CN114151843A - 一种污水源集中供热能源站自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于清洁能源利用技术领域，且公开了一种污水源集中供热能源站自动控制系统，包括能源站集水器、能源站分水器、第一取退水泵、热泵主机、第一组燃气热水锅炉、第一组循环水泵、第二组循环水泵、板式换热器、第二组燃气热水锅炉、第二组取退水泵、中介水回水管、中介水供水管、空调管和换热管。本发明通过对能源站中各设备进行实时有效的控制，集中进行供热故障、事故的实时监控和应急抢修调度，集中进行运行数据统一的存储、管理、分析和维护，从而智能化的选择适合当前状况之下的最佳控制方案，实现能源的优化利用大幅度降低运行费用，增强系统稳定性，使资源使用效率提升，降低电能的消耗。

Description

一种污水源集中供热能源站自动控制系统

技术领域

本发明属于清洁能源利用技术领域，具体为一种污水源集中供热能源站自动控制系统。

背景技术

目前，集中供热系统是将集中热源所产生的蒸汽或热水送入到一次管网，然后经过换热站的换热器把一次管网的蒸汽或热水的热量传给二次管网，最后通过二次管网把热量送到热用户，热用户再通过室内采暖设施把热量散到室内，保证冬季室内维持一定的温度，以满足人们的生活、生产需求。

目前现有集中供热系统，对于能源站的控制，一般情况下工作人员24小时在线监控各个节点运行情况，随时根据实际情况人为调整能源站输出，调节反馈时间长，不能实时监控安全隐患、自动调整能源站输出，因此集中供热能源站缺少有效的自动控制系统满足热用户的需求

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水源集中供热能源站自动控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种污水源集中供热能源站自动控制系统，包括能源站集水器、能源站分水器、第一取退水泵、热泵主机、第一组燃气热水锅炉、第一组循环水泵、第二组循环水泵、板式换热器、第二组燃气热水锅炉、第二取退水泵、中介水回水管、中介水供水管、空调管和换热管，其中，各个设备电器设备均由上位机控制系统直接实施控制，上位机控制系统根据当前的能源站的环境以及换热站的资源调配状况实施对各台设备的启闭的控制，所述中介水供水管、中介水回水管、第一取退水泵和热泵主机构成中介水供热系统，所述中介水供热系统、能源站集水器、能源站分水器、空调管、第二取退水泵构成了热泵主机供热系统，所述第一组燃气热水锅炉、第一组循环水泵、板式换热器、换热管、第二组燃气热水锅炉和空调管构成锅炉加热系统，所述能源站集水器与锅炉加热系统之间通过第二控制阀门V2控制水路通断，所述热泵主机供热系统与锅炉加热系统之间能通过第一控制阀门V1控制通断，上述换热管是指第一组燃气热水锅炉和第一组循环水泵连接至板式换热器的管路，由定压补水装置向外延伸的三条管路为补水管，而空调管则是指图中除补水管、换热管和中介水管的其余管路。

优选的，所述热泵主机供热系统和锅炉加热系统均外接有定压补水装置保持恒压供水，所述定压补水装置由定压补水泵和水箱构成，各个系统中均会存在系统内供水不足的问题，因此需要另外进行外设定压补水装置对各个系统进行供水，借此提高供水的效率。

优选的，所述锅炉加热系统分为第一组燃气热水锅炉、第一组循环水泵、板式换热器、换热管构成的锅炉换热系统和由第二组燃气热水锅炉、空调管构成的锅炉直接加热系统，所述锅炉直接加热系统与锅炉换热系统之间连通并汇总流向能源站分水器。

优选的，所述第二控制阀门V2开启时，所述能源站集水器中的输入水流仅会通过第二控制阀门V2进入到锅炉加热系统，所述第二控制阀门V2闭合时，所述能源站集水器的输入水流仅会进入到热泵主机供热系统。。

优选的，所述第一控制阀门V1开启时，所述热泵主机供热系统输出水流通过第一控制阀门V1进入到锅炉加热系统，所述第一控制阀门V1闭合时，所述热泵主机供热系统输出水流通过空调管进入流至能源站分水器。

