CN101211169B - 最小输送能耗的热源供热调节方法 - Google Patents

Abstract

最小输送能耗的热源供热调节方法，它涉及一种热源供热调节方法，本发明的目的是为解决现有热源供热输送能耗较大，在热源供热过程中难以知道用户调节阀门的工作状况，变流量调节时容易造成最不利用户流量失调的问题。本发明在供热初期，先根据设计参数确定供热网设计工况下的热源循环泵的流量、扬程，及确定各用户的流量，并且各用户按照此流量调节阀门的开度；热源循环泵按照热网所需流量将循环泵的转速调至水泵的高效负荷区内；然后再将流量降低10％，以此类推直至降低的流量小于热网的最小流量后停止。本发明的系统采用大温差小流量运行时，最小流量一般定为40％，年运行负荷的平均值为循环水泵额定负荷的60％。本发明采用变流量运行后节电率为66.67％。

Description

最小输送能耗的热源供热调节方法 

技术领域

本发明涉及一种热源供热调节方法。 

背景技术

现有热源供热其输送能耗较大，造成了能源的浪费，此浪费占采暖包烧费用的比例较大；再一个就是在热源供热过程中，难以知道用户调节阀门的工作状况，变流量调节时容易造成最不利用户的流量失调。 

发明内容

本发明的目的是为解决现有热源供热其输送能耗较大，造成了能源的浪费，此浪费占采暖包烧费用的比例较大；再一个就是在热源供热过程中，难以知道用户调节阀门的工作状况，变流量调节时容易造成最不利用户流量失调的问题，提供一种最小输送能耗的热源供热调节方法。本发明的技术方案通过以下步骤实现：一、初运行时管网阻力系数辨识：1、在供热初期，根据系统设计参数，确定热网的最大流量、最小流量，并按设计流量与扬程运行热网变频循环泵；2、各用户按设计工况下的所需流量调节阀门的开度；3、调整变频循环泵转速使其工作在高效负荷区内；4、检测热网流量是否稳定，否，则重复第2、3步骤，是，则进行下一步；5、测量供、回水压差ΔP_i、热网循环流量G_i；再根据公式： 

计算管网的阻力系数S_i；6、各用户的调节阀门开度保持不变；7、然后按照10％的比例降低循环泵转速的设定值；8、循环泵按照设定值调节转速；9、检测热网流量是否稳定，否，则重复第8步骤，是，则进行下一步；10、检测热网流量是否到最小流量，否，则重复第5、6、7、8、9步骤，是，则进行下一步；11、根据每次测量和计算的数据，整理得到ΔP_i，S_i，G_i的关系并且记录，以备调节时使用。二、运行时的最佳阻力系数控制：12、在热网正式开始运行或流量超限时，预报热网的供热负荷，即预报供水温度、供水流量；13、热源按照预报的供水温度运行，按预报的供水流量确定变频循环泵的初始转速；14、各用户按照运行工况下的所需热水流量自动调节阀门，调节量是进入到各用户的热水流量；15、检测热网流量是否超限，是，则重复第12、13、14步骤，否，则进行下一步；16、根据测量的热网循环流量G_j，根据记录的ΔP_i，S_i，G_i计算得到ΔP_i，S_j；17、将得 到的ΔP_j定为热网循环泵的供、回水压差设定值；18、循环泵按此压差调节转速，热网流量稳定后再计算阻力系数S；19、检测阻力系数S是否为S_j或接近S_j，是，则转到第21步骤，否，则进行下一步，当阻力系数S与S_j之差小于S_j的5％时即认为接近S_j；20、重新修正ΔP_j，重新设定循环泵转速，再转至第18步骤；21、测量系统始终循环检测热网循环流量G_j；22、检测热网循环流量G_j是否发生较大变化，是，则转至第15步骤，再重复进行，否，则转至第21步骤，当变化值超过热网循环流量G_j的5％时，视为发生较大变化。 

