， 調(diào)節(jié)蒸汽閥門或燃燒工況使 得外網(wǎng)供水溫度達到設定值。各熱力站按熱量收費如前所述，此時與按面積收費的方式不同的是，熱力公司供熱的策略是盡可能地給用戶多供熱以取得更多的經(jīng)濟效益， 而用戶會自主地決定用熱的多少。這 與按面積收費的機制恰恰相反。因此，此時就不能采用上述的均勻性調(diào)節(jié)方法， 而應采用上一節(jié)的最不利端壓差控制法。此時基本的控制策略如下：(1)熱力站的控制由各熱力站根據(jù)外溫和用戶用熱情況設定二次網(wǎng)的供水溫

33、度， 各熱力站采用 獨立閉環(huán)控制，根據(jù)設定的供水溫度來調(diào)節(jié)一次側(cè)的供水閥門， 此工作可在上位 機統(tǒng)一完成也可在各現(xiàn)場控制器上完成。(2)主循環(huán)泵的控制主循環(huán)泵采用變速調(diào)節(jié)。可以根據(jù)最不利回路的末端壓差來控制水泵的轉(zhuǎn)速。但采用末端壓差控制也有不利的方面： 一是由于各熱力站的流量變化范圍較 大，最不利回路也是變化的，因此需要選擇幾個點而不是一個點的壓差作為控制 量；二是當部分負荷時，末端所需要的壓差也相應變小， 此時若仍采用設定壓差 控制可能造成水泵電耗的浪費和各熱力站控制閥調(diào)節(jié)特性變差。可以考慮將各熱力站內(nèi)電動閥的閥位作為調(diào)節(jié)量，通過對各閥位的測量和統(tǒng)一分析，來確定水泵 的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)中同時存在按

34、熱量收費和按面積收費的用戶此時，應對按面積收費的用戶或熱力站采用均勻性調(diào)節(jié)，同時又要保證管網(wǎng) 末端或按熱量收費的用戶的足夠壓差，使按熱量收費的熱用戶能得到充足的熱量 供應。由于采用的是計算機控制系統(tǒng)，采用不同收費方式時對控制系統(tǒng)硬件平臺的 要求基本一致，包括對通訊系統(tǒng)、傳感器以及執(zhí)行機構(gòu)的要求等等。因此，在設 計硬件平臺時，應該充分考慮以上幾個因素，這樣當控制需求變化時，只需變更 相應的控制軟件即可，而不需要改變控制系統(tǒng)的硬件部分，這樣就為系統(tǒng)的發(fā)展、 擴充提供了非常便利的條件。集中控制與分散控制的關系一個好的控制系統(tǒng)必須處理好集中與分散的辯證關系。過分的集中或過分的分散都是不可取的。如果僅僅

35、是采用分散控制或以分散控制為主，就會導致上述 2.3節(jié)中第一種 方案所帶來的后果，致使系統(tǒng)振蕩不已直至控制系統(tǒng)癱瘓； 同時，由于系統(tǒng)中各 個熱力站一次側(cè)在水力上是相互耦合的， 系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性不好，采用獨立控制 時無法對這種狀況在控制上加以考慮， 無法采用具體的解耦控制措施，也是導致 系統(tǒng)振蕩的一個重要因素。這種方式是需要極力避免的。同樣，如果僅僅采用集中控制，所有的控制工作都在中央站完成，那么當系 統(tǒng)出現(xiàn)故障如通訊系統(tǒng)失靈時就會導致系統(tǒng)的癱瘓，使得系統(tǒng)無法維持基本的安 全運行。因此，這種方式也是不可取的?；谝陨险J識，我們在設計集中供熱控制系統(tǒng)時始終注意把握集中與分散的 度，同時保持系統(tǒng)在硬

