CN101344274B - 锅炉供热气候补偿系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅炉供热气候补偿系统，包括锅炉、用于系统供水及系统回水循环的主循环水泵、与锅炉出水口连接的供水管、以及与锅炉进水口连接的回水管，还包括：电动调节阀，用于调节系统回水流入锅炉出水的混合比例；补偿控制装置，根据获取的室外气象参数调节电动调节阀的开度，使供暖温度测量值达到设定的供暖温度参考值；辅循环水泵，用于将锅炉出水加压并与系统回水混合后进入锅炉；进水控制装置，控制辅循环水泵的工作频率，使锅炉的进水温度及流量达到最小需求值。本发明还涉及一种锅炉供热气候补偿的实现方法。本发明的技术方案在实现气候补偿的同时保证了锅炉的进水温度和最低流量的要求，从而达到节约能源的目的，并且避免了潜在的爆管危险。
Description
技术领域
本发明涉及供热技术，尤其涉及一种锅炉供热气候补偿系统及其实现方法。
背景技术
目前，供暖用的锅炉房多为人工调节的运行管理模式，燃气或燃煤多少以司炉工的感觉为主，其管理粗放，通常会造成用户的室内温度不稳定以及热能浪费的问题。考虑到上述锅炉供热系统运行的可靠性及舒适度，现有技术中出现了气候补偿器一类的产品，其依据气候及室外温度的不同，及一天的气温波动和光照的变化，通过调整系统的供水温度，从而使系统的供热量与室外环境气候和气象相匹配，达成按需供热的目的，同时也保证了锅炉的最低进水温度和最小流量的要求，实现节省燃料、节约能源，确保了锅炉的安全高效运行。
图1、图2为两种现有技术中实现气候补偿的锅炉供热系统。如图1所示的系统，其在锅炉11的进出口总管上安装一个带电动阀12的旁通管13，控制器14根据采集的室外气象参数调整旁通管13的流量Th，从而改变系统的供水温度T1g，使之与室外温度T相匹配，实现供水温度的气候补偿，可适用于某些燃气锅炉和燃煤锅炉房。但该系统存在以下三个方面的缺陷：首先，锅炉的进水温度与供热系统的回水温度相等，为了实现气候补偿功能，使得锅炉的进水温度偏低，很有可能低于烟气中水蒸汽的露点温度，最终导致锅炉尾部受热面形成酸腐蚀；其次，供热系统的回水流量有一部分通过旁通管直接进入供水管，进入锅炉的流量有可能偏小，会低于锅炉额度流量的最小值，可能导致锅炉对流管束因水流不畅而爆管；再次，由于进入锅炉的流量有可能会偏小，因此系统循环水泵采用变频装置后，节电效果不明显。
如图2所示的系统，其在锅炉的出水管和锅炉回水管之间设置了混水器22，通过设于系统供水管上的循环水泵从混水器22中抽取热水，同时锅炉21也从混水器22中抽水回锅炉保证了锅炉的最低进水温度和最小进水流量；在系统供水管和回水管之间设置旁通管并在供水与旁通连接处设电动三通阀23，调节系统供水温度实现供水温度的气候补偿调节。该系统弥补了图1所示系统的上述缺陷，但仍然存在以下两个缺陷：第一，供热系统的主循环水泵在高温下运行，会影响循环水泵的使用寿命；第二，目前已经建成在运行的供热系统，一般为单极泵系统，即系统的主循环水泵在锅炉的入口区域，如果要改成如图2所示的气候补偿系统，则必须更换主循环水泵，从而使改造投入费用偏大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种锅炉供热气候补偿系统及其实现方法，以解决现有技术中实现气候补偿的锅炉供热系统存在的上述问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种锅炉供热气候补偿系统，包括锅炉、用于系统供水及系统回水循环的主循环水泵、与锅炉出水口连接的供水管、以及与锅炉进水口连接的回水管，还包括：
电动调节阀，设于连接所述供水管与回水管的第一旁通管上，用于调节系统回水流入锅炉出水的混合比例；
补偿控制装置，根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值，与供暖温度测量值进行比较，并根据比较结果控制所述电动调节阀的开度，直至所述供暖温度测量值达到所述供暖温度参考值；
