热力站集中供热自动化控制系统研究

董玉海

秦皇岛市热力有限责任公司 河北 秦皇岛 066000

引言

随着社会经济的不断发展，我国城市化水平在迅速提高，供热工程规模逐渐扩大，成为社会进步的一个重要标志。自动化技术的出现对供热事业起到了推动作用，其在供热工程中的应用为供热系统建设提供了良好的信息技术支持。然而，由于受到许多外部条件的限制，供热系统发展仍存在许多技术问题与安全问题，如部分地区供热管网运行方式与结构较为复杂，导致供热形势与控制方式存在差异，给供热工程建设增加了一定的技术难度[1]。为加强对供热系统的检测与控制，提高供热工程建设技术水平，施工单位需要重点探索自动化技术在供热施工中的有效应用路径，从而更好地改善供热系统运行效果。从当前发展形势来看，我国尚处于能源需求量大、储备不足的状态，原料价格也是水涨船高，集中供热相较于其他供热方式对于能源的节约与环境的保护有着积极的作用。在当前的城市化建设过程中，集中供热的节能减排方案也应该得到足够的重视，要建立健全合理高效的节能减排方案，积极尝试应用先进的技术，提高资源的利用率，让供热企业真正做到可持续发展。

1集中供热自动化控制系统的组成

随着社会经济的发展和科技的进步，自动化控制设备在集中供热系统的应用更加广泛，集中供热系统的自控运行管理也趋于完善。通过自控系统的深入实施和热网的集中管理，使得热网资源的利用率得到持续提高[2]。热力站在集中供热系统中起到热能交换以及热能传递的作用。热力站主要由三部分组成：一部分为热用户；第二部分为热力管网；第三部分为热源中心，其中的热用户指的是对用户供热需求的获取，并为用户提供相应的供热设备。热力管网的作用则是进行热量输送，热源中心是供热系统的核心组成，决定着供热质量和供热效率。集中供热系统的自动化控制，需要由集中供热调度管理系统和热力站自动化控制系统共同完成。其中的集中供热调度管理系统包括交换机、过程控制站、网关机等，主要是通过对各个管网节点信息的及时获取来了解热用户的供热需求以及供热系统中的各项参数，对于供热管网运行状态进行实时检测，对于监测数据进行系统整合与分析后，形成数据分析报告，提交至热力站的自动化控制系统。由热力站的自动化控制系统根据编程信息对热力系统状况进行监测，接收来自中央控制室的指令并做出控制动作，保障供热系统的安全稳定运行。

2 集中供热现状

2.1 锅炉运行效率低，污染物排放量大

锅炉作为供热系统的核心，若其在设计之初就存在不合理的状况，抑或是在运行过程中难以实现精准控制，就会在设备运转时加快能源的消耗并排放出大量废弃物，直接导致了资源浪费与环境污染，此问题就是目前集中供热企业亟待解决的。当前大多数供热企业的原料是以煤为主，而以煤作为燃料的锅炉大多技术较为落后，煤燃烧后产生的废物废气较多[3]。而煤本身的燃烧效率不高，直接导致资源的浪费和环境的污染。随着技术的不断进步，目前燃煤锅炉逐渐被淘汰，以燃气或者电力作为燃料的锅炉逐步替代了其位置，但是这两者也有着一定的弊端，电锅炉虽然更加的清洁，热效率也相对较高，但电能作为一种二次能源，依旧存在大量污染源。在利用率的方面也需要根据具体环境来具体分析，不能一概而论。燃气锅炉利用天然气作为燃料，相较于煤炭而言，天然气燃烧的热效率要更高，但从实践运行来看，我国目前大多数供热厂的锅炉在运转时没有达到最佳状态，也没有发挥出燃料本身的使用价值。

2.2 自动化节能效果相对较差

自动化控制设施是集中供热的重要组成部分，需要大量的资金来进行引进和维护。自动化控制设施的正常运作能够将指令传达到设备的每一处，通过远程控制的方式来对设备进行管理与调节，进而来正确的分配资源，做到物尽其用。根据数据分析，目前我国集中供热的自动化控制设施存在着大量问题，主要体现在以下三方面:第一，自动化控制设施未能将换热站与热源厂两者的数据相对接，二者信息传输存在阻隔；第二，当热能传输过程中热力控制系统工作时，不能对用户以及建筑物做出有效的反应；第三，水力不平衡是供热系统出现故障的常见问题，而供水管路的质量也影响着水力是否失调，因此在解决这一问题时需要考虑多方的因素，从而增加了难度，而且供热系统内部各调节器之间的协调性欠佳，导致系统无法正确识别用户与建筑物的温度，致使大量的热力资源浪费。

2.3 受热管损坏

在锅炉具体运行的时候，水冷壁管被严重损坏时，将会影响到锅炉正常的使用，还会阻碍后续工序的开展。其主要原因是安装前未能及时清理管道中的杂物，导致运行阶段的水积垢在管壁之中，从而影响到传热的性能，管壁长期在高温影响下也易凸起鼓泡[4]。起泡部位的管壁会逐渐变薄，长此以往会影响到正常的使用，施工时应该重视一些细节之处，需要采取科学的方式加以防范。管子焊口或者是胀口位置存在着明显缺陷，管子的基本材质不符合标准，运行过程中的水位未能达标，从而使得锅炉运行时暴露出诸多的问题。若是上述问题未能及时解决，在水冷壁管循环不良的条件下，锅炉受热面管壁会受到严重的影响。面对这种问题，应该及时运用防范措施，通过强化日常的检验频率，使得相应的问题得到妥善处理，维护好锅炉本身的运行效率。

