CN113028492A - 换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法，该装置包括控制模块、换热站进水总管水温传感器、换热器一次出水管水温传感器、换热器一次进水管电动调节阀、换热器二次出水管水温传感器、止回阀、循环泵变频调速器、分水器水温传感器、集水器水温传感器、分集水器压差传感器和换热器二次回水管电磁阀；引入了对数平均温差定量化描述换热器换热能力，在增减换热器时将换热器对数平均温差也作为判据；以电动调节阀开度、循环泵频率、供水温度、压差及这些参数保持的时间作为判据，提供了换热器、循环泵“先串联后并联”与“先并联后串联”两种典型结构换热站的设备运行切换工作方法，可有效提高换热站的供热量调节范围。

Description

换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法
技术领域
本发明涉及区域供热技术，具体涉及一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法。
技术背景
区域供热系统是我国北方城镇地区的主要建筑物供热技术，虽然清洁能源如空气能、地热能、太阳能逐步用于热源产热，但是我国区域供热系统还是以化石燃料为主，会造成较大环境污染和运行能耗。其中，提升区域供热系统的控制水平是提高运行效率、降低能耗的关键技术。在区域供热系统中，换热站是连接热源与建筑物的重要枢纽，通过换热器一次侧高温热水与二次侧低温热水之间的换热，将热量从热源侧转移到建筑物侧。在长达近150天的供热季期间，换热站一直保持着运行状态，换热器和循环泵的控制水平直接影响了整个系统的运行效率。
换热器一次侧电动调节阀的开度影响了进入建筑物的热水温度，换热器二次侧循环泵的频率影响了进入建筑物的热水流量。因此，在对换热站内部设备的控制方面，现有技术大多集中于对换热器一次侧电动调节阀开度和二次侧循环泵频率进行优化控制，以期达到换热站侧供热量与建筑物侧需热量相匹配的目的。然而，换热站内部设备的开启数量往往不是自动调节的，一般凭现场管理者的工程经验来调整：在天气温度较高的供热季初期和末期，开启较少的换热器和循环泵；在天气温度较低的供热季中期，开启较多的换热器和循环泵。这就意味着换热站内部设备的开启数量是阶段性的，导致换热站的供热量调节范围较小。这种手动调节方式不能动态、精准匹配供热量与需热量，当换热器一次侧电动调节阀开度或二次侧循环泵频率达到极端值供水水温和流量仍达不到设定值时，会导致换热站供热量过剩或不足。为了增大换热站侧供热量的调节范围，急需较为先进的换热站内部设备运行数量调节装置和控制方法。
发明内容
针对上述换热站供热量调节范围有待提高的问题，本发明的目的在于提供一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法，该装置包括控制模块、止回阀、水温传感器、电动调节阀、循环泵变频调速器、压差传感器和电磁阀，通过实时检测二次侧供水温度、供回水压差在时间尺度上维持的状态，提供两种典型连接形式换热站的换热器与循环泵运行切换工作方法，以达到扩大换热站供热量调节范围、提高换热站供热量与建筑物需热量匹配度的目的。
为达到上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置，包括控制模块101，控制模块101通过信号线与换热站进水总管水温传感器102、换热器一次出水管水温传感器103、换热器一次进水管电动调节阀104、换热器二次出水管水温传感器105、循环泵变频调速器107、分水器水温传感器108、集水器水温传感器109、分集水器压差传感器110、换热器二次回水管电磁阀111相连；所述换热器二次回水管电磁阀111仅安装于换热器、循环泵“先并联-后串联结构”的换热站中，在换热器、循环泵“先串联-后并联结构”的换热站中无需安装。
一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置，单台换热器的换热能力用对数平均温差
Figure BDA0002977820480000031
来定量化估算，其中，T1为换热站进水总管水温，T2为换热器一次出水管水温，T3为集水器水温，T4为换热器二次出水管水温；在换热器一次进水管电动调节阀104和换热器二次回水管电磁阀111全开时，计算各换热器的对数平均温差。