辅循环水泵，设于所述第一旁通管与锅炉之间连接所述供水管与回水管的第二旁通管上，用于将锅炉出水加压并与系统回水混合后进入所述锅炉；
进水控制装置，根据锅炉的进水温度及流量测量值控制所述辅循环水泵的工作频率，使所述进水温度/流量测量值分别大于锅炉的进水温度/流量最小需求值。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，所述补偿控制装置进一步包括：
气象参数单元，用于获取室外的气象参数；
补偿计算单元，利用供暖温度随室外气象参数变化的气候补偿曲线，根据获取的所述室外气象参数计算得到供暖温度参考值；
温度测量单元，设于锅炉出水与系统回水经所述第一旁通管混合后的供水管上，用于获取系统的供水温度测量值；和/或，设于所述主循环水泵进水前的回水管上，用于获取系统的回水温度测量值；
温度比较单元，根据比较判断所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值是否大于所述供暖温度参考值，如果是则加大所述电动调节阀的开度，否则减小所述电动调节阀的开度，直至所述供水/回水温度测量值或所述平均值与供暖温度参考值一致。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，所述进水控制装置进一步包括：
变频单元，与所述辅循环水泵连接，用于控制所述辅循环水泵的变频运行；
进水温度测量单元及进水流量测量单元，设于所述锅炉的进水口处，分别用于获取所述锅炉的进水温度测量值及进水流量测量值；
参数比较单元，判断所述进水温度测量值是否小于锅炉的进水温度最小需求值，或进水流量测量值是否小于锅炉的进水流量最小需求值，如果是则控制所述变频单元加大所述辅循环水泵的运行频率，直至所述进水温度测量值满足进水温度最小需求值且进水流量测量值满足进水流量最小需求值。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，所述电动调节阀为安装在所述第一旁通管上的电动二通调节阀，或为安装在所述供水管和/或回水管与第一旁通管接头处的电动三通调节阀。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，还包括设于所述第一旁通管任意一侧的第三旁通管；并在所述第三旁通管上设置调节性阀门，用于当所述第一旁通管上的电动调节阀出现问题或调节能力不足时起辅助调节作用。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，所述气象参数单元通过气象测量仪器测量获取所述室外气象参数，或从气象单位直接获取所述室外气象参数；所述室外气象参数包括温度，及以下若干项：光照强度、风速、雨量。
上述的锅炉供热气候补偿系统中，还包括：主循环泵变频控制装置，根据获取的系统供、回水压差调整所述主循环水泵的运行频率。
本发明的技术方案还提出一种锅炉供热气候补偿的实现方法，包括：
根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值；
通过测量获取供暖温度测量值，并将所述供暖温度测量值与供暖温度参考值进行比较，并根据比较结果调节系统回水流入锅炉出水的混合比例，直至所述供暖温度测量值达到所述供暖温度参考值；
对锅炉的进水温度及流量进行测量，将进水温度/流量测量值与锅炉的进水温度/流量最小需求值进行比较，并根据比较结果调节锅炉出水流入系统回水的混合比例，使所述进水温度测量值满足进水温度最小需求值且进水流量测量值满足进水流量最小需求值。
上述锅炉供热气候补偿的实现方法中，所述根据比较结果调节系统回水流入锅炉出水的混合比例具体包括：
在连接供水管与回水管的第一旁通管上设置电动调节阀；
通过测量获取供水温度测量值和/或回水温度测量值；
