北京体育大学-工艺

北京体育大学锅炉房供暖 节能工程 投 标 文 件 北京金房暖通节能技术公司 2008 年 9 月 1 2 1 概述 4 1.1 项目概况 .4 1.1.1 项目名称 4 1.1.2 项目实施地点 4 1.1.3 项目实施目标 4 1.1.4 供热范围 4 1.2 可行性研究编制依据、原则和范围 .4 1.2.1 编制依据 4 1.2.2 编制原则 5 1.2.3 编制范围 5 2 项目概况及项目改造的必要性 6 2.1 项目概况 .6 2.2 项目背景 .7 3 北京体育大学锅炉房供暖节能工程指导思想 8 3.1 保证供热质量 .8 3.2 降低长期运行费用 .8 3.3 尽量节省初投资 .8 4 项目实施方案 9 4.1 加装电动阀和气候补偿器系统 .9 4.1.1 设计方案 9 4.1.2 控制方案 11 4.1.3 主要设备特性 11 3 4.1.4 我公司气候补偿器主要优越性 12 4.2 加装烟气冷凝回收装置 13 4.2.1 设计方案 13 4.2.2 主要设备特性 15 4.2.3 我公司烟气冷凝回收装置主要优越性 17 4.3 热力管网分时分区自动控制系统 17 4.3.1 设计方案 17 4.3.2 主要设备性能 18 4.4 对办公区（西区）循环水泵进行变频自动控制 19 4.4.1 方案设计 19 4.4.2 主要设备性能 19 4.5 增设供暖系统群控系统 19 4.5.1 设计方案 19 4.5.2 主要产品性能 25 4.5.3 我公司研制的锅炉房集中自动监视控制系统优越性 29 4.5.4 锅炉及系统运行安全连锁与报警系统 30 5 效益评价分析 32 5.1 加装燃气锅炉气候补偿控制系统效益分析 32 5.1.1 该项措施可实现如下功能 32 5.1.2 该项措施节能效果 32 5.2 加装燃气锅炉烟气冷凝热回收装置效益分析 32 5.2.1 该项节能措施可实现如下功能 32 4 5.2.2 该项措施节能效果 32 5.3 热力管网分时分区自动控制供热系统改造效益分析 33 5.3.1 该项改造可实现如下功能 33 5.3.2 该项措施节能效果分析 33 5.4 锅炉集控系统改造效益分析 34 5.4.1 该项改造可实现如下功能 34 6 施工组织 35 1 概述 1.1 项目概况 1.1.1 项目名称 北京体育大学供热系统节能改造工程。 1.1.2 项目实施地点 北京市海淀区中关村北大街。 1.1.3 项目实施目标 在保证北京体育大学两个锅炉房运行安全性、可靠性的前提下，实现经济 运行的目的。 1.1.4 供热范围 本项目的供热范围是北京市体育大学办公及生活区。 1.2 可行性研究编制依据、原则和范围 1.2.1 编制依据 (1) 甲方提供的招标文件北京体育大学锅炉房供暖节能工程，招标 编号：BTD(G)08-02，日期：2008年9月； (2) 甲方提供的由中科建筑设计研究院有限责任公司设计的施工图纸 北京体育大学供暖节能工程； (3) 甲方提供的锅炉房采暖面积、锅炉参数、历史运行数据等有关资 料； (4) 国家及北京市有关的法规、规范和文件，主要包括： GB50041-92锅炉房设计规范 DBJ 11 6022006居住建筑节能设计标准 燃气锅炉房节能降耗改造技术说明 劳锅字199774 号热水锅炉安全技术监察规程 GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范 GB50054-95低压配电设计规范 国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知（2005年9月5 日） 国家发改委节能中长期专项规划（2004年11月25日） 八部委 建城2005 220号关于进一步推进城镇供热体制改革的意见 （2005年12月6日） 6 市委、市政府加快发展循环经济、建设节约型城市规划纲要及2005年 行动计划（2005年） 市政府办公厅 2003 38号燃煤联片供热锅炉改用清洁能源有关工作 的通知（2003年7月25日） 市政府北京市实施第十二阶段控制大气污染措施（2006年3月30 日） 市市政管委关于在新建和改造锅炉房设计中须对供热系统采取节能措 施的通知（2006年6月18日） 市市政管委北京市“十一五”时期供热专项规划（2006年5月8日） 市市政管委 建城 2003148号关于城镇供热体制改革试点工作的指导 意见（2003年7月21日） 市市政管委供热办关于对北京供热节能工作的指导意见（2002年7 月12日） 燃油燃气锅炉房设计手册编写组燃油燃气锅炉房设计手册（1998年 7月10日） 1.2.2 编制原则 (1) 符合国家及北京市有关的方针政策、法规及规范，同时满足北京市 技术监督局、环保等部门的审批要求； (2) 符合我公司设计质量管理的有关标准要求； (3) 体现以人为本的理念，注重功能要求，突出与现有环境的和谐，充 分利用现有资源，作到经济合理； (4) 坚持社会效益、经济效益和环境效益的统一。 1.2.3 编制范围 编制范围为：北京体育大学锅炉房供暖在锅炉房进行的节能项目工程，包 括工艺及相应专业（结构、电气、仪表、暖通等）改造等。 