换热站工艺控制理论详细介绍-文档资料

1,德尔高科技服务新生活,换热站工艺控制理论详细介绍,烟台德尔自控技术有限公司,2,换热站简介,换热站和热水管网是连接热源和热用户的重要环节，在整个供暖系统中具有举足轻重的作用。换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关设备，仪表和控制设备的机房。它用于调整和保持热媒参数（压力，温度和流量），使供热、用热达到安全经济运行。,3,换热站的工作原理,热力公司下属的热源（热电厂）将供热区域内换热站的一次网回水（一次网回水40左右）进行简单的加热后，将一次网回水的温度提升10左右，然后通过一次网总供水管道输送到热力公司的各个首站，在首站内的管式换热器进行进一步的热交换后（将一次网回水再提升30左右，此时温度约为80），再输送到所属区域的换热站，通过在换热站内再次进行换热后，将一次热源交换到二次供热管道内，二次供热管道引出至热用户。二次回水经过过滤除污后，与一次供水混合或经由换热器进行热交换后再进行供热，一次侧蒸汽或高温水进行换热后，变成凝结水或低温回水，返回热源，进行一二次热交换循环。补水泵将软水打入系统中以保持系统压力恒定。,4,换热站的工作原理简图,5,换热站控制系统组成,换热站控制系统由以下三部分组成：,用于对换热站的运行参数及室内外温度进行测量，如一二次供水温度、二次侧供水流量、一二次压力等。,用对于换热站运行的自动控制和运行参数进行监测控制、记录、统计、报警、报表打印等。,对于换热站运行的各调节机构进行电动调节，主要由变频器和泵电机组成。,6,控制系统整体框架图,PLC控制器,上位机,压力传感器,温度传感器,液位传感器,压力,温度,液位,变频器,控制回路,水泵电机,电调阀,补水阀,7,换热站的分类,根据热网输送的热媒不同可分为热水供热换热站和蒸汽供热换热站；根据供热形式的不同可分为直接连接、间接连接和混水供热三种方式。,8,三种供热形式应用分析,直接连接系统在运行中仅仅是进行流量分配，运行调节容易，但是受到供水温度不能太高的限制，使得一级网管径较大，首站循环泵也较大，运行起来相对弊病太多。间接连接的特点是一、二次网互相隔离，彼此独立，运行调试相对简单，因此应用广泛。混水供热处于直接和间接连接之间，运行工况比较复杂，在实际运行中比较少见，但由于混水系统一方面能加大一次网供回水温差，另一发面，和直供及间供相比有较大的节能空间，在有热网自动控制系统的配合下，其应用也得到了越来越广泛的认可。,9,换热站分类图示,10,汽水换热站工艺,由热电厂生产的高温蒸汽经管网输送到换热站，送入到换热器与冷介质（水）进行充分的热交换，蒸汽形成的凝结水，经疏水器聚集到凝结水箱中，由热用户回来的二次低温回水在换热器中与蒸汽进行热交换以后，进入到采暖管网中进行供暖，从管网中回来的水，经除污器除污后进行下一轮的循环，补水泵及时补充因管网跑冒滴漏等所遗失的水量，以便保持一定的压力，形成稳定的运行状态，控制台通过各种感应器对设备的运行情况的监控，随时掌握、了解换热站的运行情况，并作出相应处理。,11,汽水换热站分类,根据循环泵放置位置的不同，汽水换热站可分为：,汽水换热站分类,根据循环泵放置位置的不同，汽水换热站可分为：,12,供水直供汽水换热站原理图,13,回水直供汽水换热站原理图,14,汽水换热站启动工作过程,开启蒸汽主阀门进行管道暖管，其规程详见热网运行检修规程。蒸汽压力稳定后，打开换热器疏水阀门，关闭疏水阀旁路阀，逐渐打开换热器进气阀门，使换热器内冷水逐渐被加热至要求供水温度。当分水缸上供水温度达70摄氏度时关小换热器蒸汽阀保持送水温度最高不超过90摄氏度。根据天气变化情况可对供水温度进行调整，以达到节能降耗的目的。当回水压力低于运行压力下限时，开启补水泵对系统进行补水升压，但压力不允许超过其运行压力上限，应保持回水压力在2-3kg/cm2，并应保证二次网所供热用户的最高建筑的采暖系统充满水。,15,关闭换热器进气阀，停止对循环水加热。逐渐关闭循环水泵的出口门至全关，然后停循环泵，注意二次侧水压的升高。如升高及时停补水，或放水。热水网停止后，应充水养护。如检修需放水时，检修完毕后仍应充水。冲水压力以系统充满水为准（0.5kg/cm2）。,汽水换热站停止工作过程,16,汽水站优缺点分析,汽水换热站的优点在于一次侧蒸汽介质的输送靠自身压力，不用循环泵，可降低输送成本；且汽水换热二次侧供水温度相对更高，可减小用户取暖设备的大小，降低成本。汽水换热站的缺点在于当二次侧的循环泵出现故障停止运行时，二次侧的水停止流动；若不能及时关闭一次供的蒸汽阀门，则二次侧的水将会汽化，导致换热器二次侧的压力增大，因此，会有爆炸的危险。,17,汽水站的实际应用,由于汽水站无论从运行还是安全等方面来看，都有很大的弊端，所以现在应用已经很少。回水直供汽水站可用于多层用户供热。供水直供汽水站可用于小高层、高层用户供热。,18,汽水站的自动控制,通过调节一次侧蒸汽调节阀的流量来控制二次侧供水温度；通过调节补水泵的频率来控制二次侧压力；通过调节循环泵的频率来控制二次侧流量（压差）。一次高温蒸汽管道上装有电动调节阀，由系统进行自动控制。系统将检测到的二次供水温度和设定值进行比较，并根据室外温度进行一定的温度补偿，然后自动调节电动阀门的开度，控制一次侧高温蒸汽的流量，以保证二次侧供水温度的合理稳定。系统在二次侧设置一台供回水差压变送器，将差压信号输送至循环泵变频器，变频器根据给定值，通过内部PID控制，自动恒定供回水差压，差压值可以在变频器上设置，也可以由PLC给定。系统在二次回水处设置一台回水压力变送器，将回水压力信号输送至补水泵变频器，变频器根据回水压力设定值，通过内部PID控制，自动恒定回水压力，设定值可以通过变频器设置，也可以通过PLC给定。补水箱设置一台液位变送器，当液位低于最低设定值时，给水管的电磁阀门开启，开始往补水箱内注水；当液位到达最高设定值时，电磁阀门关闭，停止注水。,19,水水换热站工艺,由热力公司加热后的高温热水经管网输送到换热站，送入到换热器与流经用户的二次低温回水进行充分的热交换，交换后的一次热水流经一次回水管道送回热力公司首站继续加热循环，加热后的二次回水进入到采暖管网中进行供暖，从管网中回来的水，经除污器后进行下一轮的循环，补水泵及时补充因管网跑冒滴漏等所遗失的水量，以便保持一定的压力，形成稳定的运行状态，控制台通过各种感应器对设备的运行情况监控，随时掌握，了解换热站的进行情况，并作出相应处理。,20,水水换热站分类,根据循环泵放置位置的不同，水水换热站可分为：,21,供水直供水水换热站原理图,22,回水直供水水换热站原理图,23,缓慢打开高温水供水主阀门、换热器高温水供水阀门，向换热器内注入高温水，观察换热器进出口压力表，换热器内压力逐渐升至工作压力。换热器供水温度达到70摄氏度时，关小换热器高温水供水阀保持供水温度最高不超过90摄氏度，保证高温水回水温度不超过55摄氏度。根据天气变化情况可对供水温度进行调整，以达节能降耗的目的。当回水压力低于运行压力下限时，开启补水泵对系统进行补水升压。