CN102788383B - 一种模块式智能换热机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模块式智能换热机组，所述机组包括循环泵、室外温度传感器、测水温的温度传感器及压力传感器、电动调节阀、球阀、安全阀、橡胶接头、补水泵、排污管以及智能机组壳体，该智能换热机组还包括全焊接板管式换热器、机组控制柜以及智能水处理装置。该发明的模块式智能换热机组完成了新一代具有“物联网”、“云计算”、“移动互联网”功能，实现了现代化热力站“智能、高效、节能”运行的模式，为今后热力站的建设和运营方式，指出了一条更合理、更科学的方法。
Description
技术领域：
本申请涉及换热系统领域，特别是一种模块式智能换热机组。
背景技术：
换热机组主要由换热器、循环水泵、补水泵、除污器等组成，换热机组可以用作提供给各建筑物的供热、通风、空调、生产及生活等热(冷)负荷所需要的热量(冷量)的设备。换热机组通常设置在换热站中。
在换热机组中换热器是重要的设备，换热器一次侧指热量或冷量的提供侧，二次侧指热量或冷量的接受侧。根据一次侧加热介质种类不同，换热器可分为以蒸汽为热媒的汽-水换热器和以高温热水为热媒的水-水换热器；根据相变方式不同，换热器可分为冷凝器和蒸发器；根据换热方式不同，换热器可分为表面式换热器，混合式换热器；根据样式及构造特点不同，表面式换热器可分为管壳式换热器和板式换热器。
传统的换热机组是以传统的管壳式换热器或者板式换热器为核心集成的换热机组；如专利号为ZL200620019865.3的实用新型专利中，采用的是一般的板式换热器。传统的机组存在选型与设计周期长，设备与设备之间，设备与管线之间的距离很难把握，经常出现空间不足，或者因为设备过于分散导致的空间利用不合理的情况出现。大大影响了热力站的整体感观，并且不利于设备的就地操作、监测和运营维护。
本发明中的模块式智能换热机组是全焊接板管式换热器为核心而设计的，其中全焊接板管式换热器中介质的热交换是通过板束来实现的，组成板束的板片由专用模具压制成型。其结构形式类似普通的板式换热器，但由于板束及压紧板全部采用了焊接结构，具有传热效率高，换热量大，流体压降小，散热损失小等优点。
发明内容：
本发明为了提高换热效率、减少核心设备的污染和噪音，以及解决设备分散导致的占地不合理，设备不能就地进行操作、监测和运营维护等问题，设计了一种新型的模块式智能换热机组，具有“物联网”、“云计算”、“移动互联网”功能，实现了现代化热力站“智能、高效、节能”运行的模式。
本发明所采用的技术方案是提供一种模块式智能换热机组，所述机组包括循环泵、室外温度传感器、测水温的温度传感器及压力传感器、电动调节阀、球阀、安全阀、橡胶接头、补水泵、排污管以及智能机组壳体，该智能换热机组还包括高效传热系统以及机组控制柜，所述高效传热系统换热效率高，最小温差可达到1度。
进一步地，所述高效传热系统是全焊接板管式换热器。
进一步地，所述模块式智能换热机组还包括智能水处理装置。
进一步地，所述智能水处理装置包括YZ型立式扩容除污器以及加药器。
进一步地，所述加药器为微电脑时控加药器，其中加有YZ型防腐阻垢剂，加药器内的药物会根据系统设定时间自动加入到循环介质中。
进一步地，所述机组控制柜包括可编程逻辑控制器(PLC)，变频器以及显示屏；所述PLC包括采集模块、运行控制模块、安全连锁保护及报警模块、室外温度补偿模块及通信模块；其中采集模块用于采集热力站一次总供、回水系统中由温度传感器获得一次水供、回水温度和热力站二次总供、回水系统中二次水供、回水温度；由压力传感器获得的一次水供、回水压力和二次水供、回水压力；各水泵运行状态及连续运行时间统计、补水箱的液位连续量监测；运行控制模块用于循环泵、补水泵、变频器、泄压阀等元件的控制；所述安全连锁保护及报警模块可实现对机组的各种连锁保护及报警，发出故障声光报警信号；所述室外温度补偿模块根据当地的气候条件以及供暖对象的特性，给出一条具有7个拐点以上的室外温度与二次供水温度之间的对应曲线；并根据室外温度值与温度曲线自动确定二次侧供水的温度设定值，经过PID运算自动调节温度调节阀的开度，使二次侧实际供水温度与其设定值保持相同,满足供热要求；所述通信模块不仅可与上位机实现通信，还可实现短信通知功能。
进一步地，所述智能机组壳体上设置6个口：一次水进口、出口；二次水进口、出口；排污口；所述机组控制柜上的显示屏设置在该壳体上。