7 2 项目概况及项目改造的必要性 2.1 项目概况 北京体育大学是全国重点 大学，国家“211 工程 ”重点建 设院校，隶属于国家体育总局。 北京体育大学锅炉房承担着院 内约 240000m2 建筑的冬季供 暖任务。其热源分为 2 个，一 为宿舍区（东区）锅炉房，供 暖面积约为 90000m2，内现设 置了 2 台山东泰安锅炉厂生产 的型号为 WNS1.4-1.0/115/70- Y(Q)和 WNS4.2-1.0/115/70- Y(Q)的燃气热水锅炉。额定供 水温度为 95，额定回水温度为 70。水泵间内有一次循环水泵 3 台，型号 为 SLRD100-315，两用一备。二次循环水泵 3 台，型号为 SLRD125-315，两用 一备。系统设置了两台板式换热器，型号为 FBR08，单台换热面积为 120m2。 位于体育大学西南侧的办公 区（西区）锅炉房供暖面积约 150000m2，内现设置了 3 台重庆 锅炉厂生产的 WNS7-1.0/115/70- YQ 型燃气热水锅炉。额定供水 温度为 115，额定回水温度为 70。水泵间内现有一次循环水 泵 2 台，型号为 SB-ZL200S- 150-300A，一用一备。二次循环 水泵 2 台，型号为 SB-ZL250S- 200-340A，一用一备。系统设置 了三台板式换热器，型号为 FBR08-180，单台换热面积为 180m2。锅炉房供热形 式为间供。 图 2-1 体育大学宿舍区锅炉房内部实景 图 2-2 体育大学办公区锅炉房内部实景 8 2.2 项目背景 为认真贯彻落实国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知 的精神和市委、市政府批准的加快发展循环经济，建设节约型城市规划纲要 及2005年行动计划的部署，推动全市供热节能降耗，特别是为了进一步缓解 我市天然气供需矛盾，降低燃气锅炉房供热成本，提高效率，在我市开展了燃 气锅炉房节能降耗改造示范工程项目。 在进行的“煤改气”工作中，一方面要看到我市供热系统能源结构质的变 化，同时也应清醒地面对“煤改气”工作中及以后产生的一些实际问题。涉及 到全市已完成“煤改气”的几千座供热锅炉房，存在的主要问题为：锅炉产品 设备技术含量低；很大一部分锅炉房的改造实际上只是“换炉子”，锅炉房管 道系统维持原燃煤时的状况，没有采取相应的节能技术措施来应对燃料成本的 增加。锅炉房进行节能改造后，不但可以实现节能降耗，还可以使供热系统在 今后的运行中更加安全、稳定，提高供热效率，保证供热质量，改善燃气供热 系统现状，与国际接轨。因此，实施燃气锅炉房节能降耗改造工程是非常必要 的。 9 3 北京体育大学锅炉房供暖节能工程指导思想 3.1 保证供热质量 保证供热质量是任何改造项目所必须的，如果暖气不热，用户室内温度达 不到要求，群众就会有意见，认为改造后供热质量下降，若解决不好，会延长 投资回收期；还有可能影响社会稳定和安定团结。因此，燃气锅炉房节能改造 工程的第一个指导思想是必须要保证供热质量。 3.2 降低长期运行费用 因保证供热质量是为了保证群众的利益，而降低长期运行费用则是为了保 证运行单位及投资单位的利益。调查表明，在很多燃气锅炉房的项目中，运行 单位由于运行费用过高，不堪重负，亏损经营。因此通过在今后的运行中降低 运行成本，取得最大的利益是任何运行单位关心的问题。 以上因素要求该锅炉房，必须具备在长期运行工况下，运行成本最低的功 能，即必须具有节能措施，以此使运行单位长期获利，这是目前燃气锅炉房工 程要解决的重要问题。 3.3 尽量节省初投资 任何改造项目都应当考虑初投资，如何保证工程质量的同时，减少投资是 每一个工程项目都要面对的问题。 综上所述，我们经过多次、反复讨论和论证，最终确定体育大学供热系统 节能改造工程指导思想是：保证供热质量、降低长期运行费用、最大限度节省 初投资。 10 4 项目实施方案 北京体育大学锅炉房供暖节能工程主要包括以下五方面的改造内容： 1、 加装电动阀和气候补偿器系统 2、 加装燃气锅炉烟气节能余热回收装置 3、 热力管网分时分温自动控制等供热系统改造 4、 对办公区（西区）循环水泵进行变频自动控制 5、 对锅炉集控系统改造 4.1 加装电动阀和气候补偿器系统 4.1.1 设计方案 建筑物的耗热量因受室外气温、太阳辐射、空气湿度、风向和风速等因素 的影响时刻都在变化。要保证在上述因素变化的条件下，维持室内温度恒定 （如 182）或满足用户要求，供热系统的供回水温度就应在整个供热期 间根据室外气象条件的变化进行调节，以使锅炉供热量、散热设备的放热量和 建筑物的需热量相一致，防止用户室内发生室温过低或过高的现象。通过及时 而有效的运行调节可以做到在保证供热质量的前提下，达到最大限度的节能。 室外温度的变化决定了建筑物需热量的大小，也就决定了能耗的高低。运 行参数必须随室外温度的变化实时进行调整，始终保证锅炉房的供热量与建筑 物的需热量相一致，只有这样才能实现最大限度的节能。每个锅炉房都应该按 自己的运行曲线去运行，这条曲线才是该锅炉房的最佳运行曲线。气候补偿系 统即是给锅炉房提供最佳运行曲线的系统。 气候补偿系统一般由以下两部分组成。 (1) 电动调节阀 系统通过电动阀实时控制二次水温度，达到一次水温不变的条件下，二次 水温实时变化。 (2) 气候补偿器 在气候补偿器中储存有为换热站提供最佳运行曲线，即根据实测的各种参 数（室、内外温度和供、回水温度等） ，计算出二次供水温度的最佳值，同时 控制电动阀的开度，使系统二次供水温度达到计算温度。 11 下图 4-1 所示为供热系统应用气候补偿器后的实际运行曲线。 图 4-1 气候补偿器实际运行曲线 从实际运行情况可以看出，当室外温度降低时，供热系统实际供、回水温 度都升高；当室内温度升高时，供、回水温度均下降。即在室外温度变化引起 用户需用热量变化时，气候补偿器很好的控制了供、回水温度，使供热量满足 用户需用热量的变化，这样不但可以使用户室内温度的恒定，极大提高用户的 舒适度，而且通过精确控制用户需用热量与供热量的平衡，达到节约能源的目 的。 室 外 温 度 传 感 器供 水 温 度 传 感 器 室内气 候 补 偿 器 室外室 内 温 度 传 感 器回 水 温 度 传 感 器电 动 阀锅 炉 间 供 系 统 气 候 补 偿 示 意 图 图 4-2 气候补偿器间供系统原理图 12 根据体育大学两个锅炉房的情况，对于宿舍区（东区）锅炉房的供热系 统，在其两台板式换热器的一次侧供水管处分别加装DN200电动三通阀各一 台，并配备一套气候补偿器。对于体育大学办公区（西区）锅炉房，也在其三 台板式换热器的一次侧供水管处加装DN200电动三通阀各一台，并配置一套气 候补偿器。通过以上对原有系统的改造，可使得管理人员不必根据每天的室外 温度情况向司炉人员下达回水温度控制值，而是气候补偿器根据室外温度自动 计算出二次供水温度值，通过改变电动调节阀的开度，控制一次水进入板式换 热器的流量，从而达到控制二次用户侧供水温度的目的，使系统供热量等于需 热量，该系统可以降低能耗，延长锅炉使用寿命，操作方便简捷。 4.1.2 控制方案 气候补偿器根据室内、外温度等参数等实时对电动阀进行调节，以达到控 制二次供水温度的目的，从而实现按需供热。气候补偿器在对电动阀门调节中 使用先进的PID调节技术。 温 度 变 送 器 （ 室 内 位 置 ） 一 体 化 温 度 变 送 器 （ 二 次 水 供 水 管 ）电 动 阀压 力 变 送 器 （ 二 次 水 供 水 管 ）压 力 变 送 器 （ 二 次 水 回 水 管 ）一 体 化 温 度 变 送 器 （ 二 次 水 回 水 管 ）温 度 变 送 器 （ 室 外 位 置 ） 图4-3气候补偿器自控系统图 4.1.3 主要设备特性 （1）气候补偿器 全集成电脑控制，计算速度快，运行稳定； 中文液晶显示，LED灯显示系统运行状态； 13 实时显示供水温度、回水温度、室外温度、室内温度、供水压力及回 水压力等运行参数； 实时修改设定值及控制参数值； 定时打印室内、外温度，供、回水温度及计算温度等重要参数； 自诊断与现场诊断功能，当控制器发生故障或系统发生故障时可分别 报警、显示，并可根据用户要求实现多点检测，超限报警； 数据掉电自保护功能； 手动和自动切换功能； 精确进行PID调节，保证系统的稳定运行； 支持多种通讯方式：CAN通讯、RS232、RS485、TCP/IP及GPRS等。 具备丰富的物理I/O接口(16路AI 、16路DI 、4路AO 、12路DO)； 模拟量输入精度、输出精度与记录精度的指标同DCS控制柜； （2）电动调节阀 电动阀铸钢（冷/热水）阀体 与管道连接法兰符合：国标PN16 GB9112-88 阀体泄漏率：Kvs值的 0.1% 介质温度范围：-25+120 阀体承压：1.6MPa 阀体材料：铸钢 电动阀执行器 手动装置：配备 机壳防护等级：IP 54 环境温度：-1050 环境湿度：=95%RH (40) 支架材料：铸钢（表面喷漆） 上盖材料：铸钢（表面喷漆） 我公司的专利产品“供暖系统气候补偿器”在2001年开始使用，已经在北 京300多处供热系统中得到推广应用，并在应用的过程中不断升级和改进，更 加适应了北京市供热系统的实际情况，取得了良好的节能效果，受到业内专家 的认可，并得到用户的广泛好评。 4.1.4 我公司气候补偿器主要优越性 1 集成多种控制方式 14 我公司的专利产品“供暖系统气候补偿器”中集成有“计算温度控 制” 、 “设定温度控制” 、 “阀门手动控制”等多种控制方式。适合于各供热运行 单位灵活调控。 2 可为各不同的供热系统提供最适合的系统运行曲线 我公司气候补偿器可根据不同的供热系统精确调整系统运行曲线，使其达 到按需供热、精确供热。 3 可根据供热系统运行特点进行任意时段的运行曲线分时控制 我公司气候补偿器内按照供热系统运行特点预设有8个时间段（最多可提 供24个时间段）的分时调控，使供热量可根据热用户的人为活动规律进行调 整。 4 产品成熟、可靠 我公司的气候补偿器投入市场以来，已经在300多处供热系统进行应用， 均取得了良好的运行效果，受到了业内专家的认可，经受住了市场的检验，得 到了用户的好评。 4.2 加装烟气冷凝回收装置 4.2.1 设计方案 北京体育大学供热锅炉排烟温度均在 100以上，本次节能改造工程在锅 炉烟道上加装烟气冷凝热回收装置，从而提高锅炉运行效率，减小排烟热损失， 利用锅炉排烟中的有效热量预热二次回水，达到综合节能降耗的目的。 