但压力不允许超过其运行压力上限，应保持回水压力在2-3kg/cm2，并应保证二次网热用户最高级住户的采暖系统充满水。,水水换热站启动工作过程,24,关闭换热器高温水供水阀门，停止加热。逐渐关闭循环水泵的出口门至全关，然后停循环泵，注意二次侧水压的升高。如升高及时停补水，或放水。热水网停止后，应充水养护。如检修需防水时，检修完毕后仍应充水。冲水压力以系统充满水为准（0.5kg/cm2）。,水水换热站停止工作过程,25,水水站优缺点及应用分析,优点：热能利用率高，热损失小热水采暖系统的蓄热能力高，热稳定性好，因此现在多用水水换热站供热。缺点：造价高、消耗电能大。水水站多用于高层用户供热，也可用于多层和小高层用户供热。,26,水水站的自动控制,通过调节一次供水调节阀的流量来控制二次侧供水温度；通过调节补水泵的频率来控制二次侧压力；通过调节循环泵的频率来控制二次侧流量（压差）。一次供水管道上装有电动调节阀，由系统进行自动控制。系统将检测到的二次供水温度和设定值进行比较，并根据室外温度进行一定的温度补偿，然后自动调节电动阀门的开度，控制一次供水的流量，以保证二次侧供水温度的合理稳定。系统在二次侧设置一台供回水差压变送器，将差压信号输送至循环泵变频器，变频器根据给定值，通过内部PID控制，自动恒定供回水差压，差压值可以在变频器上设置，也可以由PLC给定。系统在二次回水处设置一台回水压力变送器，将回水压力信号输送至补水泵变频器，变频器根据回水压力设定值，通过内部PID控制，自动恒定回水压力，设定值可以通过变频器设置，也可以通过PLC给定。补水箱设置一台液位变送器，当液位低于最低设定值时，给水管的电磁阀门开启，开始往补水箱内注水；当液位到达最高设定值时，电磁阀门关闭，停止注水。,27,混水换热站的原理,采用混水换热以后,系统一次侧和二次侧之间不再相互独立（补水系统安装在首站即可），为避免换热站之间出现水力失衡，整个系统必然要保证一次网定压,然而,系统各个换热站地势标高不一样,而且,即使地势标高一样的地方,各个站所带的楼层高度也不完全一样。系统既要保证一次网供回水定压,又要满足热负荷的供热需求，因此，如何选择一种合理的供热形式，是混水换热系统所要解决的首要问题。根据混水泵所在位置的不同，混水换热站可分为以下三种形式：供水直供型、回水直供型和混水直供型。,28,供水直供型混水站,应用场合：换热站高程较低，或者小区建筑较高的场合。,原理分析：为保证一次回水定压回流，二次回水压力须大于一次回水压力（站内部分）。循环泵安装在二次供水侧，可以满足小高层用户的供暖需求，同时产生更大的二次回水压力；当换热站高程较低时，一次回水压力（站内部分）就会小于一次回水定压值，也就能更好的保证一次回水定压回流。,29,回水直供型混水站,应用场合：换热站高程较低，或者小区建筑稍低的场合。,原理分析：为保证一次回水定压回流，二次回水压力（泵出口侧）须大于一次回水压力（站内部分）。循环泵安装在二次回水侧，可以为压力较低的二次回水提升压力，同时为避免一次供水回流，混水泵出口压力不能太大，这就限制了二次供水压力，这样就只能为楼层较低的用户供热；由于一次回水管道阀门右侧的压力足够大，即使换热站高程较低，也可以保证一次回水定压回流。,30,混水直供型混水站,应用场合：换热站与首站高程基本一致，或者用户为多层的场合。,原理分析：为保证一次回水定压回流，二次回水压力（泵出口侧）须大于一次回水压力（站内部分）。循环泵泵安装在二次供水侧，可以为压力较低的二次回水提升压力，同时为避免一次供水回流，循环泵出口压力不能太大，这就限制了二次供水压力，这样就只能为楼层较低的用户供热；由于一次回水管道阀门右侧的压力足够大，即使换热站高程与首站基本一致，也可以保证一次回水定压回流。