§ 6. Вариант схемы управления режимом отпуска тепла в открытых системах теплоснабжения

В открытых системах теплоснабжения количество воды, расходуемой на горячее водоснабжение, в каждый момент времени определяется величиной подпитки. При постоянной температуре расходуемой воды, что обеспечивается путем установки автоматических терморегуляторов в абонентских вводах, количество тепла, затрачиваемого на нужды горячего водоснабжения, прямо пропорционально расходу потребляемой воды.

В связи с этим расход тепла на эти нужды может быть определен по величине подпитки, а общий расход тепла найден из выражения

где Gnoan — величина подпитки, м3/ч;

С — постоянный коэффициент, °С/Вт;

tT. в — х - перепад температур горячей и холодной (водопроводной) воды; принимается tT, в — tK — const; Qr в р — расчетный расход тепла на горячее водоснабжение,

МВт. Как было указано выше, при построении графиков температур и расходов воды следует исходить из их оптимального сочетания, при котором достигается минимум затрат по системе теплоснабжения. Для разработки оптимальных режимов работы конкретных тепловых сетей требуется предварительное выполнение соответствующих технико-экономических расчетов. Характер оптимальных графиков оказывается в связи с этим различным в зависимости от местных условий.

Вместе с тем известно, что оптимальным режимом работы систем отопления является режим количественно-качественного регулирования. В открытых тепловых сетях, работающих по этому режиму, на убывающий со снижением тепловой нагрузки расход воды в системах отопления накладывается возрастающий расход воды из подающих трубопроводов на цели горячего водоснабжения. Общий среднесуточный расход воды в подающем трубопроводе, а также требуемый напор на коллекторах ТЭЦ сохраняются при этом в тепловых сетях с развитым горячим водоснабжением практически постоянными.

В связи с указанной особенностью гидравлического режима открытых тепловых сетей с переменным расходом воды для этих условий были рассмотрены методы регулирования, основанные либо на поддержании постоянного расхода воды в подающем трубопроводе (Gn= const), либо на поддержании постоянного давления сетевых насосов (Я = const). Сопоставление указанных режимов показало, что режим, основанный на поддержании постоянного напора, обладает серьезными преимуществами.

При режиме с Я = const значительно уменьшается диапазон колебаний расходов воды в системах отопления в течение суток (по сравнению с режимом Ga = const) благодаря использованию переменной проводимости тепловой сети в качестве фактора, стабилизирующего гидравлический режим абонентских установок. Характер изменения расхода воды в системах отопления при этом режиме значительно ближе соответствует оптимальному отопительному графику.

В переходный период отопительного сезона после точки перелома отопительного температурного графика, когда температура воды в подающей магистрали не должна снижаться по условиям работы установок горячего водоснабжения, целесообразно уменьшать давление на коллекторах станции. Требуемая величина напора для этого периода, как показывают расчеты, может быть определена по формуле

где ф0 — текущее значение коэффициента отпуска тепла на отопление; Ф^ — значение этого коэффициента в точке перелома отопительного графика. С учетом вышеизложенного алгоритм управления автоматизированным отпуском тепла для открытых систем теплоснабжения, полученный из решения уравнений теплового и материального баланса, имеет вид: при 1 > фо > ф

Величины, входящие в указанные выражения, могут определяться следующим образом. Величина подпитки в тепловой сети GnoHn замеряется расходомером. Расход воды в подающей магистрали устанавливается (при поддержании постоянного давления на коллекторах ТЭЦ с помощью автономного регулятора) в зависимости от размера потребления горячей воды и соотношения отборов из подающих и обратных труб. Этот расход также замеряется, и результаты измерений подаются на вход устройства, управляющего отпуском тепла в систему теплоснабжения.

Значение приведенной температуры наружного воздуха определяется в зависимости от метеорологических условий и тепло-физических характеристик зданий. Необходимая для этой цели информация может быть получена с помощью комплекса датчиков метеорологических условий и тепловых воздействий (температуры наружного воздуха, скорости ветра, медленных тепловых потерь и др.). Обработка полученной информации производится либо специальным аналоговым вычислительным устройством, либо на ЭВМ общепромышленного или специального назначения.

Коэффициент программного отпуска тепла на отопление зависит в основном от времени суток и приведенной температуры наружного воздуха. Значение этого коэффициента в каждый момент времени может быть вычислено с помощью автоматического программного устройства, реализующего зависимость

где х — время суток.

Измерение температуры обратной воды t0§v, естественно, не встречает затруднений.

Остальные величины, входящие в уравнение (57), определяются заранее и вводятся в него в качестве постоянных коэффициентов (tr, Qp, Ан.р, в).