本发明的有益效果是：1)快捷选型、安装方便、占地面积小、通用性强、运行可靠；2)设备互换性强、整体拓展性强、免维护；3)、无人值守，全程预置系统控制，并且支持多种通讯方式(远程移动监控管理、上位机管理免维护，采用智能加药系统，将二次水系统全部进行处理；4)换热效率高，最小温差可达到1度，承压能力强，应用领域范围在温度≤500℃，压力≤4.0Mpa的工况条件下安全平稳运行；5)采用电控设备，换热功率可调。
附图说明：
图1是本发明中全焊接板壳式换热器内部原理图；
图2是本发明中的模块式智能换热机组结构图；
图3是本发明中的模块式智能换热机组壳体的机构示意图。
具体实施方式：
参见附图1，为全焊接板壳式换热器内部原理图，其t1＝10℃，表示进口温度，t2＝69℃，表示出口温度，T1＝60℃～70℃表示一次供水的温度，T2＝40℃～50℃表示一次回水的温度，其中的全焊接板管式换热器属于高效传热系统，换热效率高，最小温差可达到1度，承压能力强，应用领域范围广，可在温度≤500℃，压力≤4.0Mpa的工况条件下安全平稳运行可免拆卸、免维护稳定运行10～15年。其中介质的热交换是通过板束来实现的，组成板束的板片由专用模具压制成型；其结构形式类似普通板式换热器，具有传热效率高，换热量大，流体压降小，散热损失小等优点。用一套模具可压制不同长度的板片，组成不同规格板束，形成宽度产品系列。规格型号多，选择余地大，能更好的满足工况需求。全焊接板式换热器可在温度≤500℃，压力≤4.0Mpa的工况条件下安全平稳运行，占地面积小，安装方便，运行可靠。设计压力为：1.0Mpa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，选型时以实际工作压力放大一级为准。
参见附图2，为本发明中的模块式智能换热机组，该模块式智能换热机组模块式智能换热机组以“全焊接板管式换热器”为核心技术，整合了智能水处理设备、智能电气控制设备及智能运行监控设备。具体包括全焊接板管式换热器1，机组控制柜2，循环泵3，室外温度传感器4和温度传感器5(测水温)及压力传感器6，电动调节阀7，球阀8，安全阀9，橡胶接头10，补水泵11，立式扩容除污器12，加药器13和排污管14以及智能机组壳体15。
其中全焊接板管式换热器1采用非对称流道全焊接板式换热器，介质流程可进行多程换热，换热效率高，最低温差可达到1℃，并且结构紧凑可缩小机组的占地面积；另外全焊接板式换热器不易堵塞，抗压能力高，耐高温，可在温度≤500℃，压力≤4.0Mpa的工况条件下安全平稳运行，从而适合在各种工况条件下使用，根据客户需求，板片可选择：304、316L、254Mo、钛板、铜质合金等多种材料。机组控制柜2包括可编程逻辑控制器(PLC)，变频器以及显示屏。
参见附图3，智能机组壳体15上设置6个口，分别是：一次水进口，出口；二次水进口，出口；排污口；机组控制柜2上的10寸显示屏设置在该壳体上。
其中PLC包括以下模块：
1)采集模块：用于采集热力站一次总供、回水系统中由温度传感器5获得一次水供、回水温度；由压力传感器6获得的一次水供、回水压力；热力站二次总供、回水系统中二次水供、回水温度；二次水供、回水压力；各水泵运行状态及连续运行时间统计、补水箱的液位连续量监测。
2)运行控制模块：用于循环泵、补水泵、变频器、泄压阀等元件的控制：
循环泵有手动、自动控制功能，自动时控制模块根据二次侧供、回水压差(或温差)设定值自动控制循环泵运行；并且压差的设定是可以通过就地和远程进行修改的。在PLC、变频器故障或其它情况下，循环泵可以进行手动启动，手动时在触摸屏上启停循环泵。
变频器的控制能够进行手动自动无扰动切换，手动设置频率的给定是可以通过就地和远程进行修改的；若变频器发生故障或报警，控制模块将循环泵自动切换至工频运行。
所述控制模块通过二次回水压力来控制补水泵的启停以及变频的频率。补水泵有手动、自动控制功能，手动时人工启、停补水泵，自动时由自动时由PLC根据二次侧回水压力设定值(可就地和远程修改)与实际值经过PID运算自动控制补水泵的运行。为了避免补水泵变频长时间在低频下运转(此时已经不能补水)，可设定一个最低频率，当控制器的输出低于这个频率时，停补水泵，为了避免补水泵在这个频率下频繁启、停，可增加一个死区(可修改)。这个最低限是可以通过就地和远程进行修改的。若变频器发生故障或报警，控制模块将补水泵自动切换至工频运行。