,31,混水站的应用分析,混水供热大多采用混水直供换热站。对于一次水供、回水压力正常的混水站即具有足够资用压头的混水站，只需要在供回水管道之间，增加一条混水管道，混水管道上增加混水泵和调节阀，并在一次供水的管道上增加调节阀，既可以实现混水运行。供水压力不足情况下采用供水直供型。对于二次侧供水压力不足的混水站，需要将混水泵安装在二次供水管道上，用于提高二次供水压力，并在一次供水管道和一次供、回水管道之间的混水管道上同时安装调节阀。回水压力不足情况下采用回水直供型对于二次侧回水压力不足的，需要将混水泵安装在二次侧回水管道上，用于提高二次回水压力，并在一次供水管道和一次侧供、回水管道之间的混水管道上同时安装调节阀。这种形式多用于整个混水供热系统的末端混水站。这种形式应用比较少见。,32,混水供热控制方式,混水运行的技术要点是：第一，满足各混水站一次高温水与二次混合水设计混合比的要求；第二，满足各混水站之间混合比的稳定和流量平衡的要求。根据目前的技术水平和设备能力，能够达实现上述要求的比较可行的混水供热的控制方法有以下三种：使用电动控制阀加流量计实现混水供热使用自力式流量控制阀实现混水供热使用自力式阻力平衡阀实现混水供热,33,使用电动控制阀加流量计实现混水供热,这种方法一般都配备与自动控制系统配合。每个电动调节阀后安装一台流量计。运行时，根据二次侧的温度或一次侧与二次侧的流量反馈信号，调整电动控制阀的开度，使得各个混水站的一次、二次流量混合比达到设计值。这种方法的优点是，可以灵活的调节各个混水站一次侧高温水和二次侧混入水的混合比，自动化程度高。缺点是造价高。,34,使用自力式流量控制阀实现混水供热,这种方法比较简单方便，只需将前面讲的混水供热的形式中的调节阀变成自力式流量控制阀即可。由于自力式流量控制阀具有恒流量的功能，只要将各个混水站一次水、混合水的流量按设计值设定好，各个混水站的一次高温水与二次混入水的混合比就能通过自力式流量控制阀自动完成并保持恒定。这种方法的优点是，简单方便可靠，混水站之间平衡度高，造价低。缺点是混水完成后整个系统只能定流量运行，灵活性差。,35,使用自力式阻力平衡阀实现混水供热,使用自力式阻力平衡阀实现混水供热，需将前面讲的混水供热的形式中的调节阀变成自力式阻力平衡阀。具体调节时分两步完成，第一步，根据各个混水站一次水、混合水的流量按设计值设定好各自的流量，各个混水站的一次高温水与二次混入水的混合比通过自力式阻力平衡阀自动完成并恒定；第二步，锁定一次侧或二次侧自力式阻力平衡阀。这一步完成后，就可以根据天气情况改变一次侧高温水或二次侧混入水的流量而整个系统还保持平衡状态。这种方法的优点是，调节灵活度比较高，方便可靠，造价低，混水站的一次侧或二次侧可以实现等比例的变流量运行，达到进一步节省电耗的目的。缺点是一次侧和二次侧不能同时变流量运行。由于自力式阻力平衡阀刚刚问世，所以其应用很少见。,36,混水站的自动控制方式一,混水供热系统通过调节一次侧电动调节阀控制二次侧供水温度，通过调节循环泵频率控制二次侧流量（压差），二次侧压力由首站循环泵调整确定。一次供水管道上装有电动调节阀，由系统进行自动控制。系统将检测到的二次供水温度和设定值进行比较，并根据室外温度进行一定的温度补偿，然后自动调节电动阀门的开度，控制一次供水的流量，以保证二次侧供水温度的合理稳定。