CN104456712B - 一种厂区换热站实时供水温度设定方法 - Google Patents

Abstract

一种厂区换热站实时供水温度设定方法，包括：计算厂区的室内温度的参考值；检测当前厂区热用户的回水流量并计算相对流量；实时检测一段时间的室外温度，求得该段时间的稳定室外温度；根据热平衡方程得到换热站的供水温度；得到三个供水温度设定曲线；将三个曲线均值作为供水温度设定的参考值的设定区间；制定供水温度设定规则；设定厂区换热站的供水温度。本发明方法只引入供水温度设定规则，在实际工业中易于实现，可解决现有根据经验的方法给出的设定值过于依赖操作员的经验，而且可根据室外温度的变化区间，在线自动给出供水温度的设定值，通过供水温度的跟踪控制，从而保证厂区热用户的室内温度控制在工艺规定的范围内。

Description

一种厂区换热站实时供水温度设定方法

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种厂区换热站实时供水温度设定方法。

背景技术

当前我国厂区供热系统均处于低效率运行，大量的能源在供热系统中被浪费掉。换热过程主要控制目标为厂区热用户的室内温度，而供水温度决定热用户的室内温度,为了保证厂区热用户的室内温度,供水温度需要根据室外温度的变化进行调整。已有的设定方法存在以下问题：(1)用户单一，扰动较少的生活城市小区可采用气候补偿器,根据室外温度和室内温度的测量值对供水温度进行设定,同时可以进行分时、分区对供水温度进行设定，但实际的工业换热过程，由于热用户复杂(办公室、主控室、厂房及配电室等)，不能取得一个较合适的室内温度作为被控量，而且厂区换热过程存在扰动大、不确定因素的影响，供水温度跟踪存在偏差，因此气候补偿器不适合扰动较大的厂区换热过程；(2)基于模型的设定方法依赖模型精度，高精度模型导致算法复杂，不便于工程实现；(3)工业现场较多采用经验法给出供水温度设定值，其方法过于依赖工程师的经验，对工况的变化不能做出及时的调整。因此，探索一类计算简单易于工业应用的供水温度设定方法具有较大理论和实践意义。

厂区换热过程如图1所示，在供水压力和补水压力稳定的条件下，将回水管路过来的温度较低的回水与热电厂过来的高温蒸汽在汽水板式换热器中进行热量交换，使其达到一定温度的供水由供水管路送至厂区各热用户进行供热。其主要设备包括汽水板式换热器、循环泵、补水泵、蒸汽调节阀门、供水调节阀门及软化水箱等。目前，对于供补水压力和供水温度均实现自动控制：供补水压力采用常规PI控制方法来保证其压力；供水温度采用区间串级控制方式将供水温度实际值跟踪其设定值。但对于供水温度的设定部分仅由操作班长根据经验给出，当室外温度波动范围较大时，没有及时有效的对供水温度设定值进行调整，导致厂区热用户的室内温度偏离工艺规定的目标值范围。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种厂区换热站实时供水温度设定方法。

一种厂区换热站实时供水温度设定方法，包括以下步骤：

步骤1：根据厂区的室内温度的控制区间T_min(k)～T_max(k)，计算厂区的室内温度的参考值T_ref(k)；

步骤2：检测当前厂区热用户的回水流量r(k)，并根据该回水流量和设计的回水流量r′计算相对流量c(k)；

步骤3：实时检测一段时间的室外温度T_out(k)，求得该段时间的稳定室外温度

其中，k为该时间段内所包括的时刻个数，k为定值，n∈k；

步骤4：根据热平衡方程得到换热站的供水温度y(k)；

其中，T(k)为室内温度、y′为设计供水温度、T′_h为设计回水温度、T′为设计室内温度、T′_out为设计室外温度、b为热交换特性参数；

步骤5：将厂区的室内温度参考值作为此时的室内温度，稳定室外温度作为此时的室外温度，得到换热站的供水温度设定值y^*(k)；

T(k)＝T_ref(k)