所述换热站换热器与循环泵运行切换调节装置的工作方法：在换热器、循环泵“先串联-后并联结构”的换热站中，若满足循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP1)的时长超过Δt1，或满足换热器一次进水管电动调节阀104以100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤e(Ts1)的时长超过Δt1，增开一台换热器及其相连的循环泵，其中，ΔPmeasured为实测分集水器压差，ΔPset为设定分集水器压差，e(ΔP1)为压差控制裕量1，Ts,measured为实测分水器水温，Ts,set为设定分水器水温，e(Ts1)为水温控制裕量1，e(ΔP1)范围为5～20kPa，e(Ts1)范围为0.5～3℃，Δt1范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器；若同时满足循环泵设定频率下限值运行且ΔPmeasured-ΔPset>e(ΔP2)、换热器一次进水管电动调节阀104设定开度下限值运行且Ts,measured-Ts,set>e(Ts2)的时长超过Δt2，关闭一台换热器及其相连的循环泵，其中，e(ΔP2)为压差控制裕量2，e(Ts2)为水温控制裕量2，e(ΔP2)范围为8～20kPa，e(Ts2)范围为1.5～4℃，Δt2范围为3～6h；关闭换热器时，优先关闭对数平均温差ΔT最小的换热器。
在换热器、循环泵“先并联-后串联结构”的换热站中，若同时满足循环泵与换热器开启数量比小于2、循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP3)的时长超过Δt3，增开一台循环泵，其中，e(ΔP3)为压差控制裕量3，e(ΔP3)范围为3～15kPa，Δt3范围为0.5～3h；若满足换热器一次进水管电动调节阀104以100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤e(Ts3)的时长超过Δt4，增开一台换热器，其中，e(Ts3)为水温控制裕量3，e(Ts3)范围为0.5～2.5℃，Δt4范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器，同时开启该换热器二次回水管电磁阀111；若同时满足循环泵与换热器开启数量比大于等于2、循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP4)的时长超过Δt5，增开一台循环泵和一台换热器，其中，e(ΔP4)为压差控制裕量4，e(ΔP4)范围为3～15kPa，Δt5范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器，同时开启该换热器二次回水管电磁阀111；若换热器一次进水管电动调节阀104以设定下限值运行且Ts,measured-Ts,set>e(Ts4)的时长超过Δt6，关闭一台换热器，其中，e(Ts4)为水温控制裕量4，e(Ts4)范围为1.5～4℃，Δt5范围为3～6h；关闭换热器时，优先关闭对数平均温差ΔT最小的换热器，同时关闭该换热器二次回水管电磁阀111，避免热水的无效旁通；若循环泵以设定频率下限值运行且ΔPmeasured-ΔPset>e(ΔP5)的时长超过Δt7，关闭一台循环泵，其中，e(ΔP5)为水温控制裕量5，e(ΔP5)范围为3～15kPa，Δt7范围为3～6h。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该装置通过控制模块自动检测水温传感器和压差传感器的信号，并经过控制模块处理、计算后将启停信号发送至电动调节阀、电磁阀、循环泵变频调速器，可以实现换热器、循环泵运行数量的自动增减调节；
2、该装置在循环泵后安装了止回阀，在“先并联-后串联结构”换热站的换热器二次侧进水管安装了电磁阀，可有效避免不投入使用的换热器二次侧流量出现无效旁通现象，提高一二次侧热水的有效换热量；
3、工作方法引入了对数平均温差来定量化估算换热器的换热能力，在开启或关闭换热器时，优先开启换热能力强或关闭换热能力差的换热器，可以提高换热站的整体换热效率，降低循环泵的运行能耗；
4、针对两种连接形式的换热站分别提出了不同的换热器、循环泵运行切换工作方法，并将时间参数作为切换判据，可以提高设备启停切换的精确性，消减外界干扰带来的控制不确定性；
5、工作方法考虑了“先并联-后串联结构”换热站开启的换热器与循环泵数量比，避免循环泵开启数量多、换热器开启数量少造成换热器二次侧流路与流量不匹配的情况。
附图说明
图1为本发明所述的换热站换热器与循环泵运行切换调节装置。
