专利名称：节能换热站或机组及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种节能换热站(机组)尤其是质调节换热站(机组)及其实现节能的控制方法。
背景技术：
换热站是实现一级网(热源)能量向用户(二级网)配送的中心环节，它按用户需要输送热能。循环泵是完成这一任务的动力装置，其耗电是换热站耗电的主要构成。现有技术认为，只有在量调节时循环泵才能够在保证输送等同的热量时减少电耗，而在质调节的情况下难以节能，因为质调节的要求就是用户端的流量不变。现有技术是流过换热站的流量等于用户各分支流量之和，并且流过各点的流量相等。换热站(机组)内没有系统的流量调控措施，理论值循环泵能耗是纯量调节工况的数倍。由此，用户所得到的资用压力(图1中A点和D点间的压力差)太少，一般只有20-60％。现有技术的特点是流过换热站的流量等于用户各分支流量之和，并且流过A、B、C、D各点的流量相等。换热站(机组)内没有系统的流量调控措施，理论值循环泵能耗是纯量调节工况的数倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种，根据换热功率大小控制流量大小以满足能量传递的要求的节能换热站或机组以及节能换热站或机组需要的特殊控制方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现节能换热站或机组，其组成包括调节阀，与所述的调节阀相连的换热器，所述的换热器的供水管路上装有温度传感器和压力传感器，所述的供水管路、回水管路以及连接用户的管路形成二级网，所述的二级网的回水管路上装有过滤器和循环泵，所述的回水管路上还装有逆止阀，在换热器冷介质入口之前至二级网的供水出口之间具有带有调节阀或者泵的分流管路，所述的调节阀的开度或者泵的流量受控于中心控制单元。
上述的节能换热站或机组，所述的循环泵和所述的泵中至少有一台是变速泵，所述的变速泵为调速装置与常规的循环泵结合而成。
上述的节能换热站或机组，所述的中心控制单元为一个独立的控制器，或者是计算机控制系统、或变频器、气候补偿仪中的一个单元或软件，或者完全由人工来操作。
上述的节能换热站或机组，在换热站供回水出口之间，用户阀门之前安装有短路阀，关闭用户阀门，打开短路阀，换热站(机组)可以形成一个封闭的小环路。
上述的节能换热站或机组的控制方法，包括通过装有调节阀的一级网向换热器供热，通过换热器交换热量向装有温度传感器和压力传感器的二级网供热，通过变速泵维持二级网资用压头不变，在保证换热器冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的调节阀的开度，使流过换热器的流量最小。
上述的节能换热站或机组的控制方法，在保证换热器冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的循环泵或者所述的泵，使流过换热器的流量最小。
上述的节能换热站或机组的控制方法，通过所述的调节阀周期性地减小开度或关断，对换热器进行自净。
上述的节能换热站或机组的控制方法，通过调整所述的循环泵或者所述的泵，使其周期性地减小流量或停运，对换热器进行自净。
这个技术方案有以下有益效果1.本发明所采用的方法是将从用户管网(二级网)回到换热站的总流量Q分成Q1和Q2两部分，Q1送往换热器，完成能量的传递；Q2则直接注入用户的供水管线，即图2中的D点。因为管路的阻力与流量的平方成正比，因此，较小的流量分流都会使换热站的阻力有较大的降低。实现本发明的理由在于换热站是按最大需求功率设计的，更多的时间，它工作在最大需求功率以下。以哈尔滨地区为例，换热站的平均功率需求是最大设计功率的63.6％，最小功率需求是最大设计功率的52.3％，毫无疑问，换热功率小的时候只需较小的流量就可以满足能量传递的要求。
2.本发明中设置了可调节的分流回路(调节阀T2)，它设置在C点至D点间，应最大限度地跨越高阻力管路。并且根据工况的需要将一部分从用户来的流量Q分流为Q1和Q2，在满足换热条件的前提下，调节T2，最大限度地减小Q1，从而降低换热站的总阻力，为节约能耗创造必要的条件。
3.本发明中设有循环泵的调速装置，调速装置与普通的循环泵结合就是变速泵，图中用BI表示。循环泵必须是变速泵，否则，换热站阻力的降低将导致总流量Q的增加，功耗也将相应上升，并不能实现节能。而在本发明中，因为有变速泵维持资用压力(即图中D-A点间的压力差)不变，实现了换热站阻力降低到能耗的降低。
4.本发明中设有中心控制单元CCU它协调换热站各部分的工作，既可以是一个独立的控制器，也可以是计算机控制系统、或其它系统(如变频器、气候补偿仪)中的一个单元或软件，甚至可以完全由人工来操作来实现。
5.为了上述系统能有效地工作，需要随时了解系统的工况，为此，图2中的各种传感器也就是必需的了。图中ΔTP是差压传感器(变送器)，变速泵依据其信号调整转速，维持资用压力(D点到A点间的压力差)不变；而中心控制单元CCU则根据TT1、TT2、TP等传感器传来的工况参数确定T2的开度。它的开度不但必须满足热能交换的需要(Q1足够大)，同时也必须满足二级网中最不利元件的要求(出口温度足够低)。简言之，也可以说换热站的内阻要尽可能地小。判断换热量是否足够需要有其他工况信号为依据，如二级网出口(图中D点)温度、瞬时热功率、一级网调节阀T1的开度等。