36、件和軟件上適當?shù)娜哂唷?針對大連大發(fā)熱電供熱系統(tǒng)，一 些基本的控制管理功能可以由現(xiàn)場機來完成， 而整體的協(xié)調(diào)則在中央站實現(xiàn)。當 系統(tǒng)正常運行時，主要由中央站來進行協(xié)調(diào)控制，由現(xiàn)場機來具體執(zhí)行并完成必 要的監(jiān)測和安全保護等工作；一旦系統(tǒng)出現(xiàn)通訊等方面的故障，現(xiàn)場機與上位機 失去聯(lián)系，則現(xiàn)場機自動進行獨立閉環(huán)回路的控制， 根據(jù)外溫補償器來設定供熱 參數(shù)。此時，雖然調(diào)節(jié)的效果較差，節(jié)能效果可能不夠理想，但卻可保證系統(tǒng)一 定時間內(nèi)的基本運行。各熱力站水力失調(diào)的消除和節(jié)能效果對于采用按面積收費的集中供熱系統(tǒng)來說，應以消除水平熱力失調(diào)，實現(xiàn)各熱力站均勻供熱為熱網(wǎng)的總調(diào)節(jié)目標。由于不可能對所有熱用戶的室溫進

37、行實時 測量，個別用戶的室溫狀況亦不能代表本片熱網(wǎng)的實際情況，因此，必需考慮其他的實現(xiàn)途徑。經(jīng)分析，對于房間熱特性及散熱器設計相差不大的熱網(wǎng)，實現(xiàn)了各熱力站二次網(wǎng)供回水平均溫度均勻一致，即可保證所帶采暖用戶室溫大體相 同。因此，各站二次網(wǎng)平均水溫均勻與否，基本反映了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的好壞。基于此, 我們采用熱網(wǎng)的水平失調(diào)度作為定量評價的指標：1 m t tX i |38tr trp | 100%trp tw i 12p式中m為熱力站個數(shù)，.，tm分別為第i熱力站二次網(wǎng)供水、回水溫度，卻 為室外溫度，i為第i熱力站供暖面積占全網(wǎng)總面積的比例， 3是由房間散 熱器結(jié)構(gòu)以及用戶特殊要求而決定的溫度修正量，

38、trp是以熱力站熱力特性參數(shù)i權(quán)的全網(wǎng)平均二次網(wǎng)水溫：水平失調(diào)度綜合反映了全網(wǎng)熱力工況均勻程度，其值越小，說明系統(tǒng)調(diào)節(jié)越 均勻，控制效果越好。 消除水力失調(diào)的最終目的就是為了消除系統(tǒng)的水平熱力 失調(diào)，因此二者是一致的。對于大連大發(fā)熱電集中供熱網(wǎng)，若全網(wǎng)采用按面積收 費，水平失調(diào)度可以控制到3%以內(nèi)。由于消除了系統(tǒng)的水平熱力失調(diào)，保證了整個系統(tǒng)供熱的均勻性，從而避免 了部分用戶出現(xiàn)過熱而部分用戶室溫卻不達標的現(xiàn)象， 因此在同樣滿足用戶的基 本供熱需求的條件下，可以節(jié)省大量的熱量。清華同方控制系統(tǒng)在一些熱網(wǎng)中的 應用表明，采用集中控制后可在同比條件下節(jié)省熱量15%左右，對于本工程，我們承諾在正常條

39、件下，采用本控制系統(tǒng)后，可較以前節(jié)能10 %以上。集中供熱控制的多時標劃分由于熱網(wǎng)從整體上屬于大慣性、長時滯、非線性，且存在耦合的多輸入-多 輸出系統(tǒng)?；谝延械目刂品椒?，直接實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)的單回路閉環(huán)控制是十分困難的為此，我們采用以下措施來解決熱網(wǎng)大慣性、長時滯、穩(wěn)定性差的問題：1）統(tǒng)一設定，單獨調(diào)整。均勻性調(diào)節(jié)的最終目標是用戶的室溫達到一致，然而 一是無法對用戶室溫進行直接測量；另一方面，用戶室溫也是一個慣性很大 的環(huán)節(jié)。為此，經(jīng)過分析我們發(fā)現(xiàn)，二次網(wǎng)的供回水平均溫度是影響用戶室 溫的最敏感因素，因此我們將其作為被調(diào)量。為消除系統(tǒng)的水平熱力失調(diào)， 應根據(jù)各熱力站二次側(cè)供回水平均溫度與全網(wǎng)