判断所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值是否大于供暖温度参考值，如果是则加大所述电动调节阀的开度，否则减小所述电动调节阀的开度，直至所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值与供暖温度参考值一致。
上述锅炉供热气候补偿的实现方法中，所述根据比较结果调节锅炉出水流入系统回水的混合比例具体包括：
在所述第一旁通管与锅炉之间连接供水管与回水管的第二旁通管上设置辅循环水泵；
判断所述进水温度/流量测量值是否小于锅炉的进水温度/流量最小需求值，如果是则加大所述辅循环水泵的运行频率，直至所述进水温度/流量测量值均超过所述进水温度/流量最小需求值。
上述锅炉供热气候补偿的实现方法中，还包括：
对系统的主循环水泵进行变频控制，通过调整主循环水泵的运行频率使系统的供水压力、回水压力或供、回水压差维持在预设值或预设范围内。
(三)有益效果
本发明的技术方案通过电动调节阀实现对系统供水温度的控制，并利用辅循环水泵实现对锅炉进水温度/流量的控制，在实现气候补偿的同时保证了锅炉的进水需求，从而达到节约能源的目的，也避免了潜在的爆管危险，并且在现有的锅炉供热系统基础上改造较为便利。
附图说明
图1为现有技术中一种实现气候补偿的锅炉供热系统结构图；
图2为现有技术中另一种实现气候补偿的锅炉供热系统结构图；
图3为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例一示意图；
图4为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例二示意图；
图5为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例三示意图；
图6为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例四示意图；
图7为本发明锅炉供热气候补偿的实现方法实施例流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图3为本发明锅炉供热气候补偿系统的实施例一示意图，如图所示，该系统包括锅炉31、用于系统供水及系统回水循环的主循环水泵32、与锅炉出水口连接的供水管33、以及与锅炉进水口连接的回水管34，还包括：
电动调节阀35，设于连接供水管33与回水管34的第一旁通管361上，用于调节系统回水流入锅炉出水的混合比例；补偿控制装置37，根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值，与供暖温度测量值进行比较，并根据比较结果控制电动调节阀35的开度，直至供暖温度测量值达到供暖温度参考值；辅循环水泵38，设于锅炉31与第一旁通管361之间并连接供水管33与回水管34的第二旁通管362上，用于将锅炉出水加压并与系统回水混合后进入锅炉31；进水控制装置39，根据锅炉的进水温度及流量测量值控制辅循环水泵38的工作频率，使其分别大于锅炉的进水温度及流量最小需求值。
其中，补偿控制装置37进一步包括：气象参数获取单元371，用于通过测量获取或直接通过气象单位获取室外气象参数To；补偿计算单元372，利用供暖温度随室外气象参数变化的气候补偿曲线，根据获取的室外气象参数To计算得到供暖温度参考值Tgs；供水温度测量单元373，设于锅炉出水与系统回水经第一旁通管361混合后的供水管上，用于获取系统的供水温度测量值Tg；温度比较单元374，根据比较判断供水温度测量值Tg是否大于供水温度参考值Tgs，如果是则加大电动调节阀35的开度，否则减小电动调节阀35的开度，直至供水温度测量值Tg与供水温度参考值Tgs一致。
上述补偿计算单元372的工作原理具体如下，供暖温度参考值Tgs与室外气象参数To、室内温度、系统的运行流量、供暖方式等存在特定的关系，该关系可通过由实际测量及经验得到的气候补偿曲线表示。简单而言，当室外气象参数To高时，供暖温度参考值Tgs会低；反之，供暖温度参考值Tgs会高。
本实施例的系统中，补偿控制装置37还可以包括回水温度测量单元375，设于主循环水泵32进水前的回水管34上，用于获取系统的回水温度测量值Th。则此时温度比较单元374可以通过比较，判断供回水温度测量值Th或供、回水温度测量值Tg、Th的平均值是否大于供暖温度参考值Tgs，如果是则加大电动调节阀35的开度，否则减小电动调节阀35的开度，直至供水/回水温度测量值或平均值与供暖温度参考值一致。上述补偿控制装置37中的供水温度测量单元373及回水温度测量单元375可以仅设其中一个或两个均设，具体设置情况可视温度比较单元374所需的温度参数而定。
进水控制装置39进一步包括：变频单元391，与辅循环水泵38连接，用于控制辅循环水泵38的变频运行；进水温度测量单元392及进水流量测量单元393，设于锅炉31的进水口处，分别用于获取锅炉31的进水温度测量值Tj及进水流量测量值Gj；参数比较单元394，判断进水温度Tj是否小于锅炉的进水温度最小需求值Tj_min，或流量测量值Gj是否小于锅炉的进水流量最小需求值Gj_min，如果是则控制变频单元391加大辅循环水泵38的运行频率，直至进水温度/流量测量值Tj、Gj均超过进水温度/流量最小需求值Tj_min、Gj_min。
本实施例的系统中，进水控制装置39还包括出水温度测量单元395，其设于锅炉31的出水管33上，用于获取锅炉31的出水温度测量值Tc。通过系统供、回水温度测量值Tg及Th、锅炉进水温度Tj和锅炉出水温度测量值Tc四个温度值可以计算系统各管段的流量比值，从而为系统稳定运行提供参考数据；此外加上流量测量值Gj就可以计算出整个系统的供热量。
上述的进水控制装置中，出水温度测量单元395、进水温度测量单元392和进水流量测量单元393可以为温度传感器+流量计的组合或为单纯的热量计。流量计可以放在锅炉出水管、系统供水管或系统回水管上，都可以实现测量锅炉进水流量的功能。
本实施例的系统还包括主循环泵控制装置320，如图3所示，其通过测量获取系统的供、回水压力测量值Pg及Ph，进一步通过计算系统的供、回水压力差PΔ调整主循环泵32的运行频率。使系统的供水压力Pg、回水压力Ph或供、回水压差PΔ维持在预设值或预设范围内。当系统的供水压力测量值或供回水压差测量值大于对应的参考值时，降低主循环水泵32的运行频率，实现系统变流量运行；结合前述补偿控制装置37的气候补偿调节功能，主循环水泵变频实现系统变流量运行，对整个供热系统起到了“质量”并调的效果，达到最佳供热运行调节方式，同时节电量大。
关于本实施例系统的稳定性，继续如图3所示，其与背景技术中图2所示的系统要多一个控制回路，因而控制要复杂，但是，由于控制参数Tg、Tj、Gj之间没有相互抵消作用，当Tg超过参考值Tgs时，需要开大第一旁通管上的电动调节阀，增加混水流量，减小锅炉出口的高温水流量，同时随着混水流量增加，进入锅炉的系统回水流量则自然减小了，辅循环水泵的电机运行频率就要增加，将锅炉出口没有输送到系统中的高温水增压补充到锅炉进口上来，以保证整个系统的流量平衡，两部分的控制没有抵消作用，可以独立操作，因此系统控制的稳定性较好。
上述本发明系统实施例中，室外气象参数除温度外，还可包括以下若干项：光照强度、风速或雨量，由所有这些参数来确定系统供暖温度的设定值，实现系统供水温度真正意义上气候补偿；同时室外气象参数的获取途径可以有多种：包括现场采集、由气象局传送等其他任意方式获得。
另外，本实施例中的电动调节阀35为电动二通调节阀，实际应用中电动调节阀35也可以电动三通调节阀的形式实现，如图4所示的本发明系统实施例二，电动调节阀35即为三通调节阀，并可以安装于图中虚线圆所示的任一位置，其结果同上述实施例一的原理一样，此处不再加以赘述。