锅炉排烟温度较高，通过二次利用烟气冷凝热，回收锅炉排烟中的有效热 量，在不影响锅炉本身热效率的前提下，提高锅炉热效率 38，是一种投入 少，回报高的节能方式。 烟气的露点温度是 58，其只要接触到低于露点温度的介质，就会冷凝成 水，释放出大量的热量。其热量是由两部分组成：（一）物理显热：通过降低 烟温来实现，排烟温度可控制在 7080，降低烟温 2050，经过测试， 可提高锅炉热效率 13；（二）汽化潜热：通过水蒸气冷凝成水的相变来实 现，经过测试可提高锅炉热效率 35。两者综合可提高锅炉热效率 38。国外早已认识到这个问题的重要性，目前排烟温度已经普遍降到 70， 最低可到 40。 通过对各种燃料燃烧后产生的烟气成分进行分析后发现：水蒸气体积在各 种燃料的烟气成分中所占的比例分别是：天然气 20%、油 12%、煤 4%。天然 气的烟气成分中水蒸气容积的比例最大，是因为天然气的主要成分是甲烷 15 （CH4 ） ，其中有大量的氢元素，燃烧时与氧结合，产生了大量的水蒸气。 通过计算，产生 1 公斤冷凝水所用热量可使 0.5 吨水升温 1，由此计算下 来，锅炉冷凝水热量回收相当可观，必须将烟气热损失的这部分热量回收回来， 这对提高锅炉热效率，降低燃气耗量是很有益的。 烟气冷凝热回收系统组成 （1）烟气系统 锅炉出来的高温烟气，进入烟气冷凝热回收装置，经过热交换降低烟温后， 再排入大气。 （2）水系统 供热系统中采暖二次回水，通过烟气冷凝热能回收装置预热，经过热交换 升温后，再接到系统二次供水的总管上。 （3）烟气冷凝热能回收装置 烟气冷凝热能回收装置安装在烟道上，烟气与采暖回水在其中进行热交换。 烟气中的水蒸气在其中冷凝成水，通过排泄口排出。锅炉烟气中的水蒸气，冷 凝后生成的冷凝水 PH 值小于 7，属微酸性，所以我公司冷凝热回收装置的全 部采用不锈钢，能够全面防止冷凝水腐蚀，设计寿命可达 20 年以上。1.锅 炉 2烟 气 冷 凝 热 回 收 装 置 3.换 热 器2热 用 户冷 凝 阀 泄 水 口 图 4- 4 烟气冷凝热回收系统原理图 16 图 4-6 烟气冷凝热回收装置实体图 针对体育大学两个锅炉房的情况，对宿舍区（东区）锅炉房决定在其 4.2MW 锅炉的排烟道上加装 YR-4.2 型烟气冷凝热回收装置；对于办公区（西 区）锅炉房在其两台 7MW 燃气锅炉烟道上分别加装 YR-7.0 型烟气冷凝热回收 装置，从而利用锅炉所排放烟气中的热量，充分回收烟气余热，用以预热采暖 回水，提高采暖回水温度。从而提高锅炉运行效率，减小排烟热损失，达到综 合节能降耗的目的。 图 45 两个锅炉房烟气冷凝回收装置安装位置 4.2.2 主要设备特性 回收装置材质为不锈 钢 R314，可以避免冷凝 水腐 蚀， 设计寿命高达20年以 上； 水与烟气的换热方式 为逆 向对流冲刷，换热效 率 高。 17 表 4-1 4.2MW 锅炉运行数据和节能效果分析表 表 4-2 7MW 锅炉运行数据和节能效果分析表 序号 参数名称 类型 单位 数值 备注 1 烟气余热回收装置入口烟气温度 估算值 130 可实测 2 烟气余热回收装置出口烟气温度 估算值 55 可实测 3 循环水量 t/h 60 4 烟气阻力 Pa 50 5 烟气余热回收装置入口冷却水温 估算值 40 可实测 6 烟气余热回收装置出口冷却水温 控制值 44 与冷却水量有关 7 烟气余热回收总量 计算值 KW 260 8 节气率/折合提高锅炉效率 计算值 6.2% 陕甘宁天然气 9 每日耗气量 估算值 m3 10800 10 每日节气量 计算值 m3 669.6 单台锅炉连续满负 荷充分运行 11 采暖季采暖天数 规定值 日 135 12 采暖季总节气量 计算值 m3 90396 单台锅炉连续满负 荷运行 13 采暖用天然气价格 规定值 元/m 3 1.95 14 采暖季总节约天然气费用 计算值 万元 17.62 序号 参数名称 类型 单位 数值 备注 1 烟气余热回收装置入口烟气温度 估算值 130 可实测 2 烟气余热回收装置出口烟气温度 估算值 55 可实测 3 循环水量 t/h 70 4 烟气阻力 Pa 75 5 烟气余热回收装置入口冷却水温 估算值 40 可实测 6 烟气余热回收装置出口冷却水温 控制值 46 与冷却水量有关 7 烟气余热回收总量 计算值 KW 450 8 节气率/折合提高锅炉效率 计算值 6.4% 陕甘宁天然气 9 每日耗气量 估算值 m3 18000 10 每日节气量 计算值 m3 1152 单台锅炉连续满负荷 充分运行 11 采暖季采暖天数 规定值 日 135 12 采暖季总节气量 计算值 m3 155520 单台锅炉连续满负荷 运行 13 采暖用天然气价格 规定值 元/m 3 1.95 14 采暖季总节约天然气费用 计算值 万元 30.32 18 4.2.3 我公司烟气冷凝回收装置主要优越性 1 使用寿命长 由于我公司烟气冷凝热回收装置使用不锈钢 R314 作为制作原料，可彻底 避免冷凝水腐蚀，与热管式热回收装置相比寿命更长，使用寿命可达 20 年以 上。 2 便于烟气冷凝水回收 由于烟气冷凝热回收装置的制作原料为不锈钢，并且在其内部设有集水槽， 外部设有冷凝水回收孔，这就更便于回收洁净的高品质烟气冷凝水。 