Технические науки/5.Теплогазоснабжение
и вентиляция
д.т.н. Суздальцев А.И., д.т.н. Шарупич
В.П.
НИПИ Градоагроэкопром, Россия
Алгоритм управления пиковыми
теплоисточниками в периоды резких изменений температуры наружного воздуха
1 Общие положения
Возможно несколько вариантов подсистем
управления пиковым теплоисточником в составе комбинированной системы
теплоснабжения КСТ.
2 Механизм работы подсистемы
управления тепловым режимом в локальном контуре комбинированной системы
теплоснабжения
Организационно-структурная схема подсистемы управления
тепловым режимом в локальном контуре комбинированной системы теплоснабжения представлена
на рисунке 1 [1, 2].
Подсистема управления тепловым режимом в
локальном контуре КСТ работает следующим образом.
С подающего трубопровода 2 ТЭЦ 1 через
трубопровод 5 и регулятор порционного действия 6 в пиковый теплоисточник
локального контура КСТ на вход теплообменника 7 со стороны ТЭЦ.
Контроллер 18 формирует управляющий сигнал
на выходе “a” нагнетателю теплоносителя 11 и
одновременно формирует второй управляющий сигнал на выходе “b” второму регулирующему органу 12, при этом
нагнетатель теплоносителя 11 по напорной трубе подает теплоноситель в источник
тепловой энергии подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки - тепловой котел 14,
и далее подают потребителям 22 подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки.
Рисунок 1 – Организационно-структурная
схема подсистемы управления тепловым режимом в локальном контуре КСТ. 1 - ТЭЦ;
2
- подающий трубопровод; 3 – обратный трубопровод; 4 – нагнетатель
теплоносителя; 5 – подающий трубопровод пикового теплоисточника; 6 - регулятор порционного действия; 7 –
теплообменник; 8 – обратный трубопровод потребителей тепловой энергии 20; 9,
15, 19 – клапаны обратного действия; 10 – первый регулирующий орган; 11 –
нагнетатель теплоносителя пикового теплоисточника; 12 – второй регулирующий
орган;
13
– третий регулирующий орган; 14 – тепловой котел; 16 - подающий трубопровод после теплового котла
14; 18 – контроллер; 17, 20, 21, 24 – датчики температуры; 22 – потребители;
23 - пиковый теплоисточник с
подсистемой управления тепловым режимом в локальном контуре КСТ.
- заданная в соответствии с температурным
графиком температура теплоносителя. 
- заданная погрешность температуры теплоносителя.
В установившемся режиме горячий поток после
потребителя подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки разделяется на два
потока, один из которых направляется по трубопроводу 8б к нагнетателю
теплоносителя через дополнительный ввод контура нагрева теплообменника 7, а
второй – непосредственно к нагнетателю теплоносителя через трубопровод 8а.
Разделение горячего потока осуществляется с помощью регулирующего
органа 10 контроллера 18, на вход которого поступает сигнал с датчиков температуры
теплоносителя 21.
Контроллер формирует сигнал управления регулирующим органом 10 на выходе
контроллера “c” в соответствии со значением
датчика температуры 21 и значением температуры теплоносителя заложенным в
память контроллера таким образом, что если значение температуры датчика 21
больше или равно значению температуры теплоносителя заложенному в память
контроллера, то регулирующим органом 10 поток теплоносителя направляется после
потребителя подсистемы теплоснабжения пиковой
нагрузки непосредственно к нагнетателю теплоносителя 11 по трубопроводу
8а.
Одновременно контроллер 18 формирует
сигнал на выходе “b” второму регулирующему органу 12
пустить поток теплоносителя “в обход” теплового котла 14.
При этом контроллер по выходу d отключает подачу газа в 14.
В
противном случае поток направляется к
нагнетателю теплоносителя по трубопроводу 8б через дополнительный ввод контура
нагрева теплообменника 7 и контроллер 18 формирует сигнал второму регулирующему
органу 12 пустить теплоноситель через тепловой котел 14.