40、平均值的偏差來統(tǒng)一設定各熱 力站的被調(diào)量，各熱力站再以此為設定值進行單獨調(diào)節(jié)。2）限制幅度，逐漸調(diào)勻。由于系統(tǒng)的大慣性及傳輸延遲，因此不能按照上述方 法連續(xù)調(diào)節(jié)，否則將引起系統(tǒng)振蕩。兩次調(diào)節(jié)的時間間隔不能太短，而應采 取“等等看看”的策略，待溫度基本達到穩(wěn)定后再進行下次調(diào)整。整個調(diào)節(jié) 不是一兩次完成，而是使各熱力站二次側(cè)供回水平均溫度逐漸趨于一致的動 態(tài)過程，因此，每次閥門調(diào)節(jié)的幅度不能太大，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。3）各熱力站的獨立調(diào)節(jié)采用審級調(diào)節(jié)。對應統(tǒng)一設定的二次網(wǎng)供回水平均溫度, 將獨立控制回路分為二次網(wǎng)供回水平均溫度控制回路和一次網(wǎng)流量控制回 路：根據(jù)平均溫度的偏差確定一次網(wǎng)流量的設定值，

41、然后調(diào)節(jié)閥門開度使流 量達到設定值。由于流量控制回路是一個快速響應回路，因此采用這種審級 調(diào)節(jié)可以較好地解除熱網(wǎng)慣性的不利影響。4）水力耦合的解除。國內(nèi)供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性普遍較差，當調(diào)節(jié)某一支路的 閥門時，不僅本支路的流量隨之變化，相鄰支路的流量也同樣發(fā)生變化。對 于一些穩(wěn)定性較差的支路，如果簡單地采用單回路閉環(huán)控制而不考慮這種穩(wěn) 定性的狀況，就容易引發(fā)振蕩。因此，必需在對各用戶水力穩(wěn)定性綜合評判 的基礎上，確定具體的調(diào)節(jié)策略，對部分熱力站必須采取具體的解耦措施。 這些解耦措施可以通過軟件來實現(xiàn)。5）參數(shù)辨識和專家系統(tǒng)。根據(jù)實際運行中的測量數(shù)據(jù)，可以對系統(tǒng)中的一些重 要水力參數(shù)和熱力參數(shù)進行

42、在線辨識，在此基礎上可以建立系統(tǒng)控制的專家 系統(tǒng)，預測控制參數(shù)的變化趨勢，對有些環(huán)節(jié)采用前饋+反饋的方法控制， 從而消除系統(tǒng)慣性的影響。專有軟件包清華同方的最大貢獻在于其牢牢把握國內(nèi)集中供熱系統(tǒng)的特點， 將供熱系統(tǒng) 的工藝與控制管理緊密結(jié)合所開發(fā)出的一套專有軟件包。這些專有技術(shù)與具體的 分布式控制系統(tǒng)平臺相結(jié)合，充分發(fā)揮了監(jiān)控管理系統(tǒng)的作用。熱網(wǎng)優(yōu)化控制軟件包就地控制管理模塊：利用程序下裝功能，將換熱站的基本控制管理功能模塊裝載到現(xiàn)場DCS中，用以實現(xiàn)基本的閥門、電機死循環(huán)控制，換熱站 內(nèi)設備和系統(tǒng)故障的診斷和報警，設備和系統(tǒng)的安全保護等。保證當出現(xiàn) 系統(tǒng)通訊等方面的故障與中控工業(yè)控制機失去聯(lián)系時，系統(tǒng)能維持基本的 運行工況并保證安全可靠的運行。協(xié)調(diào)控制模塊：該模塊針對集中供熱網(wǎng)慣性大、各換熱站相互耦合的特點，結(jié)合國內(nèi)集中供熱的基本特點，特別是針對按面積收費和按熱量收費的不 同模式，采用了有針對性的協(xié)調(diào)控制措施，保證系統(tǒng)供熱量和需熱量的協(xié) 調(diào)抑制和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。優(yōu)化調(diào)度模塊：該模塊可以對多熱