3 烟气阻力低，换热效率高 我公司研发的烟气冷凝热回收装置其内部结构为水管式结构，水与烟气的 换热方式为逆向对流冲刷。这就使烟气冷凝热回收装置的烟气侧系统阻力很小， 并且其换热效率很高。 4.3 热力管网分时分区自动控制系统 针对供热要求不同的区域，采用分时分区等自动控制的供热系统运行方 式。 4.3.1 设计方案 在供热运行过程中，按照以人为本的原则，在保障供热标准的前提下，充 分挖掘节能潜力。根据北京市的供热现状，我公司独立开发出学校/办公场所分 时分区控制系统，并在多项工程中应用，取得了良好的节能效果，得到用户的 广泛好评。 针对北京体育大学供热系统现状，分时分区控制分两方面进行实现。一方 面在北体大的办公区锅炉房加装了气候补偿系统，由于办公区建筑与普通住宅 具有完全不同的供热需求，在寒假等节假日和夜间只须维持较低的防冻温度， 所以办公区在寒假等假日和夜间通过气候补偿器统一降低二次供水温度，这样 可以节约大量热能。另一方面对宿舍区锅炉房供热的部分建筑（包括学生公寓 等） ，由于功能与宿舍不同，所以所需供热时间和要求与宿舍也不同。寒假期 间基本没有人，所以对温度的要求也不高，因此在这样的建筑物供热入口处加 装电动调节阀，根据具体使用时间及要求，远程控制阀门的启闭，在非使用期 间使室内温度保持在防冻温度5左右，从而实现分时分区按需供热。这种调 节方式属于质调节，比单纯采用调节阀门开度的量调节具有优越性。如果只减 小阀门开度，使建筑流量减少，容易造成建筑内出现严重的垂直失调现象，使 建筑内部供热循环末端房间难以维持防冻温度。 19 表4-3 体育大学分时控制用户明细表 换热站名称 分时控制用户 办公区（西区）锅炉房 田径馆、大棚馆、网球重竞技馆 宿舍区（东区）锅炉房 南四楼、南五楼、南三楼（原留学生楼）、南二楼、南 六楼（培训楼）、3#学生公寓、6#学生公寓、北二楼、 北一楼、4#学生公寓、研究生楼 北京体育大学锅炉房节能改造工程采用分时分区控制器，从而实行按需供 热。具体措施如下。 (1) 我们采取在各个控制区域的值班室设置分时空控制箱，采集不同建 筑物的暖气回水管的温度、阀门的状态、室外温度。根据实时监测的温度数据 控制建筑物温度达标。通过以太网、无线传输技术稳定、快捷地将采集的典型 房间室内温度和电动阀状态传输到锅炉房内的集控系统。 (2) 学校师生工作和学习一般到22时左右，在21时30分左右气候补偿开 始降低教学楼和办公楼的供热热量，由于建筑物具有较好的蓄热性，可以在一 定时间内保持较舒适的温度；次日建筑开放前1小时开始正常供热，以保证上 课和上班时间室温达到供热标准。 (3) 对于各楼的值班室，可安装冷暖空调，即使在整栋建筑低温供热时 也可保证值班室温度在18左右，满足正常工作需要。 分时空控制器可以按照不同区域、不同时间自动调节系统运行状态，在不 同供暖支路设置分时空控制箱(控制箱放置在个建筑物的值班室内) ，实现不同 时段分别控制。该分时空控制箱可以通过人工修改时间、温度参数，具备定时 功能、睡眠功能、节假日防冻状态的设置。计算机监控系统也可以通过GPRS 无线网络对分时空控制过程参数进行修改调整。 4.3.2 主要设备性能 分时分区控制方案涉及到的主要设备是分时分区控制器，具有以下性能。 全集成电脑控制，计算速度快，运行稳定； 中文液晶显示，LED灯显示系统运行状态； 实时显示室外温度和室内温度； 实时修改设定值及控制参数值； 20 数据掉电自保护功能； 精确进行PID调节，保证系统的稳定运行； 可进行远程监控； 支持多种通讯方式：CAN通讯、RS232、RS485、TCP/IP及GPRS等。 可以实现三种控制方式：计算机远程无线控制、就地控制、手动控制 模式； 具备丰富的物理I/O接口：16路AI、16路 DI、4路AO、12路DO)； 模拟量输入精度、输出精度与记录精度的指标同DCS控制柜； 充分利用人的活动规律进行时间控制，根据室外温度自动进行分段曲 线调节。 4.4 对办公区（西区）循环水泵进行变频自动控制 4.4.1 方案设计 由于北京体育大学各供热区域均将采用分时分区控制，受供热管网各支路 安装的电动阀影响各区域的循环水量均将发生大幅度变化，因此应改变各锅炉 房一、二次循环水泵控制方式，采用变频自动控制。在办公区（西区）锅炉房 内加装30KW 和45KW变频控制柜各一台，分别用于一、二次循环水泵变频自动 控制。可根据供热系统所需热量改变水泵运行频率，改变系统流量，从而降低 供热系统运行电耗。 4.4.2 主要设备性能 控制柜的变频器采用国际知名品牌；可提供硬件工频、变频双重电气 保护；提供丰富的连锁信号；提供多种报警方式； 具有多种启动方式延长水泵的使用寿命；调整水泵的运行曲线，使其 与实际运行工况相吻合；利用水泵转速改变前后相似工况点，轴功率 与频率的立方成正比关系，节约电能； 控制柜提供通讯接口，可将水泵参数(瞬时功率、电流、频率、累积电 量) 上传给集中控制系统； 提供不少于2路的模拟信号接口，输出420mA的水泵参数信号。 4.5 增设供暖系统群控系统 4.5.1 设计方案 4.5.1.1 人机接口 东、西区锅炉房均设置 1 台操作员站和 1 台工程师站，还包括限制操作级别 的硬件锁，以及可能配置的 M/A(手动/自动)操作器及相应的开关。 21 4.5.1.1.1操作员站 本系统东、西区锅炉房各设有1台操作员站，设计形式为工控机控制台。 