优选的，所述第一控制阀门V1和第二控制阀门V2闭合时，所述能源站自动控制系统仅通过热泵主机供热系统向能源站分水器输出热水，所述第一控制阀门V1闭合第二控制阀门V2开启时，所述能源站自动控制系统仅通过锅炉加热系统向能源站分水器输出热水，所述第一控制阀门V1开启第二控制阀门V2闭合时，所述能源站自动控制系统通过热泵主机供热系统和锅炉加热系统共同向能源站分水器输出热水，上述提出了三种的供热方式，适用于各种不同的情景之下，正常状态下，可以令热泵主机供热系统单独供热或者是和锅炉加热系统联合供热，在极寒天气的条件下可以选择直接利用锅炉加热系统进行单独供热，以达到较快的工作效率。

优选的，所述热泵主机供热系统包含有2-7台热泵主机，所述热泵主机供热系统中存在逆向混水并保持该状态或者投运的热泵主机平均负荷达到规定上限保持该状态时，在可投运的其他热泵主机中投入累计运行时间最少的热泵主机，投运的所述热泵主机平均负荷低于规定下限并保持时，退出累计运行时间最长的热泵主机，投退热泵主机的原则是主机在高效区间运行和主机运行台数尽可能少，当存在逆向混水并持续一段时间，或者当已投运的热泵主机平均负荷达到规定的上限并维持一段时间，在可投主机中启动累计运行时间最少的主机，当热泵主机负荷低于规定的下限并维持一段时间，退出累计运行时间最长的热泵主机，热泵主机投入选择人工设定，3#和4#热泵主机启停间隔小时，这种控制方式可令各台热泵主机均达到一个相对比较平衡工作状态，减轻单个热泵主机的工作压力，减小其损耗程度，并将达到工作效率的最大化，保持能源站分配资源的合理性，并且，为保障主机达到最大出力，增加退水温度保护控制，设置退水保护温度目标值(默认4℃，可设定)，当在设定温差下，由于取水温度低，实际退水温度可能低于保护目标值，此时应通过提升第一取退水泵频率或台数适当加大水量，保证退水温度高于保护值，优先提升第一取退水泵频率，当第一取退水泵频率已达到Hz但退水温度仍低于设定温度，增加一台第一取退水泵投入

优选的，所述中介回水管和中介供水管上均设置有压力计和温度计，用压力计和温度计可以实时监控管道内的水压和水温，并且压力计和温度计会将测得的结果上传到上位机控制系统，上位机控制系统根据测得数据与预设的温度值和压力值进行比较，通过管网实时数据与基础设定值的偏差情况，系统通过自动调整热泵主机、第一取退水泵、第二取退水泵和第二组循环水泵等设备的开机数量及运行功率来对系统输入、输出进行调整，用最小的能耗确保供热系统的正常运行。

本发明的有益效果如下：

本发明通过上位机控制系统自动对辖区内的能源站进行统一调度和指挥，对能源站中各设备进行实时有效的控制，集中进行供热故障、事故的实时监控和应急抢修调度，集中进行运行数据统一的存储、管理、分析和维护，从而智能化的选择适合当前状况之下的最佳控制方案，实现能源的优化利用大幅度降低运行费用，增强系统稳定性，使资源使用效率提升，降低电能的消耗。

附图说明

图1为本发明能源站自动控制系统设备连接示意图。

图中：1、能源站集水器；2、能源站分水器；3、第一取退水泵；4、热泵主机；5、第一组燃气热水锅炉；6、第一组循环水泵；7、第二组循环水泵；8、板式换热器；9、第二组燃气热水锅炉；10、第二取退水泵；11、定压补水装置；V1、第一控制阀门；V2、第二控制阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例中，一种污水源集中供热能源站自动控制系统，包括能源站集水器1、能源站分水器2、第一取退水泵3、热泵主机4、第一组燃气热水锅炉5、第一组循环水泵6、第二组循环水泵7、板式换热器8、第二组燃气热水锅炉9、第二取退水泵10、中介水回水管、中介水供水管、空调管和换热管，其中，各个设备电器设备均由上位机控制系统直接实施控制，上位机控制系统根据当前的能源站的环境以及换热站的资源调配状况实施对各台设备的启闭的控制，中介水供水管、中介水回水管、第一取退水泵3和热泵主机4构成中介水供热系统，中介水供热系统、能源站集水器、能源站分水器、空调管、第二取退水泵10构成了热泵主机供热系统，第一组燃气热水锅炉5、第一组循环水泵6、板式换热器8、换热管、第二组燃气热水锅炉9和空调管构成锅炉加热系统，能源站集水器1与锅炉加热系统之间通过第二控制阀门V2控制水路通断，热泵主机供热系统与锅炉加热系统之间能通过第一控制阀门V1控制通断，上述换热管是指第一组燃气热水锅炉5和第一组循环水泵6连接至板式换热器8的管路，由定压补水装置11向外延伸的三条管路为补水管，而空调管则是指图中除补水管、换热管和中介水管的其余管路。