所述控制模块还根据泄压保护值自动开停泄压阀，且在设定值处设一回差，避免泄压阀频繁动作，保护值、回差设定值可就地和远程修改。
所述控制模块还可以保证不间断供热。如果相关传感器故障、控制模块经判断后自动切换到开环模式，会给出适度转速控制循环泵与补水泵，保证系统正常供热；如果相关变频器故障、控制模块经判断后自动切换到工频模式，保证系统正常供热；如果是系统电源短时间断电后又来电，控制模块会经自检正常后自动恢复到正常工作状态，无需人员参与。
3)安全连锁保护及报警模块：可实现对机组的各种连锁保护及报警，发出故障声光报警信号。其中连锁保护包括高压、低压、高温、变频、电机故障的停机保护、机组的断电的重新自动启动。例如系统失电，调节阀自动关闭，同时向上位机报警；二次侧回水压力过低，关闭一次网阀门，同时向上位机报警；泄压阀动作时，补水泵禁止启动，同时向上位机报警；当二次侧供水压力超高时，关闭一次网阀门，停止补水泵，同时向上位机报警；当二次侧供水温度超高时，关闭一次网阀门，同时向上位机报警，当循环泵出现故障时，关闭一次网阀门，同时向上位机报警；水箱液位若超出低限报警设定值，系统及时发出声光报警信号，同时向上位机报警。
4)室外温度补偿模块：该模块根据当地的气候条件以及供暖对象的特性，给出一条具有7个拐点(或以上)的室外温度与二次供水温度之间的对应曲线；并根据室外温度值与温度曲线自动确定二次侧供水的温度设定值，经过PID运算自动调节温度调节阀的开度，使二次侧实际供水温度与其设定值保持相同,满足供热要求。
5)通信模块：该模块通过各种上位机监控接口，标配MODEBUS总线接口，可选TCP\IP以太网接口、PROFIBUS、GPRS接口等，不仅可与上位机实现通信，还可实现短信通知功能，只要有手机信号，系统可以第一时间将故障情况以中文短信方式通知维护人员，告知故障现象以及时处理。例如当系统二网供水压力超高时，系统回向维修人员发出短信-某换热站压力超高。
该机组控制柜的显示屏采用不低于7”彩屏中文显示一次侧、两次侧主要参数，触摸屏画面有主监控画面，实时数据画面、历史数据画面、参数设置画面、报警画面等，可以显示的参数有：室外温度；一、二次侧供、回水压力、温度值；电动调节阀的状态与开度(可手动设定开度)；供水温度曲线设定值与平移值(可修改)；二次侧供回水压力值、压差设定值(可任意修改)；二次侧补水压力设定值(可任意修改)；泄压阀的状态与泄压设定值(可修改)；水箱当前液位及报警设定值(可修改)；变频器的状态与运行频率(可手动设定频率值)；循环水泵与补水泵的工作状态等。
由于本申请的核心部件是全焊接板管式换热器，与以往的换热器不同，在水循环中产生的污垢不能通过拆卸清除，因此该模块式智能换热机组还包括智能水处理系统，其中包括YZ型立式扩容除污器以及微电脑时控加药系统；其中加药器采用微电脑时控加药系统，微电脑时控加药系统采用的是化学方法将热力站内水系统和二次水系统进行全面处理，并可除净整个水系统的老垢、老锈和生物黏泥。拥有11项功能和作用，内含“三道防腐线”和“四道节能线”。节能20％～50％，节水1倍以上。微电脑时控加药系统中加有YZ型防腐阻垢剂，加药器内的药物会根据系统设定时间自动加入到循环介质中，从而达到达到水处理的效果及机组免维护功能。
目前设计院设计的除污器和各单位已使用的除污器一般都是直通过滤式、Y字型、旋流式、角式，这些除污器都不适用于供热采暖水系统，其中使用最多的直通过滤式和Y字型除污器只在投运初期能截留建筑垃圾，以后根本起不到除污作用，根本不能净化水系统。要想使供热采暖系统良性循环，就必须在一次网、二次网安装立式扩容除污器，此类除污器运行中没有阻力，基本上不消耗水系统的动能。造价低，投资少。这是供热采暖水系统走上良性循环的最主要环节。
YZ型立式扩容除污器既能截留建筑垃圾又能沉淀污物，在闭合系统中，水每循环一圈，就能沉淀出一定的污物，立式扩容除污器截面积较其它各种除污器，水与除污器的接触面积更大。截留的污物相对更多。而且YZ型立式扩容除污器能使水的运行流速从1～3米/秒降至0.1～0.2米/秒。更有利于污物的沉淀和过滤，污物通过排污管14排出。