操作员站是运行人员与现场控制过程之间的一个窗口。操作员根据显示的 过程信息实施对热网的监视和操作，以保证生产过程的安全经济性。操作员站安 装在中央控制室的控制台上，通过网络通信接口连接到系统网络上，操作员站主 要由显示器、 键盘、可选择的鼠标、 处理器及其他外设等部分组成。 操作员站的基本功能如下： 1、监视系统内每个模拟量和数字量 实时采集现场控制单元的测控数据及运行状态，方便管理人员对系统进行 管理。 2、显示并确认报警功能 依照系统实际情况，在系统图中相应位置显示各测点的测量、计算参数，并 加以文字注释； 画面显示的形式有流程图、棒状图、趋势图等多种方式； 利用PID对锅炉运行数据进行整合； 依照系统实际情况，在图中相应位置显示各转动设备的运行状态； 按照报警的时间先后，对报警信息进行排列，不同级别的报警点分别以不同 的颜色显示； 图2、供暖集中 监测系 统示意图 3、操作功能 22 在操作员站上可以选择不同的控制方式，热水锅炉控制分为三种控制方式： 当地手动， DCS自动， 远 程自动。蒸汽 锅炉控制分为三种控制方式：当地手动，当 地自动，远 程自动。 当地手动是利用锅炉配套的现场锅炉控制柜进行手动控制；当地自动是利 用现场锅炉控制柜进行自动控制；DCS自动是利用DCS控制柜对锅炉进行自动控 制；远程自动是利用计算机系统对多台锅炉进行集中控制与管理。 在操作员站上设置不同的操作级别，如一般操作人员、管理人员、维护工程 师等几个等级，不同等级的人员执行不同的管理职能。 4、记录功能 对事件记录的时间分辨率小于1ms； 对锅炉房运行数据进行记录，对耗气量、耗电量、耗水量等进行统计； 对系统正常、故障、及运行状态进行记录； 对设备的运行、投入、退出及异常状况进行记录； 对操作事件和操作内容进行记录； 对报警信息（报警时间、报警确认时间、报警解除时间、报警参数值、报警级 别等）进行记录。 5、打印功能 可以打印多种多样的报表，包括各种运行记录的日报表，统计报表及设备的 故障和维护清单，报表的格式也可以按照用户的要求进行设计，报表时间可以设 定，也可以人工随时打印。 6、其他功能 具有历史数据存储和检索功能，方便管理人员对历史数据进行分析处理；对 重要故障的可能原因进行提示和操作指导。 4.5.1.1.2工程师站 本系统东、西区锅炉房各设置1套台式工程师站用于程序开发、系统诊断、 控制系统组态、数据库和画面的编辑、优化及修改，并配套提供安放工程师站的 工作台。 工程师站的硬件配置为：P4 处理器、 主频2.4G、 512MB、80G硬盘、CD-RW。 工程师站是专门为工程师准备的，是进行系统设计、组态、调试、监视的工 具，也是DCS 系统的人机接口设备之一。工程师站的基本配置与操作员站大致 相同，由处 理器、 显示器、键盘、鼠标及打印机等外设组成。工程师站的键盘一般 都为标准键盘。在许多系统中，操作员站与工程师站的处理器均为同类设备，应 23 用于系统均能进行编程、组态，而操作员站受密码保护，只能进行过程参数的显 示和操作，不允许操作员对系统的编程、组态进行修改。 工程师站的主要功能是： 1、 具有扩展功能，可以扩容多台锅炉操作员站与多套子系统； 2、 经过授权的维护人员(维护工程师)，通过工程师站可以对整个热网控 制系统进行组态维护(网络节点的增减、通讯速率的设置等)，工程师站 能通过软件对所有信号进行强制值定义(包括模拟量和数字量)； 3、 对采集的现场数据实时生成数据库； 4、 工程师站能调出任一已定义的系统显示画面。在工程师站上生成的任 何显示画面和趋势图等，均能通过通讯总线加载到操作员站； 5、 工程师站能通过通讯总线，既可调出系统内一分散处理单元的系统组 态信息和有关数据，还可以使业主人员将组态数据从工程师站上下载 到各分散处理单元； 6、 维护人员（维护工程师）设置不同的操作级别，如一般操作人员、管理人 员、维护工程师等几个等级，不同等级的人员具有不同的权限，工程师 站具有操作员站的全部功能，需要时可以作为操作员站使用； 7、 工程师站设置软件保护密码及相应的硬件保护锁，以防一般人员擅自 改变控制策略、应用程序和系统数据库 8、 工程师站包括用处理器、图形处理器及能容纳系统内所有数据库、各种 显示和组态程序所需的主存储器和外存储设备。还提供系统趋势显示 所需的历史趋势缓冲器。 9、 显示换热站运行参数，更改换热站气候补偿器参数，使循环水泵更合理 的运行。 4.5.1.2 锅炉控制柜 锅炉控制柜的核心组件是单片机控制器。通过加装核心锅炉控制器，将能 够实时采集锅炉运行时的所有运行数据，可实现对锅炉的基本控制。 热水锅炉主要参数包括：锅炉的启停状态、锅炉进出水温度、锅炉排烟温 度以及锅炉的流量、热量等重要参数。 蒸汽锅炉主要参数包括：锅炉启停状态、锅炉出口蒸汽压力、锅炉排烟温 度等。 此外锅炉控制柜具有以下安全保护功能： 锅炉启动条件是循环水泵开启一定时间以后，锅炉才能启动； 24 锅炉控制柜对锅炉超温、超压、低压故障采用软、硬件双重保护：硬件保 护为电接点温度、压力保护；软件保护通过软件设定锅炉温度上限和压力上、 下限，当锅炉超温、超压、低压时，发出声光报警，并自动停炉； 在系统运行中出现燃烧器故障、燃气压力低等报警时，系统自动停炉并发 出报警； 锅炉自动化控制系统的安全保护联锁功能：任意一台一次水循环泵出现问 题，监控系统都会发出声光报警，如果不是停电造成的循环中断，则不中断炉 排的运行，如果所有的一次水循环泵全中断运行，则进入停炉程序。 