CN105247295A - 级联锅炉系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种级联锅炉系统的控制方法，包括以下步骤：步骤a，在初始运转状态下运转设定数量的所述锅炉；步骤b，检测所述水力分离器的所述一次侧的供应水温度以及回水温度、所述二次侧的供应水温度以及回水温度，并利用检测出的温度而计算所述水力分离器中补偿的流量；步骤c，当以维持所述初始运转状态使所述二次侧的供应水温度处于目标温度和设定范围以内时，计算作为能够维持所述二次侧的供应水温度的所述一次侧的供应水温度的设定温度；步骤d，计算能够维持被计算出的所述设定温度的所述锅炉的数量，并根据该数量而控制锅炉的运转。

Description

级联锅炉系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种级联锅炉系统的控制方法，尤其涉及一种利用温度传感器而可以与锅炉侧和负载侧的流量之差无关地执行精确的供暖控制的级联锅炉系统的控制方法。
背景技术
通常，级联锅炉系统通过并联连接多台锅炉以具有中/大型锅炉的容量。虽然相比使用一台大中型锅炉，其控制方式更难，但是具有能够根据情况控制供暖的优点，并具有能够根据需要扩大供暖容量的优点。
级联系统通常采用多台锅炉并联连接的锅炉侧与作为室内配管部的负载侧之间设有水力分离器的构造。这是为了防止如下的供暖水供应流量不足现象：当根据情况而只运转多个锅炉中的一部分锅炉时，锅炉侧的流量小于负载侧的必要流量。
所述水力分离器起到如下作用：在从锅炉侧供应到负载侧的供暖水流量小的情况下，将从负载侧回流到锅炉侧的回水混合到供暖水，并补充供暖水供应流量。
这种水力分离器的构造和作用在韩国授权专利第10-1172215号(级联系统及其控制方法以及构成此的供暖专用锅炉，2012年8月1日授权，参考图1至图3)中得到详细的记载，使用该现有水力分离器时的控制方法及该控制方法的问题如下。
图1为用于说明现有的级联锅炉系统的控制方法的系统构成图。
参考图1，现有的级联锅炉系统包括：一次侧10，多台锅炉11、12、13、14、15并联连接；二次侧20，具有负载21、22；水力分离器30，用于使所述一次侧10与二次侧20相互连接，并补偿供应流量。
上述构造中，供暖温度以二次侧的供应水温度T3为基准，并且在一次侧10中三台锅炉13、14、15运转，并将各个锅炉13、14、15所配备的泵的流量之和作为一次侧10的流量F1而提供。
此时，如果一次侧10的流量F1与二次侧20的流量F2相同，则可以执行正常操作，但是如果一次侧10的流量F1小于二次侧20的流量F2，则所述水力分离器30中在一次侧10的供应流量F1上加上从所述二次侧20回水到一次侧10的流量的一部分(即，水力分离器30的补充流量F3)，从而成为二次侧20的流量F2。
此时，二次侧20的流量F2为被一次侧10的锅炉13、14、15所加热的供应水与经过所述二次侧20的负载21、22并降温的作为回水的补充流量F3的叠加，所以二次侧20的供应水温度T3成为低于目标温度Tt的温度。
在这样的状态下，如果是正常的情况，则需要运转当前并不运转的锅炉11、12，并且在运转锅炉12的状态下，再次重复上述判断供应流量的过程，从而判断所述二次侧20的供应水温度T3是否与设定温度Tt相同。通过反复上述判断过程，调节二次侧20的供应水温度T3以控制为最大程度地接近目标温度Tt，但是因为需要过多的时间，可能引起消费者的不满，并且存在降低消费者对装置的信赖度的问题。
并且，由于一次侧10中回水温度T2与供应水温度T1之间的温度差较大，所以在运转锅炉12的状态下，可能产生二次侧20的供应水温度T3高于设定温度Tt等控制方面的难题。
为了解决上述问题，可以使用在外部附加泵而提高锅炉11～15本身的循环流量的方法，但是可能导致级联锅炉系统的成本上升以及维修费用高的问题。
并且，以往通过检测各个位置处的流量而控制锅炉，因此需要包括流量计40，于是存在级联锅炉系统的成本上升的问题。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不使用流量计或者外置泵也可以使供暖供应水的温度在短时间内达到设定温度的级联锅炉系统的控制方法。
并且，本发明的目的在于提供一种不使用价格相对高的流量计也可以利用温度传感器计算出控制所需的流量而可以减少成本的级联锅炉系统的控制方法。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的一种级联锅炉系统的控制方法，用于对级联锅炉系统进行控制，该对级联锅炉系统包括：一次侧，包括多台锅炉；二次侧，包括负载；水力分离器，配备于所述一次侧与二次侧之间，用于补偿流量；其中，所述控制方法包括以下步骤：步骤a，在初始运转状态下运转设定数量的所述锅炉；步骤b，检测所述水力分离器的所述一次侧的供应水温度以及回水温度、所述二次侧的供应水温度以及回水温度，并利用检测出的温度而计算所述水力分离器中补偿的流量；步骤c，当以维持所述初始运转状态使所述二次侧的供应水温度处于目标温度和设定范围以内时，计算作为能够维持所述二次侧的供应水温度的所述一次侧的供应水温度的设定温度；步骤d，计算能够维持被计算出的所述设定温度的所述锅炉的数量，并根据该数量而控制锅炉的运转。
有益效果
根据本发明的级联锅炉系统的控制方法，在运转初期使包含于系统中的所有锅炉运转，从而更快地达到设定温度，从而具有可以提高消费者的满意度的效果。
并且，检测出水力分离器的流入口和流出口的温度，并利用检测出的温度而计算流量，从而与使用流量计的现有系统相比具有可减少成本的效果。
另外，本发明计算出用于维持设定温度的锅炉的运转台数，并根据计算结果而控制锅炉的运转，从而具有能够使锅炉的运转数量符合最优运转所需水平的效果。
附图说明
图1为用于说明现有的级联锅炉系统的控制方法的系统构造图。
图2为根据本发明的优选实施例的级联锅炉系统的控制顺序图。
图3至图5分别为用于说明本发明的控制条件的示出流量和温度关系的说明图。
符号说明
1：第一温度传感器2：第二温度传感器
3：第三温度传感器4：第四温度传感器
10：一次侧11、12、13、14、15：锅炉
20：二次侧21、22：负载
30：水力分离器
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的级联锅炉系统的控制方法进行说明。
图2为根据本发明的优选实施例的级联锅炉系统的控制方法的顺序图，图3至图5分别为用于说明本发明的控制条件的示出流量和温度关系的说明图。
分别参考图2至图5，根据本发明的优选实施例的级联锅炉系统的控制方法包括以下步骤：步骤S10，作为初始操作而使多台锅炉11～15中的设定数量的锅炉以设定的温度运转；步骤S20，利用检测水力分离器30的流入口以及流出口的温度的第一至第四温度传感器1、2、3、4所检测的温度，计算作为二次侧20流量F2与一次侧10流量F1之差的水力分离器30的流量F3；步骤S30，判断二次侧20的供应水温度T3是否接近目标温度TT，如果没有接近则回到所述步骤S10；步骤S40，如果所述步骤S30的判断结果为二次侧供应水温度T3接近目标温度TT，则计算作为能够维持所述二次侧20供应水温度T3的新的供应水温度的一次侧10的设定温度T1n；步骤S50，计算用于维持作为计算出的一次侧10供应水温度的设定温度T1n的锅炉的数量；步骤S60，根据所述步骤S50中计算出的锅炉的数量而运转对应数量那么多的锅炉；步骤S70，判断是否发生了对应于运转条件的变更的事件；步骤S80，如果发生了事件，则根据发生的事件的条件而改变锅炉的运转条件；步骤S90，确认用户是否改变了运转设定，并且如果改变则回到所述步骤S20。
以下，对上述构成的根据本发明的优选实施例的级联锅炉系统的控制方法的具体构成和作用进行详细说明。
首先，S10步骤与初始运转状态有关，并且使多台锅炉11～15中被设定为在初始阶段进行操作的数量的锅炉以设定温度运转。
消费者希望供暖在最短的时间内达到目标温度，所以优选地在S10步骤中使所有配备于级联锅炉系统的一次侧10的锅炉11～15分别以最大温度运转。这种初始运转状态可以根据现场状况或者消费者的需求而改变。
然后，在S20步骤中，利用所述第一至第四温度传感器1、2、3、4中检测到的温度T1、T2、T3、T4而计算水力分离器30的补充流量F3。
此时，对于水力分离器30的补充流量F3的计算而言，通过比较第一温度传感器1检测的一次侧10的供应水的温度T1与第三温度传感器3检测的二次侧20的供应水温度T3，可以判断水力分离器30的补充流量F3的方向性以及一次侧10的流量F1和二次侧20的流量F2。
参考图4，如果由第一温度传感器1检测的一次侧10的供应水温度T1与由第三温度传感器3检测的二次侧20的供应水温度T3相同，则可以知道一次侧10的流量F1与二次侧20的流量F2相同，或者一次侧10的流量F1大于二次侧20的流量F2，并且此时一次侧10的流量F1表现为二次侧20的流量F2与水力分离器30的流量F3之和。
下文中的数学式1可在如图4所示地一次侧10的流量F1大于二次侧20的流量F2时用于计算所述水力分离器30的流量F3。但是，在这样一次侧10的流量F1更大的情况下，由于一次侧10的供应水温度T1与二次侧20的供应水温度T3相同，所以不难控制。
<数学式1>
F3＝(F2×(T2-T4))÷(T1-T2)
参考图5，与所述图4的情况相反，如果由第一温度传感器1检测的一次侧10的供应水温度T1大于由第三温度传感器3检测的二次侧20的供应水温度T3，则可以知道二次侧20的流量F2大于一次侧10的流量F1。
这是因为在作为一次侧10的供应水温度T1的流量F1上加上由第四温度传感器4检测的作为二次侧20的回水温度T4的预定的流量F3而成为二次侧20的供应水温度T3和流量F2。所述二次侧20的回水温度T4比所述各个供应水温度T1、T3更低，在其二次侧20回水流入到所述水力分离器30后，与一次侧10供应水的流量F1叠加，从而形成温度更低的二次侧20的供应水温度T3。
在所述图5的情况下，所述水力分离器30的流量F3可以通过如下的数学式2计算：
<数学式2>
F3＝(F1×(T1-T3))÷(T3-T4)
如所述数学式2，所述水力分离器30的流量F3为如下的值：将一次侧10的供应水温度T1与二次侧20的供应水温度T2之差，除以二次侧20的供应水温度T3与回水温度T4之差，并在其结果乘以一次侧的流量F1。此时，一次侧的流量F1等于目前操作中的各个锅炉11～15的泵容量之和，于是可以计算出水力分离器30的流量F3。
如上文所述，在如图4所示地一次侧10的流量更大的情况下，可以无困难地控制级联锅炉系统，但是如图5所示，在一次侧10的流量F1小于二次侧20的流量F2的情况下，发生一次侧10的供应水温度T1与二次侧20的供应水温度T2之间的差异，所以存在难以控制的问题。
这样的水力分离器30的流量F3被周期性地计算，在下文即将说明的过程中使用最近计算的流量F3。
然后，在S30步骤中，判断所述二次侧20的供应水温度T3是否接近目标温度Tt。此时，所谓的“接近”是根据系统设定的说法，可以根据需要而设定为供应水温度T3与目标温度Tt之差的范围在±1℃等。当然，所谓的“接近”包括二次侧的供应水温度T3与目标温度Tt相同的情形。其中，目标温度Tt为消费者设定的供暖温度。
在无法缩小到上述范围的情况下，维持所述步骤S10的运转状态，并在判断为接近的情况下，调节为并不是当前的一次侧10供应水温度T1的作为新的供应水温度的设定温度T1n，于是存在以能够使所述二次侧20供应水温度T3维持目标温度Tt的程度运转的锅炉11～15的数量调节需要。
然后，在S40步骤中，计算作为新的一次侧10的供应水温度T1的设定温度T1n。
此时，设定温度T1n可以利用最近计算的所述水力分离器30的流量F3并通过如下的数学式3算出：
<数学式3>
T1n＝T3+((F3÷F1)×(T3-T4))
所述设定温度T1n为一次侧10的新的供应水温度，并通过在一次侧10的流量F1上加上水力分离器30的流量F3而确定二次侧20的流量F2。此时，加到所述水力分离器30的供应水的温度与二次侧20的回水温度T4相同。从而，计算出水力分离器30的流量F3相对一次侧10的流量F1之比，并在其结果中乘以二次侧20的供应水温度T3与回水温度T4之差，并将其结果相加于二次侧20的供应水温度T3而计算出来。
然后，在S50步骤中，根据计算出的所述设定温度T1n而计算要运转的锅炉11～15的数量。所述要运转的锅炉的数量可以通过如下的方式计算：在所述数学式3中，把各台锅炉的流量和要供应该流量的锅炉的个数N代入到一次侧10的流量F1。
即，所述数学式3中，一次侧的流量F1是在对应于每台锅炉的流量上乘以要运转的锅炉的数量N的值。所述对应于每台锅炉的流量为常数，可以利用所述数学式3计算要运转的锅炉的数量N。
然后，在S60步骤中，根据计算出的锅炉的数量N而控制各个锅炉11～15的运转。如果要运转的锅炉的数量N为3，则停止锅炉11、12的运转，并维持锅炉13、14、15的运转状态。
然后，在S70步骤中，确认在维持S60步骤的过程中是否发生关于运转条件的变更的事件。此时，需要考虑的事件中包含有：事件A，即使以目前运转中的锅炉13、14、15的最大容量运转，也达不到所述设定温度T1n；或者事件B，即使锅炉13、14、15以最小容量运转，也超过所述设定温度T1n。
对于所述事件A而言，可以通过额外运转锅炉12而解决，对于事件B而言，则需要停止锅炉13的运转状态。但是，在这样的事件为一次性且维持时间较短的情况下，改变运转状态并非优选的，优选地，在事件A与事件B以设定的次数持续设定时间以上的情况下，改变锅炉的运转状态。
如此，可以防止因温度检测的误差等临时因素而使运转状态改变，从而可以实现更加稳定的运转。
然后，在S80步骤中，根据发生的事件，执行增加或减少运转中的锅炉的数量的控制操作。
然后，在S90步骤中，判断消费者是否改变了目标温度Tt的变更等设定，并且如果设定被改变则再次执行所述S20步骤，而如果没有被改变，则维持现状。
如此，本发明即使不利用高成本的流量计，也可以通过以所述水力分离器30为基准而流入或者流出的供暖水或者回水的温度计算出流量，并控制级联锅炉系统的运转。
并且，可以通过前馈(feedforward)控制方式确定初始运转的锅炉的数量，然后利用反馈(feedback)式校正误差的方式而实现迅捷的控制。
如上文所述，以列举优选实施例而对本发明进行了详细的说明，但是本发明不限于上述实施例，可以在权利要求书和本发明的详细说明以及附图的范围之内，实现多种变形实施，并且该变形实施属于本发明。
产业上的可利用性
根据本发明的级联锅炉系统的控制方法，在运转初期通过运转系统中包含的所有锅炉而快速达到设定温度，因而可以提高用户的满意度，所以具有产业上的可利用性。

Claims (7)

1.一种级联锅炉系统的控制方法，用于对级联锅炉系统进行控制，该对级联锅炉系统包括：
一次侧，包括多台锅炉；
二次侧，包括负载；
水力分离器，配备于所述一次侧与二次侧之间，用于补偿流量；
其中，所述控制方法包括以下步骤：
步骤a，在初始运转状态下运转设定数量的所述锅炉；
步骤b，检测所述水力分离器的所述一次侧的供应水温度以及回水温度、所述二次侧的供应水温度以及回水温度，并利用检测出的温度而计算所述水力分离器中补偿的流量；
步骤c，当以维持所述初始运转状态使所述二次侧的供应水温度处于目标温度和设定范围以内时，计算作为能够维持所述二次侧的供应水温度的所述一次侧的供应水温度的设定温度；
步骤d，计算能够维持被计算出的所述设定温度的所述锅炉的数量，并根据该数量而控制锅炉的运转。
2.如权利要求1所述的级联锅炉系统的控制方法，其特征在于，在执行所述步骤d之后，判断是否发生了改变运转条件的事件，且当所述事件发生时，根据所述事件的种类而调节运转的所述锅炉的数量。
3.如权利要求1或2所述的级联锅炉系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤a中，通过运转多台锅炉的全部而缩短所述二次侧的供应水温度达到所述目标温度的时间。
4.如权利要求1或2所述的级联锅炉系统的控制方法，其特征在于，所述步骤b中计算出的所述水力分离器的补充流量通过如下的数学式1计算：
[数学式1]
F3＝(F2×(T2-T4))÷(T1-T2)
在数学式1中，F3为水力分离器的补充流量，T1为所述一次侧的供应水温度，T3为二次侧的供应水温度，T4为二次侧的回水温度，F1作为一次侧的流量，是作为运转的锅炉的泵容量的总和的常数。
5.如权利要求1或2所述的级联锅炉系统的控制方法，其特征在于，所述步骤c中计算出的所述设定温度通过如下的数学式2计算；
[数学式2]
F3＝(F1×(T1-T3))÷(T3-T4)
在数学式2中，T1n为设定温度，T3为二次侧的供应水温度，F1为一次侧流量，F3为水力分离器的补充流量，T4作为二次侧的回水温度而与所述水力分离器的补充水温度相同。
6.如权利要求5所述的级联锅炉的控制方法，其特征在于，在所述步骤d中，为了维持作为所述一次侧的供应水温度的设定温度而运转的锅炉的数量通过以下方式计算：
在所述数学式2中，将作为常数的一台锅炉的流量与运转的锅炉的数量的乘积代入到所述F1。
7.如权利要求2所述的级联锅炉系统的控制方法，其特征在于，所述事件为：
目前运转中的锅炉的最大热量之和低于所述设定温度；或者
目前运转中的锅炉的最小热量之和高于所述设定温度。
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