一、引言
唐山市熱力總公司下設(shè)市區(qū)供熱公司供熱面積為：695萬平方米，共有熱力站25座。采用唐山市發(fā)電廠抽汽機(jī)組進(jìn)行供熱，供熱額定功率為：300MW。由于不斷擴(kuò)供，各熱力站的一次水量存在著嚴(yán)重的水力失調(diào)。公司為解決此問題引進(jìn)了德國西門子公司自動控制設(shè)備，安裝在離熱源廠最近的河西線和龍澤南線各熱力站，其中有10個直供混水熱力站和8個間供熱力站。自控過程為：采集室外溫度T0，按調(diào)節(jié)曲線Tc=A-K×T0計算理論二次供水溫，控制自動調(diào)節(jié)閥控制一次水量，使二次實際供水溫度趨于調(diào)節(jié)曲線算出來的理論二次供水溫。
唐山市熱力總公司下設(shè)市區(qū)供熱公司供熱面積為：695萬平方米，共有熱力站25座。采用唐山市發(fā)電廠抽汽機(jī)組進(jìn)行供熱，供熱額定功率為：300MW。由于不斷擴(kuò)供，各熱力站的一次水量存在著嚴(yán)重的水力失調(diào)。公司為解決此問題引進(jìn)了德國西門子公司自動控制設(shè)備，安裝在離熱源廠最近的河西線和龍澤南線各熱力站，其中有10個直供混水熱力站和8個間供熱力站。自控過程為：采集室外溫度T0，按調(diào)節(jié)曲線Tc=A-K×T0計算理論二次供水溫，控制自動調(diào)節(jié)閥控制一次水量，使二次實際供水溫度趨于調(diào)節(jié)曲線算出來的理論二次供水溫。
二、第一種控制模式：按室外溫度實時調(diào)節(jié)的自控模式
間供站自控曲線采用：Ｔ2g=57-1.6×T0；直供混水站考慮到一次水量的變化會引起二次水量的變化，采用了控制二次供、回水溫度平均值的調(diào)節(jié)曲線：Tc=48-1.5×T0。其中的參數(shù)57、-1.6、48、-1.5可根據(jù)各熱力站的二次水量和熱負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)修正。在實際調(diào)試和運行中發(fā)現(xiàn)這樣的問題：二次供水溫度的波動范圍比較大（如圖一），可以達(dá)到15°C。在下午2點室外溫度最高時，自控閥會發(fā)出尖叫聲，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬時關(guān)閉。特別是直供混水站，此時用戶反應(yīng)好像突然停熱，較大的壓力波動直接作用于散熱器，散熱器時常跑水，為此直供熱力站自控一直沒有正常投入使用，間供站自控的使用也不很理想。我們對出現(xiàn)這一結(jié)果的原因作了如下分析：首先是熱源電廠采用定流量的中央質(zhì)調(diào)節(jié)，由每天的一個平均室外溫度確定一個不變的一次供水溫度。一天24小時內(nèi)在一次線供水溫度不變的情況下，二次供、回水溫度的平均值Tc的較大變化完全由一次水量的變化形成，這樣引起一次水量的較大波動，近而引起二次水量的較大波動，可達(dá)到50%。其次是當(dāng)二次管網(wǎng)較大時，二次回水溫度嚴(yán)重滯后，此時二次回水溫度比理論回水溫度高的多。為達(dá)到理論Tc值，還要把T2g降低，這樣就必須把一次水量關(guān)小一些，引起二次水量的近一步減少。因為壓力變化是流量變化的平方，所以壓力變化會更加劇烈，同時直供站的供熱時間較長，管道及換熱器片老化，造成了熱用戶的跑水事故。為找到解決問題的方法，我們作了這樣分析：首先能否通過減小調(diào)節(jié)曲線T2g=57-1.6×T0中的斜率1.6來減小T2g的波動來解決T2g波動較大的問題呢？就某一天來說可以這么做，我們可以同時修正57和1.6來達(dá)到這一天的要求，如當(dāng)室外氣溫T0波動10℃，T2g波動16℃，如1.6改為0.5時，T2g的波動變?yōu)?℃，在一天中這樣的波動是可以的。但當(dāng)我們考查整個采暖季時，室外平均溫度T0從5℃~
-10℃變化時，T2g只有7.5℃的變化，這樣的變化對整個采暖季來說太小了。當(dāng)把57變大，變大時能滿足冷時的T2g，但熱時的T2g又太高；當(dāng)把57變小時，熱時T2g合適，冷時T2g就不夠。在一天中要求T2g隨T0波動小和在一個采暖季要求T2g隨T0變化大的矛盾是不能通過修正57和1.6這兩個參數(shù)得到解決的。