图5为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例三示意图，如图所示，其在实施例一图2的基础上，增加一个第三旁通管363，其可以设置于第一旁通管361的任意一侧，并且在第三旁通管363上设置调节性阀门351，当第一旁通管361出现问题或调节能力不足时，辅助旁通管可以起作用。本实施例第三旁通管的设置可以更加增强锅炉供热气候补偿系统的兼容性及稳定性，但其并非本发明的必要技术特征所在，此处不再不加以赘述。
图6为本发明锅炉供热气候补偿系统实施例四示意图，如图所示，其在实施例一的基础上，将补偿控制装置37、进水控制装置39及主循环泵控制装置320整合为一体化的气候补偿智能控制柜60，通过同时对系统供水温度Tg、回水温度Th，锅炉出水温度Tc、进水温度Tj、进水流量Gj，系统供水压力Pg、回水压力Ph等综合参数的实时获取，从而实现锅炉供热系统的气候补偿控制、锅炉的进水控制及主循环泵的变频控制。本实施例中气候补偿智能控制柜60的各控制部分的实现方式与上述实施例一无异，此处不再赘述。本实施例将实施例一中的各装置整合在一起，从而为规模化的生产及改装提供了方便。
本发明还包括一种锅炉供热气候补偿的实现方法，图7为其实施例流程图，如图所示，包括以下步骤：
S701、在供水管与回水管之间的第一旁通管上设置电动调节阀，在供水管与回水管之间的第二旁通管上设置辅循环水泵；
S702、根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值；
其中，室外气象参数除温度外，还可包括光照强度、风速或雨量；其获取的途径可以通过设置气象测量仪器或直接通过气象单位获取。在得到室外气象参数后，再通过供暖温度随室外气象参数变化的气候补偿曲线，得到供暖温度参考值。
S703、判断供暖温度测量值是否大于供暖温度参考值，如果是则加大电动调节阀的开度，否则减小电动调节阀的开度，直至供暖温度测量值与供暖温度参考值一致；
其中的供暖温度测量值，可以为系统的供水温度测量值，或回水温度测量值，或供、回水温度测量值的平均值，具体可视供暖温度参考值需比较的对象而定。
S704、判断进水温度/流量测量值是否小于锅炉的进水温度/流量最小需求值，如果有一个测量值小于最小需求值，则加大辅循环水泵的运行频率，否则减小辅循环水泵的运行频率，直至进水温度/流量测量值分别超过进水温度/流量最小需求值。
S705、对系统的主循环水泵进行变频控制。
通过调整主循环水泵的运行频率使系统的供水压力、回水压力或供、回水压差维持在预设值或预设范围内。当系统的供水压力测量值或供回水压差测量值大于对应的参考值时，主循环水泵降低运行频率，实现系统变流量运行；结合前述的气候补偿调节步骤，主循环水泵变频实现系统变流量运行，对整个供热系统起到了“质量”并调的效果，达到最佳供热运行调节方式，同时节电量大。此处需要说明的是，图7中所示步骤S705与其他步骤的连线关系仅为绘图美观需要，本步骤与前述其他步骤并无先后关系。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种锅炉供热气候补偿系统，包括锅炉、用于系统供水及系统回水循环的主循环水泵、与锅炉出水口连接的供水管、以及与锅炉进水口连接的回水管，其特征在于，该系统还包括：
电动调节阀，设于连接所述供水管与回水管的第一旁通管上，用于调节系统回水流入锅炉出水的混合比例；
补偿控制装置，根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值，与供暖温度测量值进行比较，并根据比较结果控制所述电动调节阀的开度，直至所述供暖温度测量值达到所述供暖温度参考值；
辅循环水泵，设于所述第一旁通管与锅炉之间连接所述供水管与回水管的第二旁通管上，用于将锅炉出水加压并与系统回水混合后进入所述锅炉；
进水控制装置，根据锅炉的进水温度及流量测量值控制所述辅循环水泵的工作频率，使所述进水温度/流量测量值分别大于锅炉的进水温度/流量最小需求值。
