最小輸送能耗的熱源供熱調節方法
2023-10-27 04:01:47
專利名稱：最小輸送能耗的熱源供熱調節方法
技術領域：
本發明涉及一種熱源供熱調節方法。
技術背景現有熱源供熱其輸送能耗較大，造成了能源的浪費，此浪費佔採暖包燒費用的比例較大；再一個就是在熱源供熱過程中，難以知道用戶調節閥門的 工作狀況，變流量調節時容易造成最不利用戶的流量失調。 發明內容本發明的目的是為解決現有熱源供熱其輸送能耗較大，造成了能源的浪 費，此浪費佔採暖包燒費用的比例較大；再一個就是在熱源供熱過程中，難 以知道用戶調節閥門的工作狀況，變流量調節時容易造成最不利用戶流量失 調的問題，提供一種最小輸送能耗的熱源供熱調節方法。本發明的技術方案 通過以下步驟實現 一、初運行時管網阻力係數辨識1、在供熱初期，根據系統設計參數，確定熱網的最大流量、最小流量，並按設計流量與揚程運行熱網變頻循環泵；2、各用戶按設計工況下的所需流量調節閥門的開度；3、 調整變頻循環泵轉速使其工作在高效負荷區內；4、檢測熱網流量是否穩定， 否，則重複第2、 3步驟，是，則進行下一步；5、測量供、回水壓差M、 循環流量《；再根據公式A/^SQ^計算管網的阻力係數S,.; 6、各用戶的 調節閥門野度保持不變；7、然後按照10%的比例降低循環泵轉速的設定值； 8、循環泵按照設定值調節轉速；9、檢測熱網流量是否穩定，否，則重複第 8步驟，是，則進行下一步；10、檢測熱網流量是否到最小流量，否，則重 復第5、 6、 7、 8、 9步驟，是，則進行下一步；11、根據每次測量和計算的 數據，整理得到A^,S,，G,.的關係並且記錄，以備調節時使用。二、運行時的最 佳阻力係數控制12、在熱網正式開始運行或流量超限時，預報熱網的供熱 負荷，即預報供水溫度、供水流量；13、熱源按照預報的供水溫度運行，按 預報流量確定變頻循環泵的初始轉速；14、各用戶按照運行工況下的所需流 量自動調節閥門，調節量是進入到各用戶的熱水流量；15、檢測熱網流量是
否超限，是，則重複第12、 13、 14步驟，否，則進行下一步；16、根據測量 的流量A，根據記錄的A^A,Gj計算得到A^A; 17、將得到的A^定為熱網循 環泵的供、回水壓差設定值；18、循環泵按此壓差調節轉速，熱網流量穩定 後再計算阻力係數S; 19、檢測阻力係數S是否為&或接近&,是，則轉到 第21步驟，否，則進行下一步。20、重新修正A^，重新設定循環泵轉速， 再轉至第18步驟；21、測量系統始終循環檢測熱網循環流量G^ 22、檢測熱 網流量A是否發生較大變化，是，則轉至第15步驟，再重複進行，否，則轉 至第21步驟。本發明的特點是熱源為用戶提供的供熱量公式為^=(7^(7^-7^) (1)， 其中g——熱源供熱量，『；G——熱源供熱熱水流量，W、； c——熱水定壓比熱容，J/fef力re——熱源供水溫度，r; rff——熱源回水溫度，r。當水泵輸送流體的物理參數不變，密度相似係數也不變時，水泵消耗的 功率與轉速的三次方成正比，即與流量的三次方成正比如下式(2)，式中/^，G分別代表循環水泵的功率、轉速和流量。由(1)和(2)式明顯看出輸送同樣的熱量，加大供、回水溫差，減小供水流量的供熱輸送方案是最節能的。但是採用大溫差、小流量供熱時特別 容易引起水力失調。尤其是在流量調節過程中不掌握用戶處的情況，不知道 是否會產生水力失調的現象，因此變流量工況較難調節為最節能工況。本發明的主要優點是 定流量運行時在常規設計中循環水泵容量的選擇是按照其最大負荷再加上一定的餘量 後確定，而且在設備選型時又難以選到與設計參數完全一致的水泵，因此水 泵的實際安裝容量往往偏大， 一般循環泵的額定負荷只佔設備容量的60% 80%。循環水泵按照定流量工況運行時，實際運行流量即為水泵額定流量的60 % 80%。變流量運行時系統採用大溫差小流量運行時，流量會在最小流量和最大流量之間進行M3