系统在二次侧设置一台供回水差压变送器，将差压信号输送至循环泵变频器，变频器根据给定值，通过内部PID控制，自动恒定供回水差压，差压值可以在变频器上设置，也可以由PLC给定。,37,混水站的自动控制方式二,建议采用两台电动调节阀，一台放置在一次供水测，另一台放置在一次供、回水管道之间的混水管道上。系统将检测到的二次供水温度和设定值进行比较，并根据室外温度进行一定的温度补偿，然后自动调节电动阀门的开度，当二次供水温度低于设定值时，一次供水侧电动调节阀开度增大，另一台电动调节阀开度减小，从而使混合后的二次供水温度增加到设定值，当二次供水温度高于设定值时，反之。这样就可以保证二次侧供水温度的合理稳定。,38,混水站优缺点分析,混水站的优点：a.与换热站形式的间接供热相比，省去了换热器和换热站内的补水系统，具有占地面积小、工程造价低、热损失小的优点；b.与直供系统相比，可以降低一次管网的管径，减少循环水量，节省投资和节省水泵的电耗。混水站的缺点：混水供热技术对于调节控制水平的要求比较高，一次高温水与二次混入水的配比难于控制、各个混水站之间的容易出现水力失衡。,39,间接连接和混合连接联合应用换热站目前的供暖系统中，地板辐射采暖与散热器采暖两种形式并存的情况十分普遍，通过散热器采暖采用间接连接、地板辐射采暖采用混水连接的方式，在满足散热器采暖用户供水温度的同时通过调节混水比使地板辐射采暖用户得到所需的供水温度，不仅解决了地板辐射采暖用户室温偏高的问题，并且达到节能的目的。,混合型换热站,40,混合型换热站原理图,1.碟阀2.调节阀3.换热器4.循环泵5.散热器采暖用户6.电动调节阀7.水泵变频器8.混水泵9.地板辐射采暖用户10.气候补偿器11.室外温度传感器,41,水水直混式换热机组介绍,该机组主要由混合罐、循环泵、回水加压泵、温控装置、控制仪表及控制柜等部分构成。本机组换热效率高，制造成本低，节能效果显著，其主要特征在于一次高温水和低温二次水在混合罐中之直接混合换热，并充分利用一次水的压力，最大限度的降低二次水的循环水泵功率。机组有如下特点：1、换热效率高达100%。由于高低温水部分或全部进行充分混合，高低温回水无温差运行，且没有结垢存在的热阻，故换热机组效率高达100%，远远高于板式和管壳式换热机组。2、节能效果显著。,42,汽水直混式换热机组介绍,热敏传感换热机组是汽水直混式热交换机组。该换热机组以高效热敏传感换热器为主机，将通用换热站内循稳压系统、控制系统等高度集成于一体，充分利用了当代流量变频控制、热量自动监测控制、远传网络通信控制等先进技术，使机组最大限度的实现自动化、智能化。整个机组统筹兼顾组合精良，量身定做，机组整机出厂，安装快捷方便，安装费用极低。,43,换热站循环泵的布置方案,循环泵放置在换热器前端，即在热用户系统中放热后的回水进入换热站，先行流经循环泵，对水流进行加压处理后，低温回水再经过换热器与一级管网的高温高压热水进行热量交换，变成符合热用户系统温度和压力的供水，经过流量调节和分配，输送到不同的热用户室内系统。循环泵放置在换热器后端，即在热用户系统中放热后的回水进入换热站，先行流经换热器，低温回水经过换热器与一级管网的高温高压热水进行热量交换，再进入循环泵，对水流进行加压处理后，变成符合热用户系统温度和压力的热用户供水，经过流量调节和分配，输送到不同的热用户室内系统。,44,换热站循环泵布置方案的比较,对于方式一，热用户的低温低压回水先行进入循环泵，则对于循环泵的温度要求较低，只需考虑系统的总阻力，能够满足最末端用户的需求即可，循环泵出口的压力值为系统中的压力最高点，由于一般的板式换热器对水流产生一定的流