間供站自控曲線采用：Ｔ2g=57-1.6×T0；直供混水站考慮到一次水量的變化會引起二次水量的變化，采用了控制二次供、回水溫度平均值的調(diào)節(jié)曲線：Tc=48-1.5×T0。其中的參數(shù)57、-1.6、48、-1.5可根據(jù)各熱力站的二次水量和熱負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)修正。在實際調(diào)試和運行中發(fā)現(xiàn)這樣的問題：二次供水溫度的波動范圍比較大（如圖一），可以達(dá)到15°C。在下午2點室外溫度最高時，自控閥會發(fā)出尖叫聲，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬時關(guān)閉。特別是直供混水站，此時用戶反應(yīng)好像突然停熱，較大的壓力波動直接作用于散熱器，散熱器時常跑水，為此直供熱力站自控一直沒有正常投入使用，間供站自控的使用也不很理想。我們對出現(xiàn)這一結(jié)果的原因作了如下分析：首先是熱源電廠采用定流量的中央質(zhì)調(diào)節(jié)，由每天的一個平均室外溫度確定一個不變的一次供水溫度。一天24小時內(nèi)在一次線供水溫度不變的情況下，二次供、回水溫度的平均值Tc的較大變化完全由一次水量的變化形成，這樣引起一次水量的較大波動，近而引起二次水量的較大波動，可達(dá)到50%。其次是當(dāng)二次管網(wǎng)較大時，二次回水溫度嚴(yán)重滯后，此時二次回水溫度比理論回水溫度高的多。為達(dá)到理論Tc值，還要把T2g降低，這樣就必須把一次水量關(guān)小一些，引起二次水量的近一步減少。因為壓力變化是流量變化的平方，所以壓力變化會更加劇烈，同時直供站的供熱時間較長，管道及換熱器片老化，造成了熱用戶的跑水事故。為找到解決問題的方法，我們作了這樣分析：首先能否通過減小調(diào)節(jié)曲線T2g=57-1.6×T0中的斜率1.6來減小T2g的波動來解決T2g波動較大的問題呢？就某一天來說可以這么做，我們可以同時修正57和1.6來達(dá)到這一天的要求，如當(dāng)室外氣溫T0波動10℃，T2g波動16℃，如1.6改為0.5時，T2g的波動變?yōu)?℃，在一天中這樣的波動是可以的。但當(dāng)我們考查整個采暖季時，室外平均溫度T0從5℃~
-10℃變化時，T2g只有7.5℃的變化，這樣的變化對整個采暖季來說太小了。當(dāng)把57變大，變大時能滿足冷時的T2g，但熱時的T2g又太高；當(dāng)把57變小時，熱時T2g合適，冷時T2g就不夠。在一天中要求T2g隨T0波動小和在一個采暖季要求T2g隨T0變化大的矛盾是不能通過修正57和1.6這兩個參數(shù)得到解決的。
三、第二種控制模式：按室外24小時的平均溫度調(diào)節(jié)的自控模式
正是為了解決按室外溫度實時調(diào)節(jié)的第一種自控模式在調(diào)節(jié)和運行中出現(xiàn)的問題而提出了這一模式。既然通過修正供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的57和1.6不能解決在一天中T2g要求隨T0較小波動，而在一個采暖季要求較大波動的矛盾，那么是否可以通過修正室外溫度T0來解決這一矛盾呢？考慮室外氣溫變化在24小時內(nèi)的周期性，采用連續(xù)24小時的平均室外溫度作為T2g=57-1.6×T0中的T0輸入，就能濾掉24小時的室外氣溫瞬時波動（如圖一）。同時24小時室外平均溫度又能準(zhǔn)確反應(yīng)室外氣溫在整個采暖季的室外變化（如圖二）。首先考慮到直供混水站二次回水溫的延時性的影響和24小時室外平均溫度使T2g波動不大，就取消了直供站的控制二次線供、回水平均值的控制曲線，直供站和間供站都采用了直接控制二次供水溫度的控制曲線。接著在原來間供站的控制程序中，新增加了24個存貯變量T1，T2，……T24，在調(diào)試時把當(dāng)天的室外平均溫度通過面板給這24個變量賦初值，比如供熱開始時可以令T1=T2=......=T24=5℃，當(dāng)室外溫度傳感器采集一個室外溫度T0時，就把T1的值用T0的值替換，并計算Tpj=（T1+T2+……+T24）/24，把Tpj的值作為供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的T0值來計算二次供水控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過一個小時后采集的室外溫度T0替換T2的值，以此類推，這樣經(jīng)過24小時后，輸入供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的T0值，就是24小時的室外溫度平均值了。