2.如权利要求1所述的锅炉供热气候补偿系统，其特征在于，所述补偿控制装置进一步包括：
气象参数单元，用于获取室外的气象参数；
补偿计算单元，利用供暖温度随室外气象参数变化的气候补偿曲线，根据获取的所述室外气象参数计算得到供暖温度参考值；
温度测量单元，设于锅炉出水与系统回水经所述第一旁通管混合后的供水管上，用于获取系统的供水温度测量值；和/或，设于所述主循环水泵进水前的回水管上，用于获取系统的回水温度测量值；
温度比较单元，根据比较判断所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值是否大于所述供暖温度参考值，如果是则加大所述电动调节阀的开度，否则减小所述电动调节阀的开度，直至所述供水/回水温度测量值或所述平均值与供暖温度参考值一致。
3.如权利要求1所述的锅炉供热气候补偿系统，其特征在于，所述进水控制装置进一步包括：
变频单元，与所述辅循环水泵连接，用于控制所述辅循环水泵的变频运行；
进水温度测量单元及进水流量测量单元，设于所述锅炉的进水口处，分别用于获取所述锅炉的进水温度测量值及进水流量测量值；
参数比较单元，判断所述进水温度测量值是否小于锅炉的进水温度最小需求值，或进水流量测量值是否小于锅炉的进水流量最小需求值，如果是则控制所述变频单元加大所述辅循环水泵的运行频率，直至所述进水温度测量值满足进水温度最小需求值且进水流量测量值满足进水流量最小需求值。
4.如权利要求1～3任一项所述的锅炉供热气候补偿系统，其特征在于，所述电动调节阀为安装在所述第一旁通管上的电动二通调节阀，或为安装在所述供水管和/或回水管与第一旁通管接头处的电动三通调节阀。
5.如权利要求1所述锅炉供热气候补偿系统，其特征在于，还包括设于所述第一旁通管任意一侧的第三旁通管；并在所述第三旁通管上设置调节性阀门，用于当所述第一旁通管上的电动调节阀出现问题或调节能力不足时起辅助调节作用。
6.如权利要求1～3、5任一项所述的锅炉供热气候补偿系统，其特征在于，该系统还包括：
主循环泵变频控制装置，根据获取的系统供、回水压差调整所述主循环水泵的运行频率。
7.一种锅炉供热气候补偿的实现方法，其特征在于，包括：
根据获取的室外气象参数计算得到供暖温度参考值；
通过测量获取供暖温度测量值，并将所述供暖温度测量值与供暖温度参考值进行比较，并根据比较结果调节系统回水流入锅炉出水的混合比例，直至所述供暖温度测量值达到所述供暖温度参考值；对锅炉的进水温度及流量进行测量，将进水温度/流量测量值与锅炉的进水温度/流量最小需求值进行比较，并根据比较结果调节锅炉出水流入系统回水的混合比例，使所述进水温度测量值满足进水温度最小需求值且进水流量测量值满足进水流量最小需求值；其中，所述根据比较结果调节系统回水流入锅炉出水的混合比例具体包括：在连接供水管与回水管的第一旁通管上设置电动调节阀；通过测量获取供水温度测量值和/或回水温度测量值；判断所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值是否大于供暖温度参考值，如果是则加大所述电动调节阀的开度，否则减小所述电动调节阀的开度，直至所述供水/回水温度测量值或供、回水温度测量值的平均值与供暖温度参考值一致；所述根据比较结果调节锅炉出水流入系统回水的混合比例具体包括：在所述第一旁通管与锅炉之间连接供水管与回水管的第二旁通管上设置辅循环水泵；判断所述进水温度/流量测量值是否小于锅炉的进水温度/流量最小需求值，如果是则加大所述辅循环水泵的运行频率，直至所述进水温度/流量测量值均超过所述进水温度/流量最小需求值。
8.如权利要求7所述锅炉供热气候补偿的实现方法，其特征在于，还包括：
对系统的主循环水泵进行变频控制，通过调整主循环水泵的运行频率使系统的供水压力、回水压力或供、回水压差维持在预设值或预设范围内。
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