При разработке и реализации режимов автоматического регулирования необходимо также иметь в виду, что фактическое теплопотребление в районе теплоснабжения может иногда существенно отличаться от подачи тепла в соответствии с указанной формулой. Известно, например, что разница значений температур наружного воздуха в различных точках крупного города в отдельные периоды времени превышает 10° С. Еще большую неоднородность на территории города имеет ветровой режим. Поэтому даже при получении данных о метеорологических условиях в нескольких точках района теплоснабжения всегда возможно расхождение между этими данными и фактическими, средневзвешенными условиями погоды,

Для устранения этого недостатка целесообразно ввести в алгоритм управления обратную связь, дающую поправку на возможную неточность учета фактической величины теплопотребления. Обратную связь удобнее осуществить путем сопоставления фактической температуры воды, возвращающейся к теплоисточнику, с температурой воды, ожидаемой при данных условиях погоды, Т2от. Пусть, например, на станцию возвращается вода с температурой более низкой, чем ожидается при данном режиме (То < Т2от). При наличии последующих ступеней автоматического регулирования это может свидетельствовать о том, что, несмотря на полное открытие регуляторов расхода тепла на абонентских вводах, системы отопления не получают требуемого количества тепла. Очевидно, в этом случае надо увеличить отпуск тепла на станции на величину, пропорциональную разности между ожидаемой и фактической температурами обратной воды.

С учетом вышеизложенного алгоритм управления автоматизированным отпуском тепла принимает вид:

где k — коэффициент передачи (усиления) от изменения температуры обратной к изменению температуры прямой воды. Значение этого коэффициента приближенно определяется из выражения

здесь Т1р, Т2р — температуры воды в подающей и обратной магистрали при расчетном режиме; Тщ, Т2н — то же, при температуре наружного воздуха, соответствующей началу (концу) отопительного сезона. Температура обратной воды, ожидаемая при данных условиях погоды, Т2ож является функцией тех же параметров, что температура прямой воды Т.

Возможно несколько способов нахождения Т2ож:

1) по натурным измерениям, на основе опроса местных регуляторов расхода тепла;

2) путем предварительного вычисления указанной выше функции для различных значений приведенной температуры наружного воздуха, коэффициентов программного отпуска тепла и других параметров, определяющих режим теплового потребления и составления соответствующих номограмм, таблиц;

3) путем непрерывного определения значений Т20ж в зависимости от указанных параметров с использованием необходимых для этой цели измерительных и вычислительных устройств.

Следует отметить, что метод контроля точности оценки фактического размера теплопотребления при центральном регулировании по фактической температуре обратной воды является лишь одним из возможных вариантов организации такого контроля.

В качестве второго метода можно указать на использование физических тепловых моделей зданий, устанавливаемых в различных точках района теплоснабжения.

Третьим способом является обработка данных телеизмерения фактических температур воды в системах отопления представительных абонентов.

Уравнение (60) может рассчитываться вручную или решаться с помощью специального моделирующего устройства, содержащего несколько блоков постоянных коэффициентов, суммирования и умножения. При применении на тепловых электростанциях универсальных вычислительных машин эти машины, наряду с решением других задач (например, по оптимизации режимов работы котлоагрегатов и теплоэнергетического оборудования), могут быть использованы также и для автоматизации расчетов режимов отпуска тепловой энергии.

Рис. 54. Алгоритм расчета температуры воды, поступающей в открытую систему теплоснабжения

Рис. 55. Вариант структурной схемы автоматического управления подачей тепла для открытой системы теплоснабжения

На рис. 54 показан алгоритм управления отпуском тепла от ТЭЦ при открытой системе теплоснабжения, а на рис. 55 — один из возможных вариантов структурной схемы автоматического управления подачей тепла. Из рис. 55 видно, что система автоматического управления включает три регулятора: температуры воды в подающем трубопроводе, напора сетевых насосов, давления на обратном коллекторе станции.

Данные о прогнозируемых значениях наружных воздействий вводятся в измерительно-информационное устройство, которое с учетом прогноза погоды определяет приведенную температуру наружного воздуха t„,np, характеризующую фактические тепловые потери зданий в районе теплоснабжения (при условии стабилизации внутренней температуры в отапливаемых помещениях).

Данные о tH.w, температуре воды в обратном трубопроводе Т2, расходе подпиточной воды Gnom, расходе воды в подающем трубопроводе Gn, а также о коэффициенте суточного программного отпуска тепла а поступают на вычислительное устройство, формирующее закон изменения температуры воды в подающем трубопроводе Т1 в соответствии с заданным алгоритмом управления.

Напор в сети (Pi — Р%) поддерживается постоянным. При этом с повышением температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление снижается в связи с увеличением доли отбора воды из подающего трубопровода.

Данные о величине подпитки Gnom, а также результаты манометрической съемки в тепловой сети поступают в машину для расчета гидравлического режима, который определяет величину давления на обратном коллекторе Р2, исключающую опорожнение или раздавливание абонентских систем.