由于修正是在原有程序中增加一小部分程序，原有程序不變，同時又合并了直供混水站和間供站的供熱曲線，因此24小時平均室外溫度的供熱模式很快調(diào)試完成。通過今年的實際運行，各熱力站自控運行平穩(wěn)，反應(yīng)較好，解決了采用第一種自控模式出現(xiàn)的問題。圖三為2006年1月及2月初非自控站68#-1站實際二次供水溫，自控站68#-2實際二次供水溫度及熱源實際一次供水溫度隨室外平均溫度T0的變化曲線圖。從圖可以看出自控站比非自控站能更好的隨室外溫度變化而調(diào)節(jié)，整個的自控站二次平均供水溫比非自控站二次平均供水溫有所下降，有一定的節(jié)能效果。
正是為了解決按室外溫度實時調(diào)節(jié)的第一種自控模式在調(diào)節(jié)和運行中出現(xiàn)的問題而提出了這一模式。既然通過修正供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的57和1.6不能解決在一天中T2g要求隨T0較小波動，而在一個采暖季要求較大波動的矛盾，那么是否可以通過修正室外溫度T0來解決這一矛盾呢？考慮室外氣溫變化在24小時內(nèi)的周期性，采用連續(xù)24小時的平均室外溫度作為T2g=57-1.6×T0中的T0輸入，就能濾掉24小時的室外氣溫瞬時波動（如圖一）。同時24小時室外平均溫度又能準(zhǔn)確反應(yīng)室外氣溫在整個采暖季的室外變化（如圖二）。首先考慮到直供混水站二次回水溫的延時性的影響和24小時室外平均溫度使T2g波動不大，就取消了直供站的控制二次線供、回水平均值的控制曲線，直供站和間供站都采用了直接控制二次供水溫度的控制曲線。接著在原來間供站的控制程序中，新增加了24個存貯變量T1，T2，……T24，在調(diào)試時把當(dāng)天的室外平均溫度通過面板給這24個變量賦初值，比如供熱開始時可以令T1=T2=......=T24=5℃，當(dāng)室外溫度傳感器采集一個室外溫度T0時，就把T1的值用T0的值替換，并計算Tpj=（T1+T2+……+T24）/24，把Tpj的值作為供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的T0值來計算二次供水控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過一個小時后采集的室外溫度T0替換T2的值，以此類推，這樣經(jīng)過24小時后，輸入供熱曲線T2g=57-1.6×T0中的T0值，就是24小時的室外溫度平均值了。由于修正是在原有程序中增加一小部分程序，原有程序不變，同時又合并了直供混水站和間供站的供熱曲線，因此24小時平均室外溫度的供熱模式很快調(diào)試完成。通過今年的實際運行，各熱力站自控運行平穩(wěn)，反應(yīng)較好，解決了采用第一種自控模式出現(xiàn)的問題。圖三為2006年1月及2月初非自控站68#-1站實際二次供水溫，自控站68#-2實際二次供水溫度及熱源實際一次供水溫度隨室外平均溫度T0的變化曲線圖。從圖可以看出自控站比非自控站能更好的隨室外溫度變化而調(diào)節(jié)，整個的自控站二次平均供水溫比非自控站二次平均供水溫有所下降，有一定的節(jié)能效果。
四、第一種自控模式和第二種自控模式的比較
4．1 對一次線大網(wǎng)水力穩(wěn)定性及運行安全的影響比較
采用第一種模式時，室外溫度在一天24小時內(nèi)波動較大時，二次供水溫波動較大有15℃，這樣自控在24小時內(nèi)就會使一次線流量產(chǎn)生30%-40%的流量波動，由此引起的壓力波動會更加劇烈，這樣會對一次線管網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行造成威脅。而采用第二種模式時，二次供水溫度在一天內(nèi)變化較小，T2g變化較小，一次線水量變化也不大，有利于一次網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
4．2 對非自控站的影響比較
采用第一種自控模式時，在一天24小時內(nèi)熱源一次供水不變，自控站自控閥的開與關(guān)正好造成非自控站一次水量的減和增，也就是在一天24小時內(nèi)室外溫度最低時，自控站所得的熱量是非自控站失去的熱量，這樣造成非自控站的反向調(diào)節(jié)。而采用第二種自控模式時，使用24小時的平均溫度，這和非自控站使用的日平均溫度基本合拍。
4．1 對一次線大網(wǎng)水力穩(wěn)定性及運行安全的影響比較
采用第一種模式時，室外溫度在一天24小時內(nèi)波動較大時，二次供水溫波動較大有15℃，這樣自控在24小時內(nèi)就會使一次線流量產(chǎn)生30%-40%的流量波動，由此引起的壓力波動會更加劇烈，這樣會對一次線管網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行造成威脅。而采用第二種模式時，二次供水溫度在一天內(nèi)變化較小，T2g變化較小，一次線水量變化也不大，有利于一次網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
4．2 對非自控站的影響比較
采用第一種自控模式時，在一天24小時內(nèi)熱源一次供水不變，自控站自控閥的開與關(guān)正好造成非自控站一次水量的減和增，也就是在一天24小時內(nèi)室外溫度最低時，自控站所得的熱量是非自控站失去的熱量，這樣造成非自控站的反向調(diào)節(jié)。而采用第二種自控模式時，使用24小時的平均溫度，這和非自控站使用的日平均溫度基本合拍。
4．3 對室溫的影響比較
雖然理論上第一種自控模式按室外溫度實時調(diào)節(jié)，但是二次供水溫度的變化在二次管網(wǎng)的遠(yuǎn)、近端會相差幾小時反應(yīng)出二次供水的變化，因此按實時T0的精確調(diào)節(jié)是不能實現(xiàn)的。由于建筑物的熱惰性和傳熱的延時性，同時由于室外氣溫一天24小時內(nèi)的周期性，室外氣溫在24小時內(nèi)波動對室內(nèi)溫度的影響很有限，只有1℃～2℃。只有室外溫度在幾天內(nèi)連續(xù)升高或降低時，才能造成室內(nèi)溫度的明顯波動（如圖三），因此在24小時內(nèi)供熱系統(tǒng)隨室外氣溫的大幅度、高頻次的調(diào)節(jié)意義不大。
4．4 延時性分析比較
采用第二種模式時，T2g對T0有12小時的延時，這是因為室外某時刻的平均溫度應(yīng)該是過去12個小時和將來12個小時的平均溫度，而24小時的平均溫度是過去23個小時的溫度中現(xiàn)在的T0的平均溫度，因此有12個小時延時。但是，熱源一次線溫度隨室外氣溫T0的變化亦有延時且大于12小時。這樣第二種自控模式的延時正好和熱源一次水溫度延時合拍。當(dāng)有一個T0較大向下的變化趨勢時，首先延時一段時間后，自控站第一個升溫到頂，接著是熱源一次線供水溫度升溫到頂，最后是非自控站升溫到頂。如果采用第一種自控模式T2g對T0的變化立即升溫，而此時T1g還沒有升溫，這樣就會造成熱力站的失調(diào)。因此第二種自控模式12小時的延時性對整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致是有利的。-- 唐山市熱力總公司 劉靜順
雖然理論上第一種自控模式按室外溫度實時調(diào)節(jié)，但是二次供水溫度的變化在二次管網(wǎng)的遠(yuǎn)、近端會相差幾小時反應(yīng)出二次供水的變化，因此按實時T0的精確調(diào)節(jié)是不能實現(xiàn)的。由于建筑物的熱惰性和傳熱的延時性，同時由于室外氣溫一天24小時內(nèi)的周期性，室外氣溫在24小時內(nèi)波動對室內(nèi)溫度的影響很有限，只有1℃～2℃。只有室外溫度在幾天內(nèi)連續(xù)升高或降低時，才能造成室內(nèi)溫度的明顯波動（如圖三），因此在24小時內(nèi)供熱系統(tǒng)隨室外氣溫的大幅度、高頻次的調(diào)節(jié)意義不大。
4．4 延時性分析比較
采用第二種模式時，T2g對T0有12小時的延時，這是因為室外某時刻的平均溫度應(yīng)該是過去12個小時和將來12個小時的平均溫度，而24小時的平均溫度是過去23個小時的溫度中現(xiàn)在的T0的平均溫度，因此有12個小時延時。但是，熱源一次線溫度隨室外氣溫T0的變化亦有延時且大于12小時。這樣第二種自控模式的延時正好和熱源一次水溫度延時合拍。當(dāng)有一個T0較大向下的變化趨勢時，首先延時一段時間后，自控站第一個升溫到頂，接著是熱源一次線供水溫度升溫到頂，最后是非自控站升溫到頂。如果采用第一種自控模式T2g對T0的變化立即升溫，而此時T1g還沒有升溫，這樣就會造成熱力站的失調(diào)。因此第二種自控模式12小時的延時性對整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致是有利的。-- 唐山市熱力總公司 劉靜順