单台锅炉有超温、超压、低压自动停炉报警功能，采用软硬件结合可实现 人工切换； 4.5.1.3 DCS 锅炉控制器 通过加装DCS锅炉控制器，将能够实时采集锅炉运行时的所有运行数据， 包括：锅炉的供水温度、压力；锅炉的回水温度、压力、排烟温度等重要参 数。DCS 锅炉控制器可以根据锅炉的出水温度的变化，通过精确的PID算法对 锅炉进行合理的负荷调节，使出水温度始终保持在设定温度上，避免了锅炉频 繁进行大小火之间的切换，达到锅炉的最佳燃烧状态，提高锅炉的效率。此外 DCS锅炉控制柜具有以下安全保护功能： 1） 锅炉启动条件是循环水泵开启 60 秒钟以后，锅炉才能启动； 2） 锅炉控制柜对锅炉超温、超压、低压故障采用软、硬件双重保护：硬 件保护为电接点温度、压力保护；软件保护通过软件设定锅炉温度上 限和压力上、下限，当锅炉超温、超压、低压时，发出声光报警，并 自动停炉； 3） 在系统运行中出现燃烧器故障、燃气压力低等报警时，系统自动停炉 并发出报警； 25 4.5.1.4 NCU 集中控制器 在锅炉房内加装NCU集中控制器，NCU集中控制器通过采集每台锅炉的 各种参数和整个供热系统参数进行计算，得出理论锅炉开启情况，并根据它调 整锅炉的实际开启数量和开启哪台锅炉。通过NCU集中控制器对锅炉实施集 控，使锅炉房内的每一台锅炉循环运行，根据系统所需要负荷率自动、定时切 换运行各台锅炉。在保证节能的基础上，延长了锅炉使用寿命。 4.5.1.5 工控机监控系统 工控机监控系统可以通过CAN通讯的方式连接气候补偿器、 DCS锅炉控 制器、分时分区控制器和NCU集中控制器。可以用图形的方式形象的把各个系 统的运行状态及运行参数显示出来，并且可以对各个控制器设备进行控制。锅 炉操作人员在控制室即可看到整个供暖系统的运行状况和运行参数，并根据综 合情况对各个控制设备进行调整，以达到理想的供热效果。 通过加装工控机监控系统可使供热系统安全水平和管理水平大幅度提高。 工控机监控系统可以把各个系统的数据进行实时保存。该系统可以查看当天、 昨日、连续三天、本周、本月、连续三周，上月的历史数据，而且还可以指定 查看历史数据的时间，十分的方便。上位机软件还可以把历史数据转储成 EXCEL形式，方便用户读取数据。这样领导可以通过了解以往的运行情况及时 做出调整。 26 工控机监控系统应用于供热管网现代化管理具有以下优越性。 效率高：系统可以长时间连续运转，更充分的利用现代网络技术，实 现信息共享，提高管理水平和工作效率，节省了大量人力物力。 可靠性强：数据采集和处理，以及数据的传输，保存，全部由系统实 现，减少了过去人为造成的过失。 便于记录/查对：系统可以把锅炉房现场传输过来的数据用专用存储设 备进行长时间连续记录，以供日后查对，且查询时可有多种方式检 索，非常方便。 先进的通讯技术应用是工控机监控系统中的关键。我公司在工控机监控系 统中使用了CAN通讯技术。 4.5.2 主要产品性能 4.5.2.1 系统主要性能指标 4.5.2.1.1数据精度 模拟量输入精度：对于电流（420mA）、电压（15V）模拟量输入信号，平均 精度为 0.25% ；对于热电 阻和热电偶模拟量 输入信号，平均精度为 0.25%。 模拟量输出精度：对于电流（420mA）、电压（15V）模拟量输出信号，平均 精度为 0.1%。 记录精度：模拟量13 ms,开关量 1ms 4.5.2.1.2可用性 主机平均故障间隔时间：MTBF15万小时 27 4.5.2.1.3系统运行负荷率 一般工况下CPU平均负荷率： 40% 繁忙工况下CPU平均负荷率： 60% 繁忙工况系统网络负荷率 ： 50% 4.5.2.2 过程输入/输出（I/O） 1、I/O处理系统能完成扫描、数据整定、数字化输入输出、线性化、热电冷端 补偿、 过程点 质量判断、工程单位换算等功能, 具有“ 智能化”功能，可以减轻控 制系统的处理负荷。 2、所有的I/O模件都有I/O状态的LED指示和其他诊断显示。 3、所有控制和保护回路的模拟量输入信号每秒扫描和更新4次，所有控制和 保护回路的数字量输入信号每秒扫描和更新10次。 4、每块模件的I/O点数最大为16点，每个模拟量输入或输出通道各有一个单 独的A/D或D/A转化器，每一路热电阻都具有单独的桥路。 5、在每次扫描过程中，检查热电耦、 热电阻及420mA 信号的开路和短路 以及输入信号是否超出工艺可能范围。 6、所有输入/输出模件，在误加250V直流电压或交流峰-峰电压时，不会损 坏系统。 7、可以自动地和周期性地进行对零漂和增益的校正。 8、所有接点输入都具有防抖动滤波处理。如果输入接点信号在4毫秒之后仍 抖动，通过 在程序中加滤波器，可以使模件不接受该接点信号。 9、所有I/O模件都有LED状态指示灯及模件电源指示等。 10、模拟量输入信号：系统能够提供420mA二线制变送器的直流24V电源， 对15VDC输入，输入阻抗500K；同一种卡件每通道都可 选择DCS供24DC或直 接接受有源420mA。