本发明的特点是：热源为用户提供的供热量公式为：Q＝Gρc(T_G-T_H)(1)，其中：Q——热源供热量，W；G——热源供热热水流量，m³/s；c——热水定压比热容，J/(kg·K)；T_G——热源供水温度，℃；T_H——热源回水温度，℃。 

当水泵输送流体的物理参数不变，密度相似系数也不变时，水泵消耗的功率与转速的三次方成正比，即与流量的三次方成正比如下式： 

(2)，式中p，n，G分别代表循环水泵的功率、转速和流量。 

由(1)和(2)式明显看出输送同样的热量，加大供、回水温差，减小供水流量的供热输送方案是最节能的。但是采用大温差、小流量供热时特别容易引起水力失调。尤其是在流量调节过程中不掌握用户处的情况，不知道是否会产生水力失调的现象，因此变流量工况较难调节为最节能工况。 

本发明的主要优点是： 

定流量运行时： 

在常规设计中循环水泵容量的选择是按照其最大负荷再加上一定的余量后确定，而且在设备选型时又难以选到与设计参数完全一致的水泵，因此水泵的实际安装容量往往偏大，一般循环泵的额定负荷只占设备容量的60％～80％。 

循环水泵按照定流量工况运行时，实际运行流量即为水泵额定流量的60％～80％。 

变流量运行时： 

系统采用大温差小流量运行时，流量会在最小流量和最大流量之间进行调节，最小流量一般定为40％(按较保守的值进行计算)。则年运行的流量变化范围在循环泵额定负荷的40％～80％之间，年运行负荷的平均值为循环水 泵额定负荷的60％。 

节能计算： 

节电率按照GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式进行计算： 

$K_i=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_I}{P_L}=\frac{P_L-P_e{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^3}{P_L}=1-\frac{{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^3}{0.45+0.55{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Q}}{Q_N}\right)}^2},$

式中：K_i节电率，ΔP_I节电功率，P_L额定负荷下水泵电机的输入功率，P_e水泵电机标牌的额定功率， 

水泵年运行平均流量，Q_N水泵年运行额定流量。可得节能率为： 

$K_i=1-\frac{{\left(\frac{0.6Q_N}{Q_N}\right)}^3}{0.45+0.55{\left(\frac{0.6Q_N}{Q_N}\right)}^2}=0.6667,$

显然其节能效果非常显著，节电率可达66.67％。 

在供热系统中热网循环水泵电耗的费用是非常可观的，以某热力公司的实例进行计算。东北某城市集中供热小区总供热面积为1278(万m²)，系统为定流量运行，实际记录的总运行流量为15267(m³/h)。运行4台水泵，水泵的扬程为65(m)、流量为3846(m³/h)、电机额定功率为800(kW)。电动机选择10kV电压供电，电价按照高压用户电价0.76元/kWh，供热时间按照180天进行计算，定流量运行需要的年电费为： 

0.76×4×800×180×24＝1050.6240(万元) 

因为计算的流量与实际需要的流量很接近，故输入电机功率按照电机名牌功率计算。 

如果采用变流量运行后节电率按照66.67％计算，则节约的电费为： 

0.76×4×800×180×24×0.6667＝700.4510(万元) 

显然其节约效果是非常显著的。 

本发明的技术先进性：本发明是过程辨识技术与热网调节技术的结合，可以充分发挥计算机智能控制的优势，有效地利用监测系统的大量测量数据，实现热力系统的节能控制。 

附图说明

图1是初运行时的管网阻力系数辨识方法的流程图，图2是运行时的最佳阻力系数控制方法的流程图，图3是循环水泵与热网管道阻力特性关系曲线图，图4是具体实施方式二中用户使用电动调节阀时的调节示意图。图4中的附图标记1-4是回水流量传感器，2-4是循环泵出口压力传感器，2-5是热网供水压力传感器，2-6是热网回水压力传感器，5-1是热网供水温度传感器，5-2是热网回水温度传感器，5-3是室外温度传感器；6-1、6-2和6-3分别是可调速循环泵，7-1是系统控制器(负责辨识系统阻力系数、预报供热负荷、调节循环泵转速)，8-1、8-和8-3分别是供热锅炉，8-4、8-6分别是锅炉进、出水管，8-5、8-7分别是热网供、回水管，9-1是热用户。 