При резком изменении температуры
окружающего воздуха от ТЭЦ 1 в подающем трубопроводе 2 начинает поступать
теплоноситель с измененной температурой в соответствии с температурным графиком.
Однако изменение температуры теплоносителя
в теплообменник 7 подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки происходит с
запозданием за счет протяженности трубопроводов.
В этом случае срабатывает контроллер 18,
который формирует сигнал управления на выходе “d” регулятору газа 13 увеличить или уменьшить подачу газа
в тепловой котел 14 в зависимости от показаний датчиков температуры 17 и 20.
Датчик температуры 17, расположенный в
подающем трубопроводе 16 подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки, измеряет
температуру теплоносителя и подает сигнал на вход контроллера 18.
Одновременно с этим, на второй его вход
поступает температура наружного воздуха с датчика температуры 20.
В случае, если температура теплоносителя в
подающем трубопроводе 16 больше той, которая должна соответствовать по
температурному графику, заложенному в память контроллера 18 при соответствующем
значении температуры наружного воздуха, то контроллером 18 выдается сигнал
регулятору подачи газа 12 об уменьшении подачи газа в тепловой котел 14 или
полном отключении подачи газа, в противном случае подачу газа увеличивают.
При поступлении теплоносителя с уже измененной температурой от ТЭЦ
в теплообменник 7 контроллер 18 прекращает подачу газа, т.е. потребители в
подсистеме теплоснабжения пиковой нагрузки не почувствуют резких изменений
температурных комфортных условий.
3 Состав пикового
теплоисточника
В качестве пикового теплоисточника 14 используется тепловой котел КВГМ по два котла в каждой котельной, при этом
вопросы аварийной защиты, подачи воздуха для горения газа, подачи подпиточной
воды и удаления отводящих газов решаются в рамках [3].
В качестве исполнительных регулирующих
органов применяются:
- исполнительный орган 10 и 12 – клапан
регулирующий трехходовой Clorius
Controls 32M3F c
электроприводом Clorius Controls типа VBA [4].
-
исполнительный орган 13 – два клапана регулирующих односедальных фланцевых PN1.6МПа [5] с электрическим иполнительным механизмом типа STmini [6], установленные в каждом котле, в связи с чем их
диапазон изменения положения заслонки принимается в интервале 0 - 200%.
Для
сравнения в качестве исполнительного механизма 13 может быть принят
регулирующий клапан трехходовой ЕСПА 02 РИ с электрическим исполнительным
механизмом БУЕ [7].
4
Режимы работы в подсистеме управления локальным контуром комбинированной
системы теплоснабжения
Выделяется четыре тепловых режима работы в подсистеме
управления локальным контуром комбинированной системы теплоснабжения:
1) нормальный (пассивный) режим (значение
температуры теплоносителя, поступающего от ТЭЦ находится в пределах допуска);
2) при поступлении теплоносителя от ТЭЦ с
завышенной температурой;
3) при отключении пикового теплоисточника
от ТЭЦ (автономный режим работы с соблюдением температурного графика);
4) при пиковом изменении температуры
наружного воздуха.
В первом режиме подсистема управления
тепловым котлом 14 отключена и регулятор 13 выключен из работы, а теплоноситель
из обратного трубопровода поступает в котел через теплообменник 7 по каналу 8б
(пассивный режим работы котла).
Условие управления 1-м режимом определяется
согласно:
ya = 1, yb = 0, yc =
0, yd =
0. (1)
где:
ya, yb, yc, yd - сигналы на выходе контроллера управления 18;
- 1/0 - включение/выключение.
Во втором режиме подсистема управления
тепловым котлом 14 отключена, а теплоноситель из обратного трубопровода
поступает на вход потребителя, минуя теплообменник 7, по каналу 8а и минуя
котел 14, через регулятор 12 и клапан обратного действия 15.