其中，热泵主机供热系统和锅炉加热系统均外接有定压补水装置11保持恒压供水，定压补水装置11由定压补水泵和水箱构成，各个系统中均会存在系统内供水不足的问题，因此需要另外进行外设定压补水装置11对各个系统进行供水，借此提高供水的效率。

其中，锅炉加热系统分为第一组燃气热水锅炉5、第一组循环水泵6、板式换热器8、换热管构成的锅炉换热系统和由第二组燃气热水锅炉9、空调管构成的锅炉直接加热系统，锅炉直接加热系统与锅炉换热系统之间连通并汇总流向能源站分水器2。

其中，第二控制阀门V2开启时，能源站集水器1中的输入水流仅会通过第二控制阀门V2进入到锅炉加热系统，第二控制阀门V2闭合时，能源站集水器1的输入水流仅会进入到热泵主机供热系统。

其中，第一控制阀门V1开启时，热泵主机供热系统输出水流通过第一控制阀门V1进入到锅炉加热系统，第一控制阀门V1闭合时，热泵主机供热系统输出水流通过空调管进入流至能源站分水器2。

其中，第一控制阀门V1和第二控制阀门V2闭合时，能源站自动控制系统仅通过热泵主机供热系统向能源站分水器2输出热水，第一控制阀门V1闭合第二控制阀门V2开启时，能源站自动控制系统仅通过锅炉加热系统向能源站分水器2输出热水，第一控制阀门V1开启第二控制阀门V2闭合时，能源站自动控制系统通过热泵主机供热系统和锅炉加热系统共同向能源站分水器2输出热水，上述提出了三种的供热方式，适用于各种不同的情景之下，正常状态下，可以令热泵主机供热系统单独供热或者是和锅炉加热系统联合供热，在极寒天气的条件下可以选择直接利用锅炉加热系统进行单独供热，以达到较快的工作效率。

其中，热泵主机供热系统包含有四台热泵主机4，热泵主机供热系统中存在逆向混水并保持该状态或者投运的热泵主机4平均负荷达到规定上限保持该状态时，在可投运的其他热泵主机4中投入累计运行时间最少的热泵主机4，投运的热泵主机4平均负荷低于规定下限并保持时，退出累计运行时间最长的热泵主机4，投退热泵主机4的原则是主机在高效区间运行和主机运行台数尽可能少，当存在逆向混水并持续一段时间，或者当已投运的热泵主机4平均负荷达到规定的上限并维持一段时间，在可投主机中启动累计运行时间最少的主机，当热泵主机4负荷低于规定的下限并维持一段时间，退出累计运行时间最长的热泵主机4，热泵主机4投入选择人工设定，3#和4#热泵主机4启停间隔2小时，这种控制方式可令各台热泵主机4均达到一个相对比较平衡工作状态，减轻单个热泵主机4的工作压力，减小其损耗程度，并将达到工作效率的最大化，保持能源站分配资源的合理性，并且，为保障主机达到最大出力，增加退水温度保护控制，设置退水保护温度目标值(默认4℃，可设定)，当在设定温差下，由于取水温度低，实际退水温度可能低于保护目标值，此时应通过提升第一取退水泵3频率或台数适当加大水量，保证退水温度高于保护值，优先提升第一取退水泵3频率，当第一取退水泵3频率已达到50Hz但退水温度仍低于设定温度，增加一台第一取退水泵3投入