步骤6：分别取回水流量r(k)为回水流量波动下限值r_l、回水流量设计值r′、回水流量上限值r_h，得到三个供水温度设定曲线

步骤7：取的均值作为供水温度设定的参考值的设定区间，

步骤8：根据厂区换热站实际运行的历史数据，将室外温度划分区间，从而制定室外温度区间与供水温度的对应关系，即供水温度设定规则；

所述厂区换热站实际运行的历史数据包括室内温度、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度；

供水温度设定规则如下：

步骤9：根据供水温度设定规则设定厂区换热站的供水温度。

有益效果：

本发明在基于热平衡方程的基础上，将回水流量作为扰动信号，结合厂区热用户的控制区间和室外温度的变化，得到供水温度设定值，结合数据分析，建立供水温度设定规则，在线给出供水温度的设定值。同时，由于本发明方法不需要建立供水温度设定的机理模型，只引入供水温度设定规则，在实际工业中易于实现，可解决现有根据经验的方法给出的设定值过于依赖操作员的经验，而且可根据室外温度的变化区间，在线自动给出供水温度的设定值，通过供水温度的跟踪控制，从而保证厂区热用户的室内温度控制在工艺规定的范围内。

附图说明

图1是厂区换热过程示意图；

图2是本发明具体实施方式的供水温度设定原理图；

图3是本发明具体实施方式的供水温度随室外温度变化运行曲线图；

图4是本发明具体实施方式的供水温度设定规则曲线图；

图5是本发明具体实施方式的厂区换热站实时供水温度设定方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案和优点更加明晰，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。值得注意的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，但并不限定本发明。

选用酒钢二选矿厂换热站汽水板式换热过程进行应用，并在罗克韦尔控制软件平台上进行实施本发明。该控制系统软件平台包括1套RSLogix5K下位机编程软件、1套RSView32上位机组态软件、1套RSlinx通讯软件、1套RsNetworx网络规划软件以及相应的计算机操作系统组成。供水温度设定方法由下位机编程软件实现，人机界面由上位机组态软件实现。

酒钢二选矿厂换热站设计参数表如下：

表1酒钢二选矿厂换热站设计参数表

本发明的供水温度设定原理如图2所示。

一种厂区换热站实时供水温度设定方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1：根据厂区的室内温度的控制区间T_min(k)～T_max(k)，计算厂区的室内温度的参考值T_ref(k)；

步骤2：检测当前厂区热用户的回水流量r(k)，并根据该回水流量和设计的回水流量r′计算相对流量c(k)；

步骤3：实时检测一段时间的室外温度T_out(k)，求得该段时间的稳定室外温度

其中，k为该时间段内所包括的时刻个数，k为定值，n∈k，n的取值与采样周期(1s)有关，取三分钟的室外温度的均值，n＝180；

步骤4：根据热平衡方程得到换热站的供水温度y(k)；

其中，T(k)为室内温度、y′为设计供水温度、T′_h为设计回水温度、T′为设计室内温度、T′_out为设计室外温度、b为热交换特性参数；

步骤5：将厂区的室内温度参考值作为此时的室内温度(即设计室内温度)，稳定室外温度作为此时的室外温度(即设计室外温度)，得到换热站的供水温度设定值y^*(k)；

T(k)＝T′＝T_ref(k)

步骤6：分别取回水流量r(k)为回水流量波动下限值r_l、回水流量设计值r′、回水流量上限值r_h，得到三个供水温度设定曲线当室外温度T_out由10℃下降至-20℃时的供水温度设定曲线如图3所示。

步骤7：取的均值作为供水温度设定的参考值

步骤8：根据厂区换热站实际运行的历史数据，将室外温度划分区间，如图4所示，从而制定室外温度区间与供水温度的对应关系，即供水温度设定规则；

厂区换热站实际运行的历史数据包括室内温度、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度；

在供暖条件下的室外温度变化范围如下：

制定室外温度区间与供水温度的对应关系见表2；

表2供水温度设定规则

步骤9：根据供水温度设定规则设定厂区换热站的供水温度。

本方法已经成功应用与酒钢二选矿厂的换热过程中，表3给出了本方法与人工经验设定方法的数据对比。

表3发电机转速跟踪性能指标

本方法成功应用在酒钢二选矿厂的换热系统中，应用结果表明，厂区热用户的室内温度满足工艺规定的控制区间。本方法对室外温度变化较大的厂区换热过程具有一定的有效性。

Claims (1)