图2为本发明所述的换热站换热器与循环泵运行切换调节装置与工作方法实际应用案例。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚简明，以下结合附图及一种实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置，包括控制模块101、换热站进水总管水温传感器102、换热器一次出水管水温传感器103、换热器一次进水管电动调节阀104、换热器二次出水管水温传感器105、止回阀106、循环泵变频调速器107、分水器水温传感器108、集水器水温传感器109、分集水器压差传感器110和换热器二次回水管电磁阀111；换热器二次回水管电磁阀111仅安装于换热器、循环泵“先并联-后串联结构”的换热站中，在换热器、循环泵“先串联-后并联结构”的换热站中无需安装。
为了更清晰地展示本发明所提装置和方法的具体实施方式，以某换热站内换热器和循环泵“先并联-后串联”和“先串联-后并联”组合结构换热站为例。如图2所示，该换热站有4台换热器和4台循环泵，为“并联-串联-并联”结构：1#换热器与2#换热器并联组合，1#循环泵与2#循环泵并联组合，1#-2#换热器与1#-2#循环泵串联组合；3#换热器与4#换热器并联组合，3#循环泵与4#循环泵并联组合，3#-4#换热器与3#-4#循环泵串联组合；1#-2#换热器、循环泵与3#-4#换热器、循环泵并联组合。换热器一次侧电动调节阀的开度范围为0～100％，换热器二次侧循环泵的频率范围为35～50HZ，设计的调节方法如下：
(1)增开一台换热器
当前投入运行的换热器数量为一台，该换热器一次侧电动调节阀以100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤2℃的时间超过1.5h，增开一台换热器，相应地开启该台换热器二次侧回水管电磁阀；若增开的换热器与运行的换热器为直接并联组合关系，如1#与2#换热器、3#与4#换热器，无需增开循环泵；若增开的换热器与运行的换热器非直接并联组合关系，如1#与3#换热器、1#与4#换热器等，需要增开一台与增开换热器相连的循环泵。
(2)增开一台循环泵
1)当前投入运行的换热器和循环泵数量均为一台，该循环泵以50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤15kPa的时间超过1.0h，增开一台与运行的循环泵直接并联的循环泵；
2)当前投入运行的换热器数量为两台、循环泵数量为一台，该循环泵以50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤15kPa的时间超过1.0h，增开一台与运行的循环泵直接并联的循环泵；
3)当前投入运行的换热器数量为三台以上、循环泵数量为两台或三台，运行的循环泵以50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤15kPa的时间超过1.0h，增开一台循环泵。
(3)增开一台换热器与循环泵
1)当前投入运行的换热器数量为两台，换热器一次侧电动调节阀以100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤2℃的时间超过1.5h，增开一台换热器和一台循环泵，相应地开启该台换热器二次侧回水管电磁阀；
2)当前投入运行的换热器与循环泵数量均为两台，且两台换热器直接并联，如1#-2#换热器、1#-2#循环泵或3#-4#换热器、3#-4#循环泵，运行的循环泵以50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤15kPa的时间超过2.0h，增开一台换热器与循环泵，相应地开启该台换热器二次侧回水管电磁阀。
(4)关闭一台换热器
当前投入运行的换热器一次侧电动调节阀以零开度运行且Ts,measured-Ts,set>2℃的时间超过3.0h，关闭一台换热器，相应地关闭该台换热器二次侧回水管电磁阀。
(5)关闭一台循环泵
1)当前投入运行的换热器数量为一台或两台、循环泵数量为两台，换热器与循环泵是直接串联的，如1#换热器、1#-2#循环泵，运行的循环泵以35HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset>15kPa的时间超过3.0h，关闭一台循环泵；
2)当前投入运行的换热器数量为两台以上、循环泵数量为四台，运行的循环泵以35HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset>15kPa的时间超过3.0h，关闭一台循环泵。

Claims (3)