其中，中介回水管和中介供水管上均设置有压力计和温度计，用压力计和温度计可以实时监控管道内的水压和水温，并且压力计和温度计会将测得的结果上传到上位机控制系统，上位机控制系统根据测得数据与预设的温度值和压力值进行比较，通过管网实时数据与基础设定值的偏差情况，系统通过自动调整热泵主机4、第一取退水泵3、第二取退水泵10和第二组循环水泵7等设备的开机数量及运行功率来对系统输入、输出进行调整，用最小的能耗确保供热系统的正常运行。

能源站上位机控制系统对设备启停逻辑：

逻辑表达说明：“&”为逻辑“与”，“|”为逻辑“或”

1、能源中心热泵主机

启允许：

A.主机处于“远方”状态；

B.主机(及附属设备)无故障；

C.对应的空调泵已启动；

D.取水泵已运行台数符合要求(主机台数/取水泵台数<＝2)；

E.蒸发器关断电动阀已开；

F.冷凝器关断电动阀已开；

G.蒸发器水流开关检测到水流；

H.冷凝器水流开关检测到水流

逻辑表达式：A&B&C&D&E&F&G&H

停允许：

无条件

自动启：

I.已运行主机平均负载率高于设定区间上限，且已运行主机平均负载率超过运行上限,且持续20(30)分钟，且热网供水温度未到达设定值，且本机在未运行主机中累计运行时间最短；

J.已运行主机平均负载率超过运行上限；

K.已运行主机对应的空调泵频率均达到50Hz(持续10分钟)，仍存在逆向混水现象(持续10分钟)。且热网供水温度未到达设定值。(判断逆向混水：主机出水温度>热网出水温度+1)

逻辑表达式：A&B&C&D&E&F&G&H(I|J|K)

自动停：

L.对应的热泵主机(4)已停止；

M.已运行主机平均负载率低于设定高效区间下限，且持续20分钟，且热网供水温度超过设定值，且本机在已运行主机中累计运行时间最长；

N.主机负载率低于30％(仅停低于30％负载率主机)；

逻辑表达式：L|M|N

2、能源站第一取退水泵(3)

启允许：

A.水泵处于“远程”状态；

B.水泵无故障；

C.启运取水泵时主机电动阀已开启

逻辑表达式：A&B&C

停允许：

D.满足：投运主机数量/(取水泵运行数量-1)<＝2

自动启：

E.退水温度低于设定的保护温度值，且持续5分钟；

F.取退水温差大于设定值，且持续5分钟；

G.已运行取水泵频率均达到50Hz；

H.主机启动数量/2>取水泵运行数量；

I.本取水泵累计运行时间最短；

逻辑表达式：A&B&C&H&(((D|E)&F)|G)

自动停：

J.取退水温差小于设定值；

K.已运行取水泵频率均达到下限30(35)Hz；

L.本取水泵累计运行时间最长；

M.退水温度大于主机保护下限值，

N.全部主机停运15min后停运最后一台取水泵；

逻辑表达式：I&J&K&L&N

3、能源站热泵主机(4)

启允许：

A.水泵处于“远方”状态；

B.水泵无故障；

C.蒸发器关断电动阀已开；

D.冷凝器关断电动阀已开；

逻辑表达式：A&B&C&D

停允许：

E.蒸发器关断电动阀已关；

F.冷凝器关断电动阀已关；

G.对应的主机已停止15分钟；

自动启：

无自动启需求

自动停：

H.对应的主机已停止，延迟15分钟；

I.不存在逆向混水现象(持续10分钟)，(判断逆向混水：主机出水温度>热网出水温度+1)

逻辑表达式：E&F&H&I

4、模拟量调节

能源中心空调泵

通过能源中心空调泵频率调节，减少能源中心内网与外网的混水。设热泵主机4出水温度为T1，热网供水温度为T2，热泵主机4回水温度为T3，热网回水温度为T4，如果内网流量大于外网流量，则存在正向混水，T4-T3<0；如果外网流量大于内网流量，则存在逆向混水，T1-T2>0。设M＝(T1-T2)+(T4-T3)将M＝0作为控制目标，M>0时增加热泵主机4频率，M<0时减少热泵主机4频率。热泵主机4频率可调范围：40-50Hz。