調節，最小流量一般定為40%(按較保守的值進行計算)。則年運行的流量變 化範圍在循環泵額定負荷的40% 80%之間，年運行負荷的平均值為循環水 泵額定負荷的60%。 節能計算節電率按照GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施 監督指南中的計算公式進行計算.formula see original document page 5式中《節電率，Ai^節電功率，^額定負荷下水泵電機的輸入功率，《 水泵電機標牌的額定功率，^水泵年運行平均流量，Ov水泵年運行額定流量。 可得節能率為formula see original document page 5顯然其節能效果非常顯著，節電率可達66.67%。在供熱系統中熱網循環水泵電耗的費用是非常可觀的，以某熱力公司的 實例進行計算。東北某城市集中供熱小區總供熱面積為1278 (萬m2)，系統 為定流量運行，實際記錄的總運行流量為15267 (m3/h)。運行4臺水泵，水 泵的揚程為65 (m)、流量為3846 (mVh)、電機額定功率為800 (kW)。電 動機選擇10kV電壓供電，電價按照高壓用戶電價0.76元/kWh，供熱時間按 照180天進行計算，定流量運行需要的年電費為0.76 x 4 x 800 x 180 x 24 = 1050.6240(萬元) 因為計算的流量與實際需要的流量很接近，故輸入電機功率按照電機名牌功 率計算。如果採用變流量運行後節電率按照66.67%計算，則節約的電費為 0.76 x 4 x ■ x 180 x 24 x 0.6667 = 700.4510(萬元)顯然其節約效果是非常顯著的。本發明的技術先進性本發明是過程辨識技術與熱網調節技術的結合，
可以充分發揮計算機智能控制的優勢，有效地利用監測系統的大量測量數據， 實現熱力系統的節能控制。
圖l是初運行時的管網阻力係數辨識方法的流程圖，圖2是運行時的最 佳阻力係數控制方法的流程圖，圖3是循環水泵與熱網管道阻力特性關係曲 線圖，圖4是具體實施方式
二中用戶使用電動調節閥時的調節示意圖。圖4 中的附圖標記l-4是回水流量傳感器，2-4是循環泵出口壓力傳感器，2-5是 熱網供水壓力傳感器，2-6是熱網回水壓力傳感器，5-l是熱網供水溫度傳感 器，5-2是熱網回水溫度傳感器，5-3是室外溫度傳感器；6-1、 6-2和6-3分 別是可調速循環泵，7-1是系統控制器(負責辨識系統阻力係數、預報供熱負 荷、調節循環泵轉速)，8-1、 8-2和8-3分別是供熱鍋爐，8-4、 8-6分別是鍋 爐進、出水管，8-5、 8-7分別是熱網供、回水管，9-l是熱用戶。
具體實施方式
具體實施方式
一(參見圖l 圖3)本實施方式的技術方案通過以下步 驟實現 一、初運行時管網阻力係數辨識1、在供熱初期，根據系統設計參數，確定熱網的最大流量、最小流量，並按設計流量與揚程運行熱網變頻循環泵。2、各用戶(熱力站等)也根據設計參數，確定各自的流量，並且按照 此流量調節閥門的開度。3、熱網循環泵要按照熱網所需流量將循環泵的轉速 調至水泵的高效負荷區(如圖3中的3-l及以下的區間)內。4、檢測熱網流 量是否穩定，否，則重複第2、 3步驟，是，則進行下一步。5、熱網流量穩 定後，測量供、回水壓差M (如圖3中的2-2點)、循環流量G,(如圖3中的 1-2點)，再根據公式A^=SD^ 計算管網的阻力係數S (如圖3中的3-3點)。