供暖與生產工藝負荷共存熱網熱力站控制策略

摘要

摘要：某工廠存在供暖熱負荷(冬季)、生產工藝熱負荷(全年)，介紹該廠熱力站及二級管網的系統流程，探討了換熱器、二級主干線供回水壓差控制策略。關鍵字：熱力站；二級管網

摘要：某工廠存在供暖熱負荷(冬季)、生產工藝熱負荷(全年)，介紹該廠熱力站及二級管網的系統流程，探討了換熱器、二級主干線供回水壓差控制策略。

關鍵字：熱力站；二級管網；控制策略；換熱器；供回水壓差

Control Strategy of Heat-supply Substation with Coexistent Space Heating Load and Process Heating Load

Abstract: There are space heating load in winter and annual process heating load in a factory. The system flow of the substation and the secondary circuit of the factory are introduced．The control strategies of heat exchanger and pressure difference between supply water and return water in secondary trunk main are discussed.

Key words: substation；secondary circuit；control strategy；heat exchanger；pressure difference between supply water and return water

1 系統流程

某高檔轎車廠位于我國東北地區，該廠存在供暖熱負荷(冬季)、生產工藝熱負荷(全年)，熱源為市政熱水。供暖設計熱負荷為75 MW，供熱對象為車間、站房、辦公樓等。生產工藝設計熱負荷為25MW，供熱對象為涂裝車間生產線。熱力站、二級管網系統流程見圖1。

熱力站一級側供、回溫度為ll0、70℃，配置兩種供熱能力的管道：夏季供熱能力25 MW，規格Ø462；冬季供熱能力100MW，規格Ø820。熱力站采用4臺換熱能力為25 MW的殼管式換熱器并聯運行。夏季只運行一臺換熱器，冬季根據用戶負荷，運行l～4臺換熱器。熱力站二級側熱水先經主干線送到廠區的不同區域，再經各支干線送到每個用戶。支干線1，包括供暖熱負荷、生產工藝熱負荷。支干線2、3，僅包括供暖熱負荷。二級側安裝5臺二級循環泵PU1～PU5。在夏季，二級循環泵PU5工作，流量為330 m³／h，揚程為25 m。在冬季，二級循環泵PU1～PU4工作，單臺流量為380 m³／h，單臺揚程為50 m，并聯運行。

廠區內各用戶設計供水溫度為90℃，考慮到管道的散熱損耗，二級側實際供水溫度為(92±1)℃。當室外溫度或用戶負荷波動時，控制系統能夠自動計算二級側供回水壓差并自動調節，精度為壓差計算值的±l％。熱力站有2種運行模式：生產負荷模式、供暖生產負荷模式，生產負荷模式只有生產工藝熱負荷，供暖生產負荷模式包括供暖熱負荷、生產工藝熱負荷。當室外溫度高于l7℃時，切換至生產負荷模式運行。當室外溫度低于15℃時，切換至供暖生產負荷模式運行。

定壓補水裝置維持二級回水靜壓恒定(靜壓測點為P1)。定壓補水裝置主要包括補水泵、泄水閥、壓力膨脹罐等。二級循環泵(PU1～PU5)與二級回水靜壓連鎖。若二級回水靜壓正常(不低于50kPa)，控制系統啟動二級循環泵；若二級回水靜壓過低(低于40 kPa)且持續30 s，控制系統關閉所有正在運行的二級循環泵，并進行報警。

2 換熱器控制

①起停控制過程

以換熱器HE1為例，換熱器的啟動控制過程和關閉控制過程如下。換熱器HE1啟動控制過程：當換熱器HE1滿足啟動條件時，先緩慢(歷經l80 s)打開換熱器二級側開關閥BV1；然后PID控制器調節換熱器一級側調節閥RV1、RV2的相對開度使換熱器二級側出水溫度(測點TS1)達到設定值。值得注意的是，換熱器二級側出水溫度(測點TS1)的設置值由80℃緩慢(歷經l5 min)上升到92℃，避免在換熱器啟動時由于超調導致機械式溫度控制器TL1動作關閉換熱器。換熱器HE1關閉控制過程：當換熱器HE1滿足關閉條件時，先關閉換熱器一級側調節閥RV1、RV2。然后緩慢(歷經l80s)關閉換熱器二級側開關閥BV1。