1.一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置，其特征在于，该装置包括控制模块(101)，控制模块(101)通过信号线与换热站进水总管水温传感器(102)、换热器一次出水管水温传感器(103)、换热器一次进水管电动调节阀(104)、换热器二次出水管水温传感器(105)、循环泵变频调速器(107)、分水器水温传感器(108)、集水器水温传感器(109)、分集水器压差传感器(110)、换热器二次回水管电磁阀(111)相连；所述换热器二次回水管电磁阀(111)仅安装于换热器、循环泵“先并联-后串联结构”的换热站中，在换热器、循环泵“先串联-后并联结构”的换热站中无需安装。
2.根据权利要求1所述的一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置，其特征在于，单台换热器的换热能力用对数平均温差
Figure FDA0002977820470000011
来定量化估算，其中，T1为换热站进水总管水温，T2为换热器一次出水管水温，T3为集水器水温，T4为换热器二次出水管水温；在换热器一次进水管电动调节阀(104)和换热器二次回水管电磁阀(111)全开时，计算各换热器的对数平均温差。
3.权利要求1或2所述的一种换热站换热器与循环泵运行切换调节装置的工作方法，其特征在于，在换热器、循环泵“先串联-后并联结构”的换热站中，若满足循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP1)的时长超过Δt1，或满足换热器一次进水管电动调节阀(104)100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤e(Ts1)的时长超过Δt1，增开一台换热器及其相连的循环泵，其中，ΔPmeasured为实测分集水器压差，ΔPset为设定分集水器压差，e(ΔP1)为压差控制裕量1，Ts,measured为实测分水器水温，Ts,set为设定分水器水温，e(Ts1)为水温控制裕量1，e(ΔP1)范围为5～20kPa，e(Ts1)范围为0.5～3℃，Δt1范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器；若同时满足循环泵设定频率下限值运行且ΔPmeasured-ΔPset>e(ΔP2)、换热器一次进水管电动调节阀(104)设定开度下限值运行且Ts,measured-Ts,set>e(Ts2)的时长超过Δt2，关闭一台换热器及其相连的循环泵，其中，e(ΔP2)为压差控制裕量2，e(Ts2)为水温控制裕量2，e(ΔP2)范围为8～20kPa，e(Ts2)范围为1.5～4℃，Δt2范围为3～6h；关闭换热器时，优先关闭对数平均温差ΔT最小的换热器；
在换热器、循环泵“先并联-后串联结构”的换热站中，若同时满足循环泵与换热器开启数量比小于2、循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP3)的时长超过Δt3，增开一台循环泵，其中，e(ΔP3)为压差控制裕量3，e(ΔP3)范围为3～15kPa，Δt3范围为0.5～3h；若满足换热器一次进水管电动调节阀(104)100％开度运行且Ts,measured-Ts,set≤e(Ts3)的时长超过Δt4，增开一台换热器，其中，e(Ts3)为水温控制裕量3，e(Ts3)范围为0.5～2.5℃，Δt4范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器，同时开启该换热器二次回水管电磁阀(111)；若同时满足循环泵与换热器开启数量比大于等于2、循环泵50HZ频率运行且ΔPmeasured-ΔPset≤e(ΔP4)的时长超过Δt5，增开一台循环泵和一台换热器，其中，e(ΔP4)为压差控制裕量4，e(ΔP4)范围为3～15kPa，Δt5范围为0.5～3h；增开换热器时，优先开启对数平均温差ΔT最大的换热器，同时开启该换热器二次回水管电磁阀(111)；若换热器一次进水管电动调节阀(104)以设定下限值运行且Ts,measured-Ts,set>e(Ts4)的时长超过Δt6，关闭一台换热器，其中，e(Ts4)为水温控制裕量4，e(Ts4)范围为1.5～4℃，Δt5范围为3～6h；关闭换热器时，优先关闭对数平均温差ΔT最小的换热器，同时关闭该换热器二次回水管电磁阀(111)，避免热水的无效旁通；若循环泵以设定频率下限值运行且ΔPmeasured-ΔPset>e(ΔP5)的时长超过Δt7，关闭一台循环泵，其中，e(ΔP5)为水温控制裕量5，e(ΔP5)范围为3～15kPa，Δt7范围为3～6h。
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