供热系统的自动化控制与节能降耗措施

古广磊

中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300000

1 供热自动化控制系统概述

通过自动控制系统的应用，可以改善供热系统的运行环境，发挥出节约能源、减轻污染物排放等作用。同时，自动化控制系统的应用可以提高换热站的供热水平，优化系统结构，丰富系统功能。此外，换热站自动化系统遵循特定的设计原则，规范性特征显著，可满足供热质量要求，也可以充分发挥资源的应用价值。供热自动化控制系统的先进性使其逐步得到更多热力公司的青睐，越来越多的公司相继在既有的供热系统以及新系统设计中采用自动控制技术。

从实际运行的角度来看，自动化控制系统的可靠性强、兼容性好，是换热站的核心。供热自动化控制系统提供了热计量、信息管理、自动控制等一系列功能，可以实时监测温度、热量，并根据此方面的数据对系统的运行情况进行判断，对比分析实际情况与预设运行要求，明确偏差，进而调整温度、热量值等关键参数。

2 供热系统中的分散控制系统概述

分散控制系统（DCS）是现阶段业内较为前沿的控制系统，其以计算机控制装置为核心，可实现自动化控制。DCS所涵盖的细分技术形式较多，包含计算机技术、通信技术、控制技术等，通过对各项技术的联合应用，可以完成现场信号的采集、逻辑联锁等相关操作。DCS对锅炉房公共部分和锅炉的重要监测点的布设进行了合理优化，将其放置在后备仪表和手操器处，可以确保锅炉在试验过程中依然维持稳定运行的状态。此外，DCS兼容了多项可靠性措施，为操作员站适配了运行稳定、性能可靠的工业PC机，并且其践行冗余设计的理念。在该方式下，若某个操作员站或是其中的线路存在异常，其他部分均可正常运行，不会对锅炉的运行状态造成不良影响。

3 供热系统自动化控制的实现思路

在供热系统的自动化控制实现路径中，应合理应用DCS，并做好相关的技术配套和硬件配套工作。依托DCS，能够加强对供热全过程中各环节的控制。

3.1 软硬件层面

在系统中配套红外、测温设备，并通过高精度装置的应用，使系统按特定的机制工作。在此期间，DCS需遵循电气设备工作程序，记录数据，与测温装置联动，全面监控供热系统的温度，对温度参数进行合理调整，将其稳定在合适范围内。

（1）适配设备。以供热需求为导向，结合系统的实际运行环境，增设合适规格的红外设备和测温装置，由系统发出指令信号，使该类装置做特定的操作。此外，DCS运行时，可高效完成数据的采集和记录操作，有效控制温度。

（2）自动控制。接收测温装置发出的信号，动态化地采取温度调控策略，由计算机起到控制作用，可以快速调节锅炉出口水温的设定值，在该调节机制下，供热系统内部的温度始终稳定在合理区间内，全程自动化操作水平较高，可以有效满足各阶段的供热需求。

3.2 智能控制层面

智能化是供热系统实现自动化控制的必要前提。从锅炉供热系统的结构组成来看，其具有形式多样的特征，多方面的因素均可能影响最终的控制效果。同时，锅炉系统具有安全隐患多、热容性大等特点，更加凸显了智能化控制的重要性，即依托相关技术，创建并实行智能化控制模式，以及时调控系统的整体运行环境，从源头上消除故障。

3.3 集中控制层面

以中央控制室为核心，实现集中控制。具体来说，需要以供热系统的运行特点为出发点，对其进行适度改进。在此期间，应重点关注上位控制管理系统，通过提高该系统的运行水平，增强其集中控制效果。对上位控制管理系统的参数加以优化，赋予其自动化的特征，以便在供热系统运行时能够完成自动化控制操作。

3.4 换热调控层面

在实现自动化控制的基础上，还需要进一步完善系统的换热调控功能。从硬件配置的角度来看，热力站为关键部分，能够根据温度、系统负荷等基础参数调控增压泵等各类与换热控制有关的装置，避免热量过度集中，从而保证系统的运行安全性。

4 供热系统的主要能量消耗分析

除了提高供热系统的自动化控制水平，还需充分考虑系统运行阶段的能耗问题。在资源日益紧张、环境污染不堪重负的背景下，需要沿着科学的思路开展供热系统的节能降耗工作，使其兼具节能环保优势。为了降低能耗，首先需明确供热系统各部分的能量消耗情况。

4.1 热源

燃料、锅炉房及热电厂是较为常见的制备热源方式。其中，燃料燃烧的可选原材料包含煤、天然气等；锅炉房燃烧得以实现的关键在于锅炉、鼓风机等设备的支持。因此，在供热系统设计中，需要合理选择热源生产方式，在满足供热系统对热源需求的前提下，降低能耗。

4.2 转换

热力站是供热转换中的关键装置，也是能量消耗的主要场所。热能转换得以实现的前提在于得到热力交换站内部交换器的支持，并在其作用下实现一级网的热能向二级网的转化，再经过一系列的处理，进一步为用户提供补给。热力站的各类设备在耗能方面的特性有所差异，主要包括热交换器、二级网系统循环水泵等，消耗的能量则以水能和热能两种形式为主。

4.3 输送

输送管道的内部组成包含钢管、保温层、保护层等，在供热输送过程中，消耗的能量类型较多，例如热能、水能、电能，为量化分析能耗情况，可引入热网热效应进行判断。

4.4 用热

在城市供热领域，为了满足室内的用暖需求，常配套采暖散热器，调节室内的温度，但该装置运行期间的能耗问题较为突出，需加强对能耗的分析与控制。值得注意的是，在确定能耗时，需兼顾循环水量和供、回水温差积分。

5 供热系统的节能降耗措施分析

5.1 改进锅炉设备

（1）深度优化锅炉设备。在判断锅炉的能量消耗情况时，锅炉热效率为关键的指标，需着重将其作为优化对象。

（2）在系统实现自动化控制的基础上，对锅炉房做深度的优化处理，以增强节能降耗效果。例如，优化燃煤供热锅炉设备的运行状态，使其热效率可以稳定在80%左右甚至更高；在锅炉使用期间，定期检测，适时更新。锅炉供热系统示意图如图1所示。

图1 锅炉供热系统示意图

5.2 改善输送环境

为了满足热网效率达到90%及以上的要求，应调整管道的埋设方法。例如，可采取直埋敷设管道的方法，有效降低管道的能量损失，使更多的能量均能够向用户端供给，减少能量在管道中的损耗量。

5.3 合理应用先进技术

在供热系统的流量分配中，需着重考虑热网水力失调度这一指标。若用户所享受到的热量分配正好可满足要求，此时失调度为1；若室内温度明显偏高（即超过用户对于供热的需求），则存在能量浪费现象，此时失调度＜1。因此，为了保证失调度的合理性，需做好技术优化工作，同时通过技术的应用来调节失调度，使其具有合理性。

5.4 适配先进的装置

除了前述方法，还可通过平衡阀的应用，调节供热系统的运行状态，消除运行期间的干扰因素，使设备、水泵等相关装置均可稳定运行，避免不必要的能源消耗，达到降低能耗的效果。

6 结束语

在环境污染问题较为严峻的背景下，供热系统的运行模式应当转型升级。通过自动控制技术的应用，可改善供热系统的运行模式，使其具有自动化的特征。同时，通过节能降耗措施的落实，最大限度地减小供热系统运行期间的能耗量，有效减轻甚至规避因供热而引发的环境污染问题。