Условие управления этим режимом определяется
согласно:
ya =
1, yb =
1, yc =
1, yd =
0, при |θ17 - θзад| >
Δ θзад, (2)
sign(θ17 - θзад) > 0,
где θ17 = θТ –
измеренное значение температуры теплоносителя на входе потребителя;
θзад,
Δ θзад –
соответственно заданное значение температуры теплоносителя и ее отклонение на входе потребителя;
sign – знак разности.
В третьем режиме (автономный режим работы,
теплообменник отключен от
централизованной системы теплоснабжения) подсистема управления нагревом
теплоносителя в котле 14 подключена и нагрев осуществляется за счет подачи газа
через регулятор 13, а теплоноситель из обратного трубопровода 8 поступает по
каналу 8а прямо в котел 14.
Условие управления этим режимом определяется согласно:
ya = 1, yb = 0, yc =
1, yd =
f (θ20, θ17) – температурный график, (3)
где θ20 = θН – температура наружного воздуха.
В данном случае в отличие от
температурного графика ТЭЦ нет необходимости контролировать температуру в
обратном трубопроводе, так как эта температура не является функционально важной
для работы котла.
В четвертом режиме подсистема управления
подогревом теплоносителя в котле 14 подключается в пиковые моменты изменения
температуры наружного воздуха за счет подачи газа через регулятор 13, а
теплоноситель поступает из обратного трубопровода 8 по каналу 8б через
теплообменник 7 прямо в котел 14.
Подогрев продолжается до тех пор пока температура на входе теплообменника не
достигнет первоначально заданной, т.е. через время транспортного запаздывания
τ.
Условие управления этим режимом определяется
согласно:
ya =
1, yb =
0, yc =
0, yd =
f (θ20, θ17, Vθ20, τ), (4)
где Vθ20 – скорость
резкого изменения температуры наружного воздуха;
τ – время транспортного запаздывания температуры теплоносителя от
ТЭЦ до теплообменника, время работы котла в режиме подогрева.
Выводы
1 Представлен
механизм работы подсистемы управления тепловым режимом в локальном контуре комбинированных
систем теплоснабжения.
2 Предложен состав
пикового теплоисточника.
3 Разработаны
режимы работы в подсистеме управления локальным контуром комбинированных систем
теплоснабжения.
Литература:
1 Патент
РФ № 72748 МПК F24D3/02 на полезную модель. Система централизованного
теплоснабжения [Текст] / Суздальцев А.И., Петров С.П., Загородних Н.А. – опуб.
27.04.2008. Бюл. № 12.
2 Суздальцев,
А.И. Алгоритмы автоматизированного управления под-системой пиковой нагрузки в
КСЦТ [Текст] / А.И. Суздальцев, С.П. Петров // Информационные системы
и технологии - Орел:
ОрелГТУ, 2009. - №. 5.
– С.111-117.
3 Водогрейные
отопительные котлы КВГМ [Электронный ресурс]: — Режим доступа: http://www.mosenergoinform.ru/kotel/kvgm.htm. — Загл. с экрана.
4 Клапан
регулирующий 3-х ходовой (трехходовой) чугунный Clorius Controls М3F Ду 25-65;
Ру 16 [Электронный ресурс] : — Режим доступа: http://kipservis.ru/clorius/regulirujushie_klapany.htm. — Загл. с экрана.
5 Задвижки
стальные клиновидные штампованные [Электронный ресурс] : — Режим доступа:
http://www.pzem.ru/node/69. — Загл. с экрана.
6 ST
MINI Электропривод прямоходный. Технические характеристики [Электронный ресурс]
: — Режим доступа: technopolus.ru›files/Regada/STMini.pdf. — Загл. с экрана.
7 Регулирующий клапан ЕСПА с электрическим
исполнительным механизмом [Текст]: Инструкция по монтажу, настройке и
эксплуатации. – М: Машиноимпорт, 1999. – 30 с.