信号接地选择在模件上用拨码或跳针实现，可以很方便地 改换接地方式。 11、模拟量输出信号：420mA或15VDC可选，具有良好的隔离。相互间绝 缘， 420mA 具有驱动回路阻抗大于1K的负载 能力。系统能够提供24VDC的回路 电源。 12、数字量输出：模件采用电隔离且无共点的继电器输出，隔离电压 250V， 能直接驱动控制用电动机或任何中间继电器。对后一种情况，我公司提供中间继 电器、继电 器柜及其可靠的工作电源。 28 13、热电阻输入：有接受三线制的各分度热电阻能力，通过变送器转换信号， 接入采集模块，我公司提供这些配套设备所需的电源。 14、我公司除提供系统规定的现场输入输出通道外，还能够满足系统对输入 输出信号的要求，如模拟量和数字量之间转换的检查点、冷端补偿、电源电压检 测以各子系统之间的硬接线联接点。 15、如果420mA输出超出实际范围，系统将会采取保护措施，例如将输出 值变为初始值。 4.5.2.3 集中控制系统 4.5.2.3.1物理特性 1、采用工业级别的计算机或高性能的商务计算机。 4.5.2.3.2功能特性 1、实时监测系统测控数据； 2、支持多种显示方式(例如图形、表格和文档等)与文字注释； 3、支持系统数据信息的存储、不同事件(系统的工作状态、操作内容、异常 与报警等)的记录功能； 4、支持历史数据存储与检索功能； 5、科学地控制多台锅炉的运行方式，合理分配锅炉的出力； 6、具备完善的权限管理，不同的操作人员只能进入不同的权限用户，确保 系统的安全； 7、支持Internet高级远程访问服务。在任何接通Internet的地方，授权的 人员通过专用软件可以全方位地实时了解供暖系统重要参数的变化情况。 8、通过系统支持的多元通讯方式，可对气候补偿器、分时空控制器进行远 程监控与参数设置； 9、可支持无限数据采集点的扩容； 10、支持多样报表的打印功能； 11、监控软件具备升级的条件。 4.5.2.4 锅炉控制柜 锅炉控制柜的核心组件是单片机控制器。通过加装核心锅炉控制器，将能够 实时采集锅炉运行时的所有运行数据，可实现对锅炉的基本控制。 热水锅炉主要参数包括：锅炉的启停状态、锅炉进出水温度、锅炉排烟温度 以及锅炉的流量、热量等重要参数。 29 蒸汽锅炉主要参数包括：锅炉启停状态、锅炉出口蒸汽压力、锅炉排烟温度 等。 此外锅炉控制柜具有以下安全保护功能： 锅炉启动条件是循环水泵开启一定时间以后，锅炉才能启动； 锅炉控制柜对锅炉超温、超压、低压故障采用软、硬件双重保护：硬件保护 为电接点温度、压力保护；软件保护通过软件设定锅炉温度上限和压力上、下限， 当锅炉超温、超压、低压时， 发出声光报警，并自 动停炉； 在系统运行中出现燃烧器故障、燃气压力低等报警时，系统自动停炉并发出 报警； 锅炉自动化控制系统的安全保护联锁功能：任意一台一次水循环泵出现问 题， 监控系 统都会发出声光报警，如果不是停电造成的循环中断，则不中断炉排 的运行，如果所有的一次水循环泵全中断运行，则进入停炉程序。 单台锅炉有超温、超压、低压自动停炉报警功能，采用软硬件结合可实现人 工切换； 4.5.2.5 DCS 控制柜 DCS控制柜不但具备基本的数据采集与控制功能，同时可根据现场不同的应 用要求，提供针对性的扩充功能。 4.5.2.5.1物理特性 1、西区需具备46个数据采集点，东区需具备34个数据采集点； 2、模拟量输入精度：对于电流（4-20mA）、电压（1-5V）模拟量输入信号，平均 精度 0.25% ；对于热电 阻和热电偶模拟量输 入信号，平均精度 0.25%； 3、模拟量输出精度：对于电流（4-20mA）、电压（1-5V）模拟量输出信号，平均 精度 0.1%； 4、记录精度：模拟量13 ms,开关量 1ms； 5、支持多种通讯方式：CAN通讯、RS232、 RS485、TCP/IP及GPRS等。 4.5.2.5.2功能特性 1、数据掉电自保护功能； 2、支持远程监控功能； 3、实时采集系统测控数据； 4、丰富的接口支持与集中控制系统多元化的互联互通，便于系统的集成与 扩展。 30 4.5.2.6 NCU 锅炉控制器 全集成电脑控制，计算速度快，运行稳定； 实时采集系统运行参数； 实时修改设定值及控制参数值； 自诊断与现场诊断功能，当控制器发生故障或系统发生故障时可分别 报警、显示，并可根据用户要求实现多点检测，超限报警； 数据掉电自保护功能； 精确地进行调节，保证系统的稳定运行； 支持多种通讯方式：CAN通讯、RS232、RS485、TCP/IP及GPRS等。 4.5.2.7 工控机监控系统 采用研华工控机，INTER 奔腾4处理器，80G 硬盘存储空间，1G 内存以 及17寸液晶显示器，计算速度快，存储空间大，运行稳定； 系统注重稳定性和可靠性，图形界面友好，无故障时间长全集成电脑 控制，计算速度快，运行稳定； 上位机软件操作简单，易学易懂，便于现场操作人员掌握； 可多用户登陆，可设定权限； 支持多种通讯方式：CAN通讯、RS232、RS485、TCP/IP及GPRS等。 4.5.3 我公司研制的锅炉房集中自动监视控制系统优越性 使用专为燃气锅炉供热系统研制的可编程控制器 采用通信速率高、容易实现、且性价比高的CAN总线通讯形式。 提供多种通讯方式：CAN通讯、RS