②生產負荷模式

進入生產負荷模式時，啟動l臺換熱器。PID控制器控制換熱器一級側調節閥的相對開度，使換熱器二級側出水溫度達到設定值。為了提高控制精度，每臺換熱器的一級側安裝2個調節閥，其中一個調節閥最大相對開度對應設計流量的70％，另一個最大相對開度對應設計流量的30％。

③供暖生產負荷模式

單臺換熱器的額定熱功率為25 MW，一級供、回水溫度為110、70℃，則額定熱功率下單臺換熱器一級側流量為537．5 m³／h。當實際熱功率為額定熱功率的75％時，流量約403 m³／h。各臺換熱器的一級側流量之和為一級側總流量。

進入供暖生產負荷模式時，先啟動第一臺換熱器。然后根據以下控制策略啟動其他換熱器：當一級側總流量大于403 m³／h并持續300 s后，啟動第2臺換熱器；大于806 m³／h并持續300 s后，啟動第3臺換熱器；大于1 209 m³／h并持續300 s后，啟動第4臺換熱器。

關閉換熱器時，流量控制的滯后量設定為-80 m³／h，即當一次側總流量小于1 129 m³／h并持續60 s后，關閉第4臺換熱器；小于726 m³／h并持續60 s后，關閉第3臺換熱器；小于3 23 m³／h并持續60 s后，關閉第2臺換熱器。

④安全溫度控制

當換熱器二級側出水溫度大于機械式溫度控制器的設定值(95℃)時，機械式溫度控制器動作，立即關閉該換熱器的一級側調節閥，并發出報警。當換熱器二級側出水溫度下降到正常溫度后，換熱器一級側調節閥重新打開。當某臺換熱器一級側調節閥關閉5次后，該換熱器關閉退出運行，并發出報警。操作人員經現場檢查處理并復位后，切換到正常狀態。

3 二級主干線供回水壓差控制

為了降低主干線壓力波動的影響，提高供熱穩定性，在每個用戶的熱力入口回水管安裝自力式壓差控制閥，保證各用戶的供回水壓差恒定。在主干線安裝供回水壓差傳感器DP1，用于監測主干線供回水壓差。

①生產負荷模式

在生產負荷模式下，二級循環泵PU5工作。為了適應負荷變化，提高二級主干線壓差控制質量，采用PID串級控制方式(一個PID控制器的輸出值是另一個PID控制器的設定值)對二級側主干線供回壓差進行控制。

二級主干線供回水壓差PID控制器根據用戶實際供回壓差(輸入值)、自力式壓差控制閥設定值(設定值)，輸出所需的二級主干線供回水壓差。對于兩個以上的用戶，取輸出的最大值。二級循環泵PU5轉速PID控制器根據二級主干線供回水壓差PID控制器的輸出值(設定值)、二級主干線供回水壓差傳感器(DPI)實測信號(輸入值)，輸出調節二級循環泵PU5轉速的信號，實現二級主干線供回水壓差的控制。

當二級循環泵PU5出現故障(如變頻器故障、過載)時，自動切換到另一臺二級循環泵(PU1～PU4)運行。雖然切換后的二級循環泵功率、揚程比PU5大，但通過變頻調速控制，可以實現二級主干線供回水壓差控制。當二級循環泵PU5恢復正常后，再自動切換到PU5運行。

②供暖生產負荷模式

供暖生產負荷模式二級循環泵PU1～PU4工作，二級主干線供回水壓差控制原理與生產負荷模式類似。若二級循環泵的轉速大于等于額定轉速的98％且持續2 min，增加1臺二級循環泵。當2臺及2臺以上的二級循環泵運行時，若二級循環泵的轉速小于額定轉速的60％且持續2 min，減少1臺二級循環泵。所有正在運行的二級循環泵以同一轉速運行。當l臺正在運行的二級循環泵出現故障(如變頻器故障、過載)且循環泵運行數量小于4臺時，立即啟動備用二級循環泵運行。