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1～图3)本实施方式的技术方案通过以下步骤实现：一、初运行时管网阻力系数辨识：1、在供热初期，根据系统设计参数，确定热网的最大流量、最小流量，并按设计流量与扬程运行热网变频循环泵。2、各用户(热力站等)也根据设计参数，确定各自的流量，并且按照此流量调节阀门的开度。3、热网循环泵要按照热网所需流量将循环泵的转速调至水泵的高效负荷区(如图3中的3-1及以下的区间)内。4、检测热网流量是否稳定，否，则重复第2、3步骤，是，则进行下一步。5、热网流量稳定后，测量供、回水压差ΔP_i(如图3中的2-2点)、热网循环流量G_i(如图3中的1-2点)，再根据公式： 

计算管网的阻力系数S_i(如图3中的3-3点)。6、各用户的阀门开度保持不变。7、然后再将循环泵流量设定值降低10％。8、循环泵按照设定值调节转速。9、检测热网流量是否稳定，否，则重复第8步骤，是，则进行下一步。10、检测热网流量是否到最小流量，否，则重复第5、6、7、8、9步骤，是，则进行下一步；以此类推直至降低的流量小于热网的最小流量(如图3中的1-3点，最小流量根据管网所需最小压差、热源所需最小流量及循环水泵的高效区确定，综合考虑一般定为额定流量的40％)后为止。11、此时根据每次测量和计算的数据。整理得到ΔP_i，S_i，G_i的关系并且在计算机中记录，以备调节时使用。上述过程如图1所示。二、运行时的最佳阻力系数控制：12、在热网正式开始运行或流量超限 时，预报热网的供热负荷，即预报供水温度、供水流量。13、热源应该按照预报的供水温度(如热源条件允许最好是按照最高供水温度)运行，热网循环泵按照预报的供水流量进行运行。14、此时各用户(热力站)按照自己所需要的热水流量进行自动调节，调节量是进入到各用户(热力站)的热水流量。15、检测热网流量是否超限(超限的定义为：低于最小流量即图3中的3-4点，或大于最大流量即图3中的3-2点。)，是，则重复第12、13和14步骤，否，则进行下一步。16、各用户调节稳定后可以测量到热网的循环流量(此流量可能与预报的流量不一致)，根据测量的热网循环流量G_j，根据记录的ΔP_i，S_i，G_i计算得到ΔP_j，S_j。17、将得到的ΔP_j定为热网循环泵的供、回水压差设定值。18、循环泵按此压差设定值调节转速，热网流量稳定后再计算阻力系数S。19、检测阻力系数S是否为S_j或接近S_j(初步认定S与S_j之差小于5％即认为接近S_j)，是，则转到第21步骤，否，则进行下一步(此调节过程不易太快，要等待各用户调节过程结束)。20、重新修正ΔP_j，重新设定循环泵转速，再转至第18步骤。经过此方法调节可以保证管道的阻力特性始终在图3中的曲线3附近，既保证系统的阻力系数最佳，热网的输送能耗最少。21、测量系统始终检测热网循环流量G_j；22、检测热网循环流量G_j是否发生较大变化(此变化值可根据实际情况确定，初值定为G_j的5％)，是，则转至第15步骤，再重复进行，否，则转至第21步骤。上述过程如图2所示。 

具体实施方式二：(参见图4)本实施方式是锅炉房供热按供水温度调节，用户使用电动双通阀调节热网侧流量，从而调节用户负荷时的实施方案。在系统进行调节前，先进行系统阻力系数辨识。(具体实施方式一的第一阶段)。在运行过程中的最佳阻力系数的辨识和控制过程(具体实施方式一的第二阶段)。在运行过程中热源与热用户的调节过程如下所述： 

