智能换热机组的原理及应用

辛佩宏

摘 要：智能换热机组结构紧凑、占地面积小，可做到无人值守，降低了企业运营成本，得到越来越广泛的应用。文章简述了智能换热机组的原理及特点，阐述了其在具体应用中的控制方法及调试过程。并对其在供热领域的重要作用给予了充分肯定。

关键词：智能；换热机组；控制；应用

引言

近年来，随着城市集中供热的普及和发展，换热机组应用越来越多。换热站是集中供热的重要环节，采用先进的控制手段，实现对换热站的自动控制，对于提高供热效率、节约能源、降低环境污染都具有十分重要的意义。目前，大部分换热站仍然采用现场手动控制的方式，达不到运营经济性、安全性、可靠性的要求。而全自动智能换热机组在间接集中供热系统中，可以进行较大规模的自动调整，使管网中热量分布均衡，提高供热效率。黑龙江省电力调度信息中心大楼供暖和空调系统，采用五台华方牌智能换热机组，利用楼宇控制技术，能够进行远程控制。该系统经多年运行，性能稳定可靠，供热效果良好。

1 换热机组原理及结构

换热机组是集中了板式换热器、循环水泵、补水泵、电控系统、阀门、仪表、传感器等设备于一体的换热设备。所有设备整合固定于机组底盘上，整体设计使换热机组可以方便的布置，大大减少了占地面积。换热机组在换热器一次侧设有电动调节阀，该调节阀可根据机组二次侧出口温度和室外温度的变化调整开度，控制一次侧的流量，进而调节二次侧的出水温度。换热机组是按模块化设计的，其全部的生产、组装和调试均在生产车间内完成，进入安装现场后只需连接一、二次侧的进、出水口和补水进口即可。

2 智能换热机组特点及性能

（1）采用智能化全自动控制设计，配置西门子温控装置和变频装置，自动控制有关的阀和泵的工作状态，达到真正的无人值守。（2）可随时根据室外温度变化，为用户提供适宜的供热温度，达到节能、环保的目的。（3）可实现机组运行参数的多点监控。（4）可加装液晶触摸屏组成用户操作界面更为友好的控制系统。（5）可与热力站控制室或楼宇自控系统连接，实现远程自动化控制。（6）机组能够灵敏的检测压力、温度等控制信号，并能根据信号数据实时的自动控制机组各系统部件工作状态和调整各系统的工作参数。

3 智能换热机组应用

3.1 工程概况

黑龙江省电力调度信息中心工程位于哈尔滨市经济技术开发区，为高智能办公大楼，总建筑面积为70356.5m2。大楼共设有5台热交换机组，分别向大楼采暖及空调系统提供冷热源。两台采暖供热机组换热量分别为2400KW、6000KW，两台空调供热机组换热量分别为2880KW、5000KW，一台空调供冷机组换热量为2800KW。

3.2 设备配置

每套换热机组系由1台板式换热器（供冷机组为2台板式换热器）、2台循环水泵、2台定压变频补水泵、阀门、仪表、机架、电气及网络通讯控制系统组成的换热单元。换热器采用瑞典阿法拉伐Alfa Laval拼装式板式换热器，循环水泵、定压补水泵选用德国威乐（WILO）水泵。补水泵做变频控制，采用西门子M420变频器。循环水泵为立式单级管道泵，补水泵为立式多级泵。电动调节阀采用西门子VVF41系列产品，执行器采用西门子SKC62系列产品。温度传感器西门子QAE2110，压力传感器西门子QBE2002。室外温度传感器西门子QAC22。