3 热力站集中供热自动化控制优化

3.1 换热站的优化

换热站是集中供热系统中的一个重要组成部分，是处理水力平衡的关键。它主要是对热源输送出来的热进行了一次降温换热，并不生产热。然后，通过水泵将热量输送到居民住户。在集中供暖过程中的具体应用主要体现在：各换热站信息数据的备份、维护和管理，各换热站工作情况统计、分析。其工作原理为：板式换热站把一次网得到热量，自动连续的转换为用户需要的生活用水和采暖用水。即热水（或蒸气）从机组的一次侧入口进入板式换热器进行热交换后，从机组一次侧出口流出；二次侧回水经过过滤器除去污垢后，通过二次侧循环水泵进入板式换热器进行热交换，生产出与采暖、空调、地板采暖或生活用水等不同温度的热水，以满足用户的需求。为了更好地发挥集中供热系统的作用，应该对换热站进行优化。从设备方面出发：第一，在额定出力以及设计好的热负荷基础上，选择出换热器，再根据供热系统实际设计情况对换热器的热力能力开始校核；第二，选择合适的循环泵，因为它对供热系统的运行有很大的影响；第三，注意热网水力失调的相关影响，确保其造成的损失尽量最小。

3.2 小型热力站的优越性

热力站按供热的形式可以分为2种：直供站和间供站。直供站是电厂直接供给用户，其温度高且不易控制，浪费热能。属于最开始时电厂余热福利供热的产物。随着商品经济发展、热商品化，热力公司供热质量有了提升，便开始出现间供站，这属于集中供热[5]。还有锅炉供热，省掉电厂环节，但是效率低，污染大已近淘汰。集中供热是发展方向，间供站为主。当热力站大时，一级网就会短，二级网长。而相比来说，一级网的温差会比较大，流量较小，因此需要使用的材料就少；二级网温差小，流量大，需要的材料多。总体来说，小型热力站具备的优势有以下几个方面：第一，能够更加精确地计算出热力站的热负荷，可以更有效地实现节能；第二，二次侧循环水泵可以精确地做到对每栋楼的流量以及水力情况进行确定；第三，小体积的机组压降会更小，从而能够节省成本；第四，管网的失水量会比较少，可以把一次网回水补到二次网中，节省了资金，同时，也能够减少对管子的腐蚀。

3.3 变频调速技术的应用

科技的不断进步推动了变频技术的发展。变频技术有着可靠性高、成本低的优势，其在供热工程中对泵、风机的控制中得到了越来越广泛的应用。基于变频器与计算机网络技术融合设计的供热综合自动化管理模式既简单又经济，以变频技术为基础，通过通信线路将变频器全部连接到工控专用计算机，不仅使热网得以集中管理，还提高了逻辑保护功能的应用效率，使工作人员可以远程操作变频器[6]。此外，还可通过在原方案上增加相应的数据采集与数据控制模块来提高供热工程的监管效率。变频调速技术主要用于实现供热工程系统的定点补水，利用的是恒压供水原理。可通过在回水总管上安装压力变送器来解决循环水压力低的问题。压力变送器可改变管网的压力，当变频器给定值大于管网的压力时，可提高输出频率，达到补水目的。当变频器的给定值与网络管理上的压力值相同时，可以降低输出频率以停止供水。

3.4 施工作业优化

集中供热是一项至关重要的任务，对于居民的生活能产生较大影响，因此需要高度重视锅炉安装时的特点，明确涉及的庞大工作量和烦琐流程。为避免锅炉安装施工中出现多种问题，需要借助于科学的安装工艺强化安装质量，应该采取适宜的方式优化施工作业流程[7]。施工作业涵盖钢架组对和锅炉锅筒的吊装和焊接，也涉及水冷壁校正组的安装、顶部省煤器安装、空气预热器的安装等非常复杂的内容，需要遵循基本流程有条不紊地推进。需要根据设计图纸和焊接工艺文件等加以分析，检查焊接单位资质、焊接人员的资格，对施焊使用的设备以及材料等技术参数进行判断，严格按照工艺评定和焊接工艺指导书，进行详细的技术交底，完成科学化的焊接质量检测，若是发现质量问题，则需及时地寻找应对的补救措施，保证制定出相应整改方案加以处理。

3.5 及时更换备用件

自控系统的主要功能元器件都是电子元器件，工作环境中温度、湿度以及灰尘等都会影响电子元器件的寿命。因此在发现故障的原因之后要及时替换备用件。需要注意的是，在更换备用件的时候要始终保持设备处于断电的状态，并在更换电子元器件的时候及时记录和检查原件的开关状态，如果是需要区分正负极的供电设备，安装时要注意，避免电极反接损坏设备。

4 结束语

随着经济快速发展、碳达峰碳中和目标的提出,供热行业节能减排势在必行。热力站集中控制自动化系统设计的主要目的是结合热用户的供热需求，对热力站以及供热管网的运行进行合理动态调节，使其在满足热用户供热需求的同时，能够有效节约能源，减少能源浪费问题，并且控制供热作业对环境因素的影响。对于热力站的自动化控制还能实现无人值守的工作目标，既可减轻人工成本投入，也能提高热力站控制作业的规范性，避免由于人工失误对热力站供热效果造成的影响。因此，在今后的工作中，也需不断完善热力站的集中供热自动化控制系统，使其系统功能更为完善，能够进一步提升热力管网的运行效果。为了能够更好地促进集中供热系统的稳定运行，自控维保要结合实际加强对集中供热自动控制系统运行故障的分析，快速判断故障原因，采取有针对性的解决对策，从而更好地保障集中供热自动控制系统的持续稳定高效运行。