6、各用戶的閥門開度保持不變。7、然後再將循環泵流量設定值降 低10%。 8、循環泵按照設定值調節轉速。9、檢測熱網流量是否穩定，否， 則重複第S步驟，是，則進行下一步。10、檢測熱網流量是否到最小流量， 否，則重複第5、 6、 7、 8、 9步驟，是，則進行下一步；以此類推直至降低 的流量小於熱網的最小流量(如圖3中的1-3點，最小流量根據管網所需最 小壓差、熱源所需最小流量及循環水泵的高效區確定，綜合考慮一般定為額 定流量的40%)後為止。11、此時根據每次測量和計算的數據。整理得到 A^,S,，G,的關係並且在計算機中記錄，以備調節時使用。上述過程如圖1所示。 二、運行時的最佳阻力係數控制12、在熱網正式開始運行或流量超限時， 預報熱網的供熱負荷，即預報供水溫度、供水流量。13、熱源應該按照預報 的供水溫度(如熱源條件允許最好是按照最高供水溫度)運行，熱網循環泵 按照預報的流量進行運行。14、此時各用戶(熱力站)按照自己所需要的流 量進行自動調節，調節量是進入到各用戶(熱力站)的熱水流量。15、檢測 熱網流量是否超限(超限的定義為低於最小流量即圖3中的3-4點，或大 於最大流量即圖3中的3-2點。)，是，則重複第12、 13和14步驟，否，則 進行下一步。16、各用戶調節穩定後可以測量到熱網的循環流量(此流量可 能與預報的流量不一致)，根據測量的流量G,，根據記錄的A^,S,，G,計算得到 A^,&。 17、將得到的A^.定為熱網循環泵的供、回水壓差設定值。18、循環 泵按此壓差設定值調節轉速，熱網流量穩定後再計算阻力係數5*。 19、檢測 阻力係數S是否為Sy或接近S,(初步認定S與S;之差小於5%即認為接近&)， 是，則轉到第21步驟，否，則進行下一步(此調節過程不易太快，要等待各 用戶調節過程結束)。20、重新修正A^，重新設定循環泵轉速，再轉至第18 步驟。經過此方法調節可以保證管道的阻力特性始終在圖3中的曲線3附近， 既保證系統的阻力係數最佳，熱網的輸送能耗最少。21、測量系統始終檢測 熱網循環流量G,; 22、檢測熱網流量g.是否發生較大變化(此變化值可根據 實際情況確定，初值定為A的5%),是，則轉至第15步驟，再重複進行， 否，則轉至第21步驟。上述過程如圖2所示。
具體實施方式
二(參見圖4)本實施方式是鍋爐房供熱按供水溫度調節， 用戶使用電動雙通閥調節熱網側流量，從而調節用戶負荷時的實施方案。在 系統進行調節前，先進行系統阻力係數辨識。(具體實施方式
一的第一階段)。 在運行過程中的最佳阻力係數的辨識和控制過程(具體實施方式
一的第二階 段)。在運行過程中熱源與熱用戶的調節過程如下所述熱用戶9-1根據測溫器9-3的測量溫度，通過控制器9-4調節自動調節閥 門9-2的開度，實現用戶根據需熱量的獨立調節。其他用戶的調節過程與其 類似。第一供熱鍋爐8-l、第二供熱鍋爐8-2和第三供熱鍋爐8-3根據第一測 溫器8-1-1、第二測溫器8-2-1和第三測溫器8-3-1的測量溫度，通過第一鍋 爐控制器S-l-2、第二鍋爐控制器8-2-2和第三鍋爐控制器8-3-2調節第一供 熱鍋爐8-l、第二供熱鍋爐8-2和第三供熱鍋爐8-3的供水溫度，實現熱源根 據反饋量的獨立調節(運行鍋爐的臺數由鍋爐調度系統決定，不在本專利範 圍之內)。系統控制器7-l負責系統初運行時的管網阻力係數辨識，運行時的 最佳阻力係數控制及系統的負荷預報等工作。本實施方式所描述的所有算法 與調節都由系統控制器7-1實現,系統控制器7-1可以由工業控制計算機或者 專用控制器構成。系統控制器7-1與第一鍋爐控制器8-1-2、第二鍋爐控制器 8-2-2和第三鍋爐控制器8-3-2之間要具有通訊聯繫，系統控制器7-1預報的 供水溫度設定值要在每次預報後賦給第一鍋爐控制器8-1-2、第二鍋爐控制器 8-2-2和第三鍋爐控制器8-3-2相應的值，以保證系統整體調節範圍為最佳。 系統控制器7-1所計算得到的循環水泵的流量設定值可以賦給水泵電機的變 頻控制器，也可以將循環水泵的流量設定值轉換成電機頻率設定值直接賦給 水泵電機的變頻器。