3.3 实现控制功能

应用户要求，机组采用霍尼韦尔公司HONEYWELL EXCEL 5000系列DDC控制器实现内部控制功能，控制器具有过程通讯功能，能与BAS系统的总线连接，能够把一、二次网供水/回水的温度、压力及水泵状态、室内外温度、电动调节阀状态、变频器的状态等有关数据传输给大楼控制中心，并能够接受到控制中心的控制指令，进行远程控制。具体功能如下：（1）实时采集一、二次网的供/回水温度、压力等参数；（2）采集的室外温度、二次侧温度与控制中心的设定值比较，经PID运算，控制一次侧入口水流量，调节热交换量，维持二次侧供水温度恒定于设定点；（3）二次侧变频自动补水，保证系统设定压力；（4）控制系统能对水泵电机过载、短路、缺相、超温、失电及漏水进行监控及保护；（5）在机组控制柜上设置专用的显示及操作屏，并设手动、自动转换装置；（6）热交换机组控制用DDC并入大楼整个BAS网络。

3.4 DDC开关量信号和模拟量信号如下

一次侧供水温度T1 一次侧供水压力P1

一次侧回水温度T2 一次侧回水压力P2

二次侧供水温度T3 二次侧供水压力P3

二次侧回水温度T4 二次侧回水压力P4

M1循环泵A启动停止状态反馈；m1循环泵A启、停指令；

M2循环泵B启动停止状态反馈；m2循环泵B启、停指令；

W1一次侧供水调节阀阀位反馈；m3补水泵A启、停指令；

B1变频器变频指令； m4补水泵B启、停指令；

W一次侧供水调节阀阀位指令； B变频器反馈；变频器故障反馈DI；

水泵电机保护信号； 二路断相保护信号DI；

二路水泵过载保护信号； 两路短路保护信号；

二路漏水保护信号。

3.5 水泵控制

依用户要求，循环泵采用定流量控制。因2、4、5号机组循环泵功率分别为15KW、15KW、55KW，故分别采用了西门子3RW34系列软起动器。软起动和软停止，转换无中断，不会使电网承受电流峰值。两台循环泵为一用一备工作状态，相互连锁；两台补水泵为一用一补工作状态。补水泵采用变频定压补水，倒泵程序由DDC控制器实现。

4 调试运行

现场调试主要是设定各种运行参数及对几种核心控制环节的调试，如：电动调节阀、循环泵、补水泵；另外就是对一些关键的保护措施的调试。（1）通过控制屏进行参数显示，参数设定，主要电机的启停以及状态指示，报警指示。系统按设定的时间间隔采集和存储历史数据，历史数据在掉电时不丢失。（2）控制器时时检测循环泵的出口压力，当出口压力下降时可能是管道出现了泄漏现象这时为了保护管网中的水应停止循环泵，控制器时时检测循环泵的运行状态当循环泵停止时关闭一次网流量调节阀，同时停止补水泵。（3）检查机组压力的设定值是否符合工程自身的要求，如不符合应重新设定。检查机组的各种保护装置是否能够正常工作。当系统压力过高时，控制系统启动泄压阀泄压。（4）当换热机组中的水泵电机出现短路、缺相、过载等故障时，控制系统会给出停泵信号，电动调节阀自动关闭。当循环泵正常停机时，应先关闭一次侧电动调节阀，三分钟后再停止二次循环泵。（5）由于供热系统热惰性大，电动调节阀如采用连续调节，会产生振荡，使被调参数出现上下反复波动现象。应该对电动调节阀进行间歇性调节，可采取1-2小时调节一次的方法。根据供热系统的规模大小，系统越大，调节间隔应愈长，这样可以充分反映延时的影响。每次调节，电动调节阀的开度变化也不能过大。

5 结束语

智能换热机组采用计算机技术，实现了换热过程的全自动智能化控制。特别是二次网采用质调节+量调节系统，因循环泵采用变频控制，可根据供热需要实时调节水泵出力，节电效果显著。而对温度实时的自动调节，避免了热能的浪费，提高了劳动生产率，提高了企业经济效益。它代表了城市供热管理现代化的发展方向，它在提升城市供热管理水平、提高热能利用率，平衡热网负荷方面发挥着十分的重要作用。

参考文献

[1]丁世馨，韩龙.集中供热工程无人值守换热站自动控制[J].区域供热，2007，4.

[2]王传明.城市集中供热的现状与发展[J].滁州职业技术学院报，2006，12.