混水自控系统在热网中的应用

文 /山东通源热力集团 副总经理   李鼎新
       
 随着集团的日益发展壮大，各个分公司的供热面积不断增加，相继出现了热源不够、管径过细、单耗过高、低温水向高温水过度、水力工况严重失调、热用户庭院管网不合理、采暖方式不统一等一系列问题的突出。如何做到投资小又能行之有效地解决问题，适应我集团目前快速发展的需要已成为现阶段热网运行工作主要目标。经过几年的探索实验，2011年改造的混水自控系统，在我集团发挥了改造技术先锋军的作用，为集团开辟了热网运行供热系统的新模式。
 在我国城市集中供热系统中，很早以前就有混水直供供热方式，由于混水直供系统在节能方面有着非常大的潜力，很多专家学者都在不断地进行研究。但该方式在城市集中供热中发展较慢，其原因有热网一、二次网水利工况不独立、压力控制相互耦合影响、热网自控难以实现等因素。面对混水供热的优点，针对混水供热诸多难于驾驭难点，我们经过潜心研究，在最初2008年的日照公司初见雏形，到2011年商丘、郯城、夏津公司的整体推广，历时3年多的时间，终于建立了一套解决混水供热诸多难点的控制数学模型，实现了混水供热的自控系统。
 结合多年的热网运行调节经验对混水自控系统做一简单剖析。混水自控系统是一个系统工程，它包含暖通设计、电气设计、热工仪表设计、微分数模设计、计算机程序设计、互联网通信设计等，是集各种专业技术相结合的综合产物。
 多年来我们经过对多种混水方式的反复试验，将混水方式大致分为三种类型，根据小区所在的热网位置和小区的特性来选择不同的混水方式。
 第一种方式为水泵旁通加压：适用于二次网所需的供回水压力在一次网供回水压力之间。变频混水泵设置在混水旁通管路上，一次网供水管上装一个电动调节阀，一次网回水管上装一个手动调节阀。利用水泵将二次网的一部分回水加压打入一次网供水中，混合形成二次网供水，二次网的另一部分回水返回一次网回水管。我们把这种方式起名为旁通管增压。  
 第二种方式为水泵供水加压：适用于二次网所需的供水压力在一次网供水压力以上。变频混水泵设置在二次网供水管上，一次网供水管上装一个电动调节阀，旁通管上装一个手动调节阀。当一次网供水压力高于二次网回水静压时，可调节一次网供水侧调节阀，使其阀后压力与二次网回水静压相平衡，利用水泵将二次网一部分回水及一次网供水同时吸入，混合形成二次网供水，另一部分二次网回水直接返回一次网回水管。当一次网供水压力低于二次网回水静压时，调节旁通管上的手动调节阀，使其阀前压力满足二次网系统静压。我们把这种方式起名为供水增压直混方式或双吸。
 第三种方式为水泵回水加压：适用于二次网所需的回水压力在一次网回水压力以下。变频混水泵设置在二次网回水管上，一次网供水管上装一个电动调节阀，一次网回水管上装一个手动调节阀。当一次网回水压力低于二次网所需的供水压力时，可调节一次网回水侧手动调节阀，使其阀前压力满足二次网对供水压力的要求，利用水泵将二次网回水提压，一部分回水和一次网供水混合成为二次网供水，另一部分回水回到一次网；当一次网回水压力高于二次网所需的供水压力时，手动调节阀全开即可。我们把这种方式起名为回水增压方式。
 看似简单的三种混水方式要想实现自控，而且要在避免热网的热惰性和耦合性的前提下，将几十个甚至上百个混水站做到统一调控、按需分配的自控模式并非易事。我们在传统的混水连接方式中增加了分布式变频循环水泵的设计理念，形成了现在分布式混水泵连接方式，这种方式能够有效与混水自控系统相结合，达到了较为的理想控制模式。
 除了硬件连接以外，更重要的是内在控制程序，也就是整个混水自控系统的大脑。我们根据热用户在热网内不同位置和不同采暖方式，在计算机软件内设计了多条控制曲线，能够灵活适应热用户的需求。下面就自控系统如何控制做一简单介绍：
 各个混水站测量数据及控制参数，采集到下位机进行就地控制和数据储存，同时通过GPRS无线数据传输，上传到调度指挥中心，可实现远程控制、无人值守、自动运行和热网的整体平衡。
 调度指挥中心的上位机采用双冗余热备份，提高了运行的可靠性。调度室通过采集到的各种数据实时监控各直混站的运行情况。整个系统完全实现自动控制，尤其在总能量欠缺时，系统会自动选择控制曲线，均匀地分配各站的热量，根据每天实时室外气温的变化情况进行气候自动补偿，实现数据自动分析、自动下达控制指令，超温超压报警和自动生成报表；同时在不同地点的计算机只要能够上网，通过调度室授权都可看到相关的运行参数，达到了数据共享。
 下位机是采用以PLC为核心，触摸屏为输入端，配备压力、温度传感器和模拟量输入输出模块，实现就地控制和远程测控。当上位机无特殊指令或传输中断时，该系统可根据测量数据和原有设定值自行分析控制，满足热用户的变流量调节。当接收到上位机指令时，可根据指令进行控制，实现热网的全面平衡。
 随着供热技术的发展及先进监控设备在供热系统中的成功应用，混水自控系统逐渐显露了他的自身优势。
 一是初投资费用低：因热力站工艺结构上没有换热器，无单独定压系统，混水热力站节省换热器及变频补水定压方式所需的管件和设备的投资，混水热力站相对于间接供热站造价明显降低。
 二是转换效率高：混水供热方式没有换热器，也就没有换热器的转换效率问题和散热损失，其效率达100%，所以混水直供相对于间接供热方式热利用率更高。
 三是维护费用小：混水直供热力站没有换热器不需要除垢清洗，无补水定压设备，在检修期间相对间接供热方式节省大量的维护费用。
 四是二级混水泵的增加，可以弥补设计偏差和负荷变化造成的系统不可调问题。由于混水泵的运行，混水系统的混合比成为可调变量，它极大限度地拉大供回水温差，所以混水系统更适应低温水升高温水；同时也拉大了供回压差，适用于最不利环路，改善直供热网运行调节能力，且混水泵都是采用变频技术，更节电能。综述混水自控直供热网与直连网、间联网相比，虽然系统形式复杂、运行维护需要素质较高人员，但我们总结多年热网运行调节的经验，建立了适合混水直供热网调节的新模式，行之有效的解决了热网运行诸多复杂问题，使混水自控直供方式发挥出系统节能、运行经济的优势，为供暖系统提供一种可行性方案。