1.一种厂区换热站实时供水温度设定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤l：根据厂区的室内温度的控制区间T_min(k)～T_max(k)，计算厂区的室内温度的参考值T_ref(k)；

$T_{ref}\left(k\right)=\frac{T_{\min }\left(k\right)+T_{max}\left(k\right)}{2}$

步骤2：检测当前厂区热用户的回水流量r(k)，并根据该回水流量和设计的回水流量r′计算相对流量c(k)；

$c\left(k\right)=\frac{r\left(k\right)}{r^{\′}}$

步骤3：实时检测一段时间的室外温度T_out(k)，求得该段时间的稳定室外温度

${\tilde{T}}_{out}\left(k\right)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_{out}(k-n+i)$

其中，k为该时间段内所包括的时刻个数，k为定值，n∈k；

步骤4：根据热平衡方程得到换热站的供水温度y(k)；

$y\left(k\right)=T\left(k\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{2c\left(k\right)}\left(\frac{T\left(k\right)-T_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{ln(y^{\′}-T^{\′})-ln(T_h^{\′}-T^{\′})}{\left(\frac{T\left(k\right)-T_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)}^{\frac{1}{1+b}}$

其中，T(k)为室内温度、y′为设计供水温度、T′_h为设计回水温度、T′为设计室内温度、T′_out为设计室外温度、b为热交换特性参数；

步骤5：将厂区的室内温度参考值作为此时的室内温度，稳定室外温度作为此时的室外温度，得到换热站的供水温度设定值y^*(k)；

T(k)＝T_ref(k)

$T_{out}\left(k\right)={\tilde{T}}_{out}\left(k\right)$

$y^{*}\left(k\right)=T_{ref}\left(k\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{2c\left(k\right)}\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{\ln (y^{\′}-T^{\′})-\ln (T_h^{\′}-T^{\′})}{\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)}^{\frac{1}{1+b}};$

步骤6：分别取回水流量r(k)为回水流量波动下限值r_l、回水流量设计值r′、回水流量上限值r_h，得到三个供水温度设定曲线

$\left\{\begin{array}{c}r\left(k\right)=r_l\\ r\left(k\right)=r^{\′}\\ r\left(k\right)=r_h\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{y}_l^{*}\left(k\right)=T_{ref}\left(k\right)+\frac{r^{\′}(y^{\′}-T_h^{\′})}{2r_l}\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{\ln (y^{\′}-T^{\′})-\ln \left(T_h^{\′}-T^{\′}\right)}{\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)}^{\frac{1}{1+b}}\\ y_a^{*}\left(k\right)=T_{ref}\left(k\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{2}\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{\ln (y^{\′}-T^{\′})-\ln \left(T_h^{\′}-T^{\′}\right)}{\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)}^{\frac{1}{1+b}}\\ y_h^{*}\left(k\right)=T_{ref}\left(k\right)+\frac{r^{\′}(y^{\′}-T_h^{\′})}{2r_h}\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)+\frac{y^{\′}-T_h^{\′}}{\ln (y^{\′}-T^{\′})-\ln \left(T_h^{\′}-T^{\′}\right)}{\left(\frac{T_{ref}\left(k\right)-{\tilde{T}}_{out}\left(k\right)}{T^{\′}-T_{out}^{\′}}\right)}^{\frac{1}{1+b}}\end{array}\right.$

步骤7：取三者相加后的均值作为供水温度设定的参考值的设定区间，

步骤8：根据厂区换热站实际运行的历史数据，将室外温度划分区间，从而制定室外温度区间与供水温度的对应关系，即供水温度设定规则；

所述厂区换热站实际运行的历史数据包括室内温度、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度；

步骤9：根据供水温度设定规则设定厂区换热站的供水温度。