而YZ-101除污阻垢剂能在运行状态下半个月除净整个水系统的老垢、老锈和生物黏泥。一个月内除净老垢、老锈，这点节能20％；拥有优异的防人为失水功能；可除掉水系统中的垢、锈、使水系统的运行阻力减少，水力平衡得到改善，整个管网恢复到运行初期水平，节能幅度在5～15％；由于除掉了水系统中的垢、锈，使金属导热效果好，锅炉钢板不过烧，使炉膛内少结灰垢，从而达到节能(5～10％)。
机组的保温材料为天然黑色橡塑，做好保温后外观整洁大方，且耐150℃高温。
将上述所有设备合理布局后，安装在一个统一的基础上，基础外围用金属壳体构成的智能机组壳体15进行整体包围。壳体15采用专用喷塑镀锌板，防水防尘等级达到IP55，可直接放置在室外，减少占地面积的占用，并减少核心设备的污染和噪音；消除了因设备过于分散导致的占地面积不合理，以及不利于设备的就地操作、监测和运营维护的因素。
该发明具有以下优点：1)快捷选型、安装方便、占地面积小、通用性强、运行可靠；2)设备互换性强、整体拓展性强、免维护；3)、无人值守，全程预置系统控制，并且支持多种通讯方式(远程移动监控管理、上位机管理免维护，采用智能加药系统，将二次水系统全部进行处理；4)换热效率高，最小温差可达到1度，承压能力强，应用领域范围在温度≤500℃，压力≤4.0Mpa的工况条件下安全平稳运行；5)采用电控设备，换热功率可调。
综上所述，该发明采用智能控制(运行监控)系统，实现了全自动无人值守、现场人机界面可以监控机组运行状态并显示相关参数，实现透明化管理；具有多种循环泵控制方式及故障智能过渡处理，可以保证不间断供热；并有全程预置系统控制，并且支持多种通讯方式(远程移动监控管理、上位机管理)人机界面(10寸触摸屏)全中文对话，标配MODEBUS总线接口，可选TCP\IP以太网接口、PROFIBUS、GPRS接口等，具有远程监管功能。还有完善的机组保护功能；因此该发明的模块式智能换热机组完成了新一代具有“物联网”、“云计算”、“移动互联网”功能，实现了现代化热力站“智能、高效、节能”运行的模式，为今后热力站的建设和运营方式，指出了一条更合理、更科学的方法。
Claims (4)
1.一种模块式智能换热机组，所述智能换热机组包括循环泵(3)、室外温度传感器(4)、测水温的温度传感器(5)及压力传感器(6)、电动调节阀(7)、球阀(8)、安全阀(9)、橡胶接头(10)、补水泵(11)、排污管(14)以及智能机组壳体(15)，其特征在于，该智能换热机组还包括高效传热系统以及机组控制柜(2)，所述高效传热系统换热效率高，最小温差可达到1度；所述智能换热机组还包括智能水处理系统，所述智能水处理系统包括YZ型立式扩容除污器(12)以及加药系统(13)；所述加药系统为微电脑时控加药器，其中加有YZ型防腐阻垢剂，加药器内的药物会根据系统设定时间自动加入到循环介质中；所述智能换热机组可在温度≤500℃，压力≤7.0Mpa的工况条件下安全平稳运行；
所述智能换热机组控制柜(2)包括可编程逻辑控制器(PLC)，变频器以及显示屏；
所述PLC包括采集模块、运行控制模块、安全连锁保护及报警模块、室外温度补偿模块及通信模块；其中采集模块用于采集热力站一次总供、回水系统中由温度传感器(5)获得一次水供、回水温度和热力站二次总供、回水系统中二次水供、回水温度；采集由压力传感器(6)获得的一次水供、回水压力和二次水供、回水压力；各水泵运行状态及连续运行时间统计、补水箱的液位连续量监测；
所述运行控制模块用于循环泵、补水泵、变频器、泄压阀元件的控制；所述安全连锁保护及报警模块可实现对机组的各种连锁保护及报警，发出故障声光报警信号；所述室外温度补偿模块根据当地的气候条件以及供暖对象的特性，给出一条具有7个拐点以上的室外温度与二次供水温度之间的对应曲线；并根据室外温度值与温度曲线自动确定二次侧供水的温度设定值，经过PID运算自动调节温度调节阀的开度，使二次侧实际供水温度与其设定值保持相同,满足供热要求。
2.如权利要求1所述的智能换热机组，其特征在于，所述高效传热系统是全焊接板管式换热器(1)。
3.如权利要求1所述的智能换热机组，其特征在于，所述通信模块不仅可与上位机实现通信，还可实现短信通知功能。
4.如权利要求1所述的智能换热机组，其特征在于，所述智能机组壳体(15)上设置6个口：一次水进口、出口；二次水进口、出口；排污口；所述机组控制柜(2)上的显示屏设置在该壳体上。
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