热用户9-1根据测温器9-3的测量温度，通过控制器9-4调节自动调节阀门9-2的开度，实现用户根据需热量的独立调节。其他用户的调节过程与其类似。第一供热锅炉8-1、第二供热锅炉8-2和第三供热锅炉8-3根据第一测温器8-1-1、第二测温器8-2-1和第三测温器8-3-1的测量温度，通过第一锅炉控制器8-1-2、第二锅炉控制器8-2-2和第三锅炉控制器8-3-2调节第一供热锅炉8-1、第二供热锅炉8-2和第三供热锅炉8-3的供水温度，实现热源根据反馈量的独立调节(运行锅炉的台数由锅炉调度系统决定，不在本专利范 围之内)。系统控制器7-1负责系统初运行时的管网阻力系数辨识，运行时的最佳阻力系数控制及系统的负荷预报等工作。本实施方式所描述的所有算法与调节都由系统控制器7-1实现，系统控制器7-1可以由工业控制计算机或者专用控制器构成。系统控制器7-1与第一锅炉控制器8-1-2、第二锅炉控制器8-2-2和第三锅炉控制器8-3-2之间要具有通讯联系，系统控制器7-1预报的供水温度设定值要在每次预报后赋给第一锅炉控制器8-1-2、第二锅炉控制器8-2-2和第三锅炉控制器8-3-2相应的值，以保证系统整体调节范围为最佳。系统控制器7-1所计算得到的循环水泵的流量设定值可以赋给水泵电机的变频控制器，也可以将循环水泵的流量设定值转换成电机频率设定值直接赋给水泵电机的变频器。 

Claims (1)

1.一种最小输送能耗的热源供热调节方法，其特征在于最小输送能耗的热源供热调节方法通过以下步骤实现：一、初运行时管网阻力系数辨识：(1)、在供热初期，根据系统设计参数，确定热网的最大流量、最小流量，并按设计流量与扬程运行热网变频循环泵；(2)、各用户按设计工况下的所需流量调节阀门的开度；(3)、调整变频循环泵转速使其工作在高效负荷区内；(4)、检测热网流量是否稳定，否，则重复第(2)、(3)步骤，是，则进行下一步；(5)、测量供、回水压差ΔP_i、热网循环流量G_i；再根据公式：

计算管网的阻力系数S_i；(6)、各用户的调节阀门开度保持不变；(7)、然后按照10％的比例降低循环泵转速的设定值；(8)、循环泵按照设定值调节转速；(9)、检测热网流量是否稳定，否，则重复第(8)步骤，是，则进行下一步；(10)、检测热网流量是否到最小流量，否，则重复第(5)、(6)、(7)、(8)、(9)步骤，是，则进行下一步；(11)、根据每次测量和计算的数据，整理得到ΔP_i，S_i，G_i的关系并且记录，以备调节时使用；二、运行时的最佳阻力系数控制：(12)、在热网正式开始运行或流量超限时，预报热网的供热负荷，即预报供水温度、供水流量；(13)、热源按照预报的供水温度运行，按预报的供水流量确定变频循环泵的初始转速；(14)、各用户按照运行工况下的所需热水流量自动调节阀门，调节量是进入到各用户的热水流量；(15)、检测热网流量是否超限，是，则重复第(12)、(13)、(14)步骤，否，则进行下一步；(16)、根据测量的热网循环流量G_j，根据记录的ΔP_i，S_i，G_i计算得到ΔP_j，S_j；(17)、将得到的ΔP_j定为热网循环泵的供、回水压差设定值；(18)、循环泵按此压差调节转速，热网流量稳定后再计算阻力系数S；(19)、检测阻力系数S是否为S_j或接近S_j，是，则转到第(21)步骤，否，则进行下一步，当阻力系数S与S_j之差小于S_j的5％时即认为接近S_j；(20)、重新修正ΔP_j，重新设定循环泵转速，再转至第(18)步骤；(21)、测量系统始终循环检测热网循环流量G_j；(22)、检测热网循环流量G_j是否发生较大变化，是，则转至第(15)步骤，再重复进行，否，则转至第(21)步骤，当变化值超过热网循环流量G_j的5％时，视为发生较大变化。

Images