将取退水总管的温差作为控制目标，假设温差设定为T1，实际测量温差为T2，当T2>T1时应适当增加取水量，提高热泵主机4频率；当T2<T1时应适当减少取水量，降低热泵主机4频率。

工作原理及使用流程：

热泵主机供热系统是通过中介水输送热量，通过第一取退水泵3负责将中介水供水管中的水抽来，与空调管中的水进行热交换，也即与从能源站集水器1输送来的水热交换，从而实现热泵主机供热系统对空调管水路的加热；

锅炉加热系统是通过两台第一组燃气热水锅炉5与两台板式换热器8之间构成热交换系统，为输送进板式换热器8中的空调水进行加热，而另外两台第一组燃气热水锅炉9则是被接入空调管路直接对空调水加热，空调水汇总后通过能源站分水器2分至各个换热站，能源站集水器1将各个换热站的空调回水收集能源站控制系统，形成环路，而内部的能源站控制系统中的设备则由上位机控制系统根据逻辑判断进行直接控制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种污水源集中供热能源站自动控制系统，包括能源站集水器(1)、能源站分水器(2)、第一取退水泵(3)、热泵主机(4)、第一组燃气热水锅炉(5)、第一组循环水泵(6)、第二组循环水泵(7)、板式换热器(8)、第二组燃气热水锅炉(9)、第二取退水泵(10)、中介水回水管、中介水供水管、空调管和换热管，其特征在于：所述中介水供水管、中介水回水管、第一取退水泵(3)和热泵主机(4)构成中介水供热系统，所述中介水供热系统、能源站集水器、能源站分水器、空调管、第二取退水泵(10)构成了热泵主机供热系统，所述第一组燃气热水锅炉(5)、第一组循环水泵(6)、板式换热器(8)、换热管、第二组燃气热水锅炉(9)和空调管构成锅炉加热系统，所述能源站集水器(1)与锅炉加热系统之间通过第二控制阀门V2控制水路通断，所述热泵主机供热系统与锅炉加热系统之间能通过第一控制阀门V1控制通断。

2.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述热泵主机供热系统和锅炉加热系统均外接有定压补水装置(11)保持恒压供水，所述定压补水装置(11)由定压补水泵和水箱构成。

3.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述锅炉加热系统分为第一组燃气热水锅炉(5)、第一组循环水泵(6)、板式换热器(8)、换热管构成的锅炉换热系统和由第二组燃气热水锅炉(9)、空调管构成的锅炉直接加热系统，所述锅炉直接加热系统与锅炉换热系统之间连通并汇总流向能源站分水器(2)。

4.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述第二控制阀门V2开启时，所述能源站集水器(1)中的输入水流仅会通过第二控制阀门V2进入到锅炉加热系统，所述第二控制阀门V2闭合时，所述能源站集水器(1)的输入水流仅会进入到热泵主机供热系统。。

5.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述第一控制阀门V1开启时，所述热泵主机供热系统输出水流通过第一控制阀门V1进入到锅炉加热系统，所述第一控制阀门V1闭合时，所述热泵主机供热系统输出水流通过空调管进入流至能源站分水器(2)。

6.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述第一控制阀门V1和第二控制阀门V2闭合时，所述能源站自动控制系统仅通过热泵主机供热系统向能源站分水器(2)输出热水，所述第一控制阀门V1闭合第二控制阀门V2开启时，所述能源站自动控制系统仅通过锅炉加热系统向能源站分水器(2)输出热水，所述第一控制阀门V1开启第二控制阀门V2闭合时，所述能源站自动控制系统通过热泵主机供热系统和锅炉加热系统共同向能源站分水器(2)输出热水。

7.根据权利要求6所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述热泵主机供热系统包含有2-7台热泵主机(4)，所述热泵主机供热系统中存在逆向混水并保持该状态或者投运的热泵主机(4)平均负荷达到规定上限保持该状态时，在可投运的其他热泵主机(4)中投入累计运行时间最少的热泵主机(4)，投运的所述热泵主机(4)平均负荷低于规定下限并保持时，退出累计运行时间最长的热泵主机(4)。

8.根据权利要求1所述的一种污水源集中供热能源站自动控制系统，其特征在于：所述中介回水管和中介供水管上均设置有压力计和温度计。

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