換熱站系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理
作者:陜西魯明熱力設(shè)備 發(fā)布日期:2019-05-22 17:40:06
1.1 換熱站系統(tǒng)的構(gòu)成
在集中供熱系統(tǒng)中,熱源廠將一次熱源水處理至高溫高壓狀態(tài),經(jīng)過一次熱源首站及熱網(wǎng)送至各個(gè)子換熱站處,經(jīng)過換熱站的熱交換,熱量被輸送到二次熱網(wǎng)循環(huán)水中,再由二次網(wǎng)將熱水送至各用戶處。冷卻后的二次網(wǎng)循環(huán)水通過二次回水網(wǎng)返回至換熱站中,換熱站的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示。
換熱站系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
換熱站是連接熱源與網(wǎng)用戶端的重要樞紐,在集中供熱系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的位置[28]。換熱站是利用一次熱網(wǎng)管道和二次熱網(wǎng)管道將熱源與用戶連接起來的,一次熱網(wǎng)管道是連接熱源首站與換熱站之間的管網(wǎng);二次熱網(wǎng)管道是連接換熱站與用戶之間的管網(wǎng)。換熱站是除了連接一次熱網(wǎng)與二次熱網(wǎng)的管道之外,還包括了相關(guān)換熱設(shè)備、測(cè)量?jī)x表與控制設(shè)備的綜合機(jī)房,是完成熱源與熱用戶的熱量交換、熱量分配、監(jiān)控、調(diào)節(jié)、及管理的重要樞紐。
換熱站的主要功能是作為整個(gè)集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換與分配的實(shí)施場(chǎng)所,通過控制系統(tǒng)來維持和調(diào)節(jié)一次熱網(wǎng)與二次熱網(wǎng)管道中的壓力、水溫及流量與熱量的穩(wěn)定,從而實(shí)現(xiàn)安全可靠的運(yùn)行狀態(tài),為用戶提供良好的供熱品質(zhì)。換熱站的主要設(shè)備包括:換熱器、循環(huán)水泵、離心式補(bǔ)水泵、軟化水裝置、軟化水箱、各類控制閥、調(diào)節(jié)閥、安全閥、自動(dòng)排氣裝置以及控制需求相關(guān)的各類現(xiàn)場(chǎng)傳感器和儀表裝置[29]。
換熱站從控制角度可以細(xì)分為熱交換系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)。換熱站的硬件原理圖如圖2.2所示

換熱站的硬件原理圖
1.2 換熱站的基本原理
換熱站的基本工作原理是:熱源廠提供的熱量經(jīng)過一次熱網(wǎng)管道輸送至換熱站中,經(jīng)過換熱站換熱后,并進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)再通過二次熱網(wǎng)管道輸送至熱用戶處。冷卻后的水則經(jīng)過二次管網(wǎng)返回至換熱站中,通過換熱加熱后再次循環(huán)至熱用戶處[30]。換熱站根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況與熱用戶的負(fù)荷,通過對(duì)水溫和各類循環(huán)泵的控制,進(jìn)而控制二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的水溫及流量、流速,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。換熱站系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,因?yàn)楣艿赖姆忾]性、用戶對(duì)熱水的消耗造成不可避免的循環(huán)水損失,因此就需要對(duì)補(bǔ)水泵進(jìn)行控制,保證循環(huán)水的充足;以及對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行控制,從而保證供回水壓差的穩(wěn)定。換熱站對(duì)循環(huán)泵的控制是通過控制變頻器的頻率輸出,來控制循環(huán)泵的工作頻率,改變頻率會(huì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,最終決定循環(huán)泵水量的輸出。
溫度的控制是由二次網(wǎng)供水溫度來決定的,根據(jù)調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水閥門的開度,來改變一次網(wǎng)供水的流量,最終保持二次網(wǎng)供水溫度的恒定。溫度的控制策略基本采用的是溫差調(diào)節(jié)的辦法,即根據(jù)用戶的需求,例如西安地區(qū)暖氣片采暖供水溫度設(shè)定為65°C,地幅熱采暖供水溫度設(shè)定為55°C。將傳感器測(cè)得的二次熱網(wǎng)出水溫度作為實(shí)際值,將調(diào)節(jié)閥開度作為控制變量,控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)二次管網(wǎng)的實(shí)際值和參考值來調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開度,從而將二次網(wǎng)供水溫度保持在設(shè)定值附近。
從控制角度來講,集中供熱系統(tǒng)換熱站控制主要由3個(gè)控制回路組成,即:二次供水溫度調(diào)節(jié)控制回路、二次供回水壓差調(diào)節(jié)控制回路、二次定壓補(bǔ)水控制回路。
2 換熱站的運(yùn)行調(diào)節(jié)
我國的集中供熱系統(tǒng)因?yàn)榻ㄖ锾匦约肮艿捞匦缘牟煌?,?jīng)常出現(xiàn)有的用戶室內(nèi)溫度過高,有的用戶室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)。為了解決這個(gè)問題,我們需要引入換熱站供熱系統(tǒng)理論,選擇合適的供熱調(diào)節(jié)方式,來保證用戶舒適性統(tǒng)一的體驗(yàn)。2.1 換熱站供熱調(diào)節(jié)的基本理論
換熱站供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)的本質(zhì)是根據(jù)外界氣溫的變換,來調(diào)節(jié)換熱站的輸出熱量,使用戶室內(nèi)溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在不計(jì)二次熱網(wǎng)管道損耗的前提下,換熱站系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),用戶的熱負(fù)荷值與房間內(nèi)的取暖熱負(fù)荷相同,也等于換熱站的熱量輸出。由熱平衡理論可得知下列方程[31]:













散熱器的熱傳遞系數(shù)





換熱站系統(tǒng)在正常工況下運(yùn)行時(shí),在持續(xù)固定的室外溫度下,換熱站的設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)熱負(fù)荷與實(shí)際需求熱負(fù)荷之比稱為相對(duì)熱負(fù)荷,用來表示。換熱站實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)一致,可用不同偏差系數(shù)表達(dá)為


2.2 換熱站的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法
隨著室外溫度的預(yù)測(cè)及變化來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)換熱站與熱網(wǎng)內(nèi)的不同參數(shù),最終達(dá)到按照用戶的熱負(fù)荷需求的換熱站運(yùn)行調(diào)節(jié)方法主要由以下四種:量調(diào)節(jié)、質(zhì)調(diào)節(jié)、分時(shí)變流量調(diào)節(jié)與隨機(jī)調(diào)節(jié)四種方式[32-33]。(1)質(zhì)調(diào)節(jié)理論:集中供熱系統(tǒng)在一般工況下運(yùn)行時(shí),二次熱網(wǎng)管道的循環(huán)泵運(yùn)行頻率不變,所以管道內(nèi)流量也幾乎沒有變化,所以此時(shí)管道內(nèi)的流量用








(2)量調(diào)節(jié)理論:集中供熱系統(tǒng)在一般工況下運(yùn)行時(shí),如果系統(tǒng)的供水溫度比較穩(wěn)定,基本保持不變時(shí),即





(3)分時(shí)變流量調(diào)節(jié)理論:集中供熱系統(tǒng)在一般工況下運(yùn)行時(shí),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的天氣預(yù)報(bào)作為基礎(chǔ),疊加實(shí)時(shí)采集的室外溫度預(yù)測(cè)回歸,分時(shí)段調(diào)節(jié)二次熱網(wǎng)管道循環(huán)泵的頻率的方法,我們稱之為分時(shí)段變流量調(diào)節(jié)法[36]。根據(jù)采暖季室外溫度的不同而采取不同的控制策略,室外溫度較高時(shí),采用上述質(zhì)調(diào)節(jié);室外溫度較低時(shí),采用上述量調(diào)節(jié)辦法。但是在一段時(shí)間內(nèi),二次熱網(wǎng)管道的熱水流量是基本保持恒定的,即∮=



(1)隨機(jī)調(diào)節(jié)理論:集中供熱系統(tǒng)在一般工況下運(yùn)行時(shí),不改變?nèi)魏嗡玫墓ぷ鳡顟B(tài),并保證供回水溫度、系統(tǒng)流量的穩(wěn)定性,僅僅通過直接關(guān)斷閥門來控制每天對(duì)用戶的供暖時(shí)間,這種辦法被稱為隨機(jī)調(diào)節(jié)方法。用戶的熱負(fù)荷所需的供暖時(shí)間是隨著室外溫度變化而改變的,它們之間的關(guān)系式如下:

