锅炉供热系统节能改造中DCS技术的应用

摘要：随着 DCS（集散控制系统）可靠性的提高，价格也不断下降，过去只有大型热锅炉才用DCS状况得到了改变，现在中、小型锅炉供热系统也可以使用。DCS自控系统提高了中、小型锅炉供热系统的经济性、可靠性和节能性。本文结合实际，简单探讨了DCS技术在锅炉供热系统节能改造中的应用及产生的效益，明确了DCS技术的优势，供大家参考。

关键词：DCS（集散控制系统）技术；锅炉供热系统；节能；改造

中图分类号：TU833文献标识码： A 文章编号：

某锅炉供热为间接供热，系统全部供热面积 92万平方米，热源是四台燃煤热水锅炉，最大出力35MW，设四换热站，用板式换热器。

锅炉供热年耗煤24700吨，耗电363万度，耗水83300吨，能耗偏大，原因有三：原苏联保守设计理念；设备陈旧老化，技术水平落后；调节控制手段有限，设备运行效率低。

2013年，公司对供热系统进行自控节能改造，以便于改善锅炉、循环泵等运行，提高运行效率，达到降耗、减排。节能改造涉及热力站、锅炉房、热力管网等设备，技术有节电、节水、节煤、计量、环保等节能技术。

公司对锅炉供热系统配备了完整的DCS自控系统，实时监控系统内各主要用能设备。用DCS技术控制此供热系统，因为锅炉燃烧较为复杂，如配风、煤质、负荷变化、风煤比等都会造成影响。再者，集中控制供热系统是典型控制模拟量的复杂过程控制，需考虑锅炉设备自身的滞后。所以，传统的仪表控制和手工操作已无法有效地控制好锅炉，而DCS自控系统以过程控制为主，功能块编程语言以模拟量控制为主，程序更简洁。

一、DCS技术简介

DCS为分散控制系统（ Distributed Control System）的简称，其是一个由过程控制级和监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了通讯、计算机、显示和控制等技术，具有高开放性、高可靠性、高灵活性、高协调性、易于维护等优点。

二、DCS技术在锅炉供热系统节能改造工程中的应用

DCS技术将供热系统分热源和换热站两部分，热源部分监控设备有四台燃煤热水锅炉和锅炉辅机，换热站模块监控设备主要有两台循环泵和补水泵，总计345个监控点位。

DCS自控系统有三个总控操作台，四个分控操作台。总控操作台位于锅炉房总控制室内，其既可以对四台燃煤热水锅炉及锅炉辅机实时监控，也可以对各分控操作台监控数据实时调用、分析、设定和修改。四个分控操作台分设四个换热站中，各自只实时监控自己控制的换热站分站。总控与分控用国际标准GPRS协议通信。

DCS结构图

同时，公司改造了一次网泵房及四换热站内补水泵和循环泵变频控制柜内控制回路，以便于可以远程监控，更好的接入DCS自控系统。循环泵工频用软启动，如有故障可自动倒换到工频回路运行，不影响供暖效果。循环泵频率据实测压差值自动调节，一次网泵房循环泵频率根据锅炉进、出水总管实测压差值自动调节，四个换热站循环泵频率根据二次网供、回水总管实测压差值自动调节。

为保证供热系统高效管理、准确控制、安全运行，还在 DCS系统重点部位设置压力传感器、温度传感器、电动调节阀、液位开关、电量表和热量表等。锅炉供热自控系统各能耗数据可经DCS自控系统OPC协议远传至集中供热量化管理分布式能效服务平台，同时核算出供热系统的供热效率与成本，提供完整准确的耗能分析报告。

三、锅炉供热DCS自控系统控制策略

1、热负荷按需供热策略

DCS自控系统可根据室外温度均值和二次侧供水温度自动调节一次侧供水电动调节阀的开度，从而改变一次侧供水流量，控制二次侧供水温度，调整热源和热力管网的运行工况，以实现按需供热和降低供热能耗。该策略中引入了室外温度均值算法和电动阀阀门特性曲线对水流量影响的特性值算法。在常规设计中一般只设置一室外温度监测点，但由于施工技术水平或安装条件限制以及室外温度传感器质量等诸多方面因素造成该值与实际户外温度值相差较大，而在该策略中需通过 室外温度精确计算需热量，因此对室外温度精度要求就较高，公司通过设置一组室外温度点，根据其安装位置不同取其不同权重值，从而计算出室外温度均值，该值能精确反应出室外温度，且该值的滞后性较小。而电动阀阀门特性曲线对水流量影响特性值算法是通过分析水阀特性曲线和实测阀门阀杆位置与水流量变化曲线这两条曲线拟合而成的一特性曲线值。在实际控制过程中，既可根据不同工况下的不同数据模糊计算出该特性值，也可通过人为设置给出该特性值，避免了因突然降温而引起供热量不足情况的发生。在引入该特性值之前，测试实际供热量远远大于需热量，而引入该特性值之后，实际供热量就基本接近需热量了，且此特性值总保持在1.04～1.1之间。

2、热源自动调节策略

DCS自控系统能够依据室外温度均值计算锅炉的供热负荷值，再根据一次水流量计算出锅炉理论出水温度，通过与锅炉实际出水温度相比来调节锅炉炉排电机变频器的频率，调节炉排电机转速，增加或减少锅炉供煤量。当两个温度值差值在±0.5度之内时保持炉排电机转速不变，反之则增加或减少锅炉供煤量，由此来实现对热源的自动调节。

3、最佳风煤比优化策略

实时监测锅炉炉排电机频率和炉膛负压，做好引风机、锅炉鼓风机频率的实时调整，将锅炉鼓、引风机与锅炉炉排电机转速比值保持在最佳范围内。同时，通过对热负荷值和实际供热值两参数值实时比较，验证此比值是否在最佳范围内，如果是，则该比值就是最佳风煤比。优化最佳风煤比不仅能减少锅炉供热系统能源消耗量和机械使用量，同时也可以减少不完全燃烧的损失量。燃烧始终为最佳风煤比，炉体内就能实现煤粉的完全燃烧，与人工司炉相比，极大地减少了烟气排放含碳量，热效率提高1-3%，节煤率上升了5-8%，节能、减排、增效。

四、结论

DCS自控系统可以有效地提高中、小型供热系统自控经济性、可靠性和节能性，改善设备运行状态，提高效率。同时还能有效地降低运行成本，减少所需人员数量，减轻员工的劳动强度，保证供热质量。可以说DCS技术在锅炉供热系统节能改造中优势突出、效果显著。

参考文献：

[1] 张星鑫,高广华,施诺,程佑祥.既有营房节能改造的技术策略[J].重庆建筑.2010(03).

[2] 殷明刚.洛阳地区地下水源热泵可行性研究[J].制冷与空调.2010(02).

[3] 嵇启春,李金,朱京卫.换热站节能改造[J].工业控制计算机.2010(10).