權利要求
1、一種最小輸送能耗的熱源供熱調節方法，其特徵在於最小輸送能耗的熱源供熱調節方法通過以下步驟實現一、初運行時管網阻力係數辨識(1)、在供熱初期，根據系統設計參數，確定熱網的最大流量、最小流量，並按設計流量與揚程運行熱網變頻循環泵；(2)、各用戶按設計工況下的所需流量調節閥門的開度；(3)、調整變頻循環泵轉速使其工作在高效負荷區內；(4)、檢測熱網流量是否穩定，否，則重複第(2)、(3)步驟，是，則進行下一步；(5)、測量供、回水壓差ΔPi、循環流量Gi；再根據公式ΔPi＝Si□Gi2計算管網的阻力係數Si；(6)、各用戶的調節閥門開度保持不變；(7)、然後按照10％的比例降低循環泵轉速的設定值；(8)、循環泵按照設定值調節轉速；(9)、檢測熱網流量是否穩定，否，則重複第(8)步驟，是，則進行下一步；(10)、檢測熱網流量是否到最小流量，否，則重複第(5)、(6)、(7)、(8)、(9)步驟，是，則進行下一步；(11)、根據每次測量和計算的數據，整理得到ΔPi，Si，Gi的關係並且記錄，以備調節時使用；二、運行時的最佳阻力係數控制(12)、在熱網正式開始運行或流量超限時，預報熱網的供熱負荷，即預報供水溫度、供水流量；(13)、熱源按照預報的供水溫度運行，按預報流量確定變頻循環泵的初始轉速；(14)、各用戶按照運行工況下的所需流量自動調節閥門，調節量是進入到各用戶的熱水流量；(15)、檢測熱網流量是否超限，是，則重複第(12)、(13)、(14)步驟，否，則進行下一步；(16)、根據測量的流量Gj，根據記錄的ΔPi，Si，Gi計算得到ΔPj，Sj；(17)、將得到的ΔPj定為熱網循環泵的供、回水壓差設定值；(18)、循環泵按此壓差調節轉速，熱網流量穩定後再計算阻力係數S；(19)、檢測阻力係數S是否為Sj或接近Sj，是，則轉到第(21)步驟，否，則進行下一步；(20)、重新修正ΔPj，重新設定循環泵轉速，再轉至第(18)步驟；(21)、測量系統始終循環檢測熱網循環流量Gj；(22)、檢測熱網流量Gj是否發生較大變化，是，則轉至第(15)步驟，再重複進行，否，則轉至第(21)步驟。
全文摘要
最小輸送能耗的熱源供熱調節方法，它涉及一種熱源供熱調節方法，本發明的目的是為解決現有熱源供熱輸送能耗較大，在熱源供熱過程中難以知道用戶調節閥門的工作狀況，變流量調節時容易造成最不利用戶流量失調的問題。本發明在供熱初期，先根據設計參數確定供熱網設計工況下的熱源循環泵的流量、揚程，及確定各用戶的流量，並且各用戶按照此流量調節閥門的開度；熱源循環泵按照熱網所需流量將循環泵的轉速調至水泵的高效負荷區內；然後再將流量降低10％，以此類推直至降低的流量小於熱網的最小流量後停止。本發明的系統採用大溫差小流量運行時，最小流量一般定為40％，年運行負荷的平均值為循環水泵額定負荷的60％。本發明採用變流量運行後節電率為66.67％。
文檔編號G05B19/048GK101211169SQ20071014489
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者姜永成 申請人:哈爾濱工業大學