6.图2所阐述的实现方式是最简单的方式，称之为无源方式，适用于绝大多数场合；然而，在某些特殊情况下(如现有换热站、机组改造)，可能换热站内从A点到B点乃至C点产生了很大的阻力而又较难消除，或技术经济比较不够理想，此时可应用有源方式来实现本发明——但一次投资成本可能要高于无源方式，这一方式的优点在于，它较容易实现“应最大限度地跨越高阻力管路”这一要求。如图3所示。
7.本发明的另一种实施方式——有源方式中，专门增加了一台泵B2用于将Q2从A点直接注入到D点(二级网)，这也正是有源方式名称的由来。图中的T2可以根据实际情况取舍，完全由技术经济比较来决定。因为B2在小流量时效率明显降低，故在流量较小的情况下应关闭B2，打开T2。实际上B1和B2只要有一台是变速泵，就可以实现本发明的基本功能，而另一台泵可以由若干台泵组合而成，甚至只有一台宽流量范围的泵，但此时应允许出口压力有一定的变动，经济性也将下降。
8.采用本发明的方法进行流量分流以后，换热器内的流速将降低，不利于换热器的自洁，对换热效率将产生一定影响，具体程度视水质状况而定。为减少这种不利影响，分流回路流量Q2应周期性地减小或关闭，使全部或大部流量流经换热器，以起到冲洗的作用，保证换热效率。甚至可以在A点和D点间设一个短路阀Zk，冲洗换热器时，关闭T1、T2，打开Zk所控制的直通回路，使最大流量流经换热器。冲洗换热器可以结合排污进行。在供热期结束后的维护中，可以关闭Zu，T2，打开Zk，在换热站的小环路内注入清洗剂，对换热器进行清洗，从而实现换热器的免拆维护。此过程中T1可根据清洗工艺要求(清洗剂温度)决定其状态。
9.如上所述，普通的换热站的平均功率只是其最大设计功率的63.6％，若换热功率与流量成正比(实际流量较此为小)，并以此粗略估算，其阻力可以降低为原来的40.4％(阻力与流量的平方成正比)。降低了59.6％。若原来的循环效率是50％，则节电潜力约30％。对我国目前多数换热站大流量、小温差的运行方式而言，节电比例会更高，甚至达50％以上。一般而言，越寒冷的地区，节能效果越显著。虽然上面的分析是以质调节为基础进行的，但实际上它对量调节也将是有效的。因为量调节的系统也会存在换热流量要求小于用户流量要求的情况，降低换热站的内阻同样可以节能。
10.换热站的换热效率与其中工作介质的流速是正相关的。流速越高，换热效率也越高，自净能力也越强，越易于实现免维护。然而，流速越高，换热站的功率消耗也越大。本发明提供了一个在相同功耗情况下实现更高流速的方案，使得换热站可以做得体积更小，更易于实现免维护。
11.发明提供了一种新的换热站(机组)及其控制方法，它在保持现有用户资用压头不变的前提下实现了大幅度节电，同时提供了免拆换热器的维护方案，既可用于现有换热站(机组)的改造，更适合全新设计的换热站或机组。因为它不但更易于实现免维护，同时既可以工作于大流量、小温差的工况，也可以工作于标准的质调节工况，无疑也可以工作在量调节工况，具有长久的技术适应性，可以保证保护用户的投资长久受益，具有良好的社会效益和市场前景。
附图1是现有技术一个典型换热站的系统示意图。
附图2所阐述的实现本发明的方式是最简单的方式，称之为无源方式。它较传统的换热站增加了3个必不可少的装置。
附图3是本发明的另一种实施方式——有源方式中。
图中T1调节阀，T2分流管路调节阀，H换热器，TT、TT1、TT2温度传感器，TP压力传感器，Zu阀门，U用户管网，GL过滤器，B0循环泵B2分流专用泵，B1变速泵，NZ逆止阀。A、B、C、D为4个观测点，并用圆表示点，Q表示总流量，箭头表示水流方向，Q1及其箭头表示流过换热器管路的流量，Q2及其箭头表示流过分流调节管路的流量，CCU中央控制单元，ΔTP.差压传感器，Zk.短路阀，图中的虚线表示信号或者控制联系。
本发明的
具体实施例方式实施例1节能换热站或机组，其组成包括调节阀T1，与所述的调节阀T1相连的换热器H，所述的换热器H的供水管路上装有温度传感器TT和压力传感器TP，所述的供水管路、回水管路以及连接用户的管路形成二级网，所述的二级网的回水管路上装有过滤器GL和循环泵B1，所述的回水管路上还装有逆止阀NZ，在换热器冷介质入口之前至二级网的供水出口之间具有带有调节阀T2的分流管路，所述的调节阀T2的开度受控于中心控制单元。
实施例2节能换热站或机组，其组成包括调节阀T1，与所述的调节阀T1相连的换热器H，所述的换热器H的供水管路上装有温度传感器TT和压力传感器TP，所述的供水管路、回水管路以及连接用户的管路形成二级网，所述的二级网的回水管路上装有过滤器GL和循环泵B1，所述的回水管路上还装有逆止阀NZ，在换热器冷介质入口之前至二级网的供水出口之间具有带有泵B2的分流管路，所述的泵B2的流量受控于中心控制单元。所述的泵B2，将二级网回水的一部分流量直接注入到二级网供水管路，所述的循环泵B1和所述的泵B2中至少有一台是变速泵，所述的变速泵为调速装置与常规的循环泵结合而成，并且其流量受控于中心控制单元。
实施例3上述的节能换热站或机组，所述的中心控制单元为一个独立的控制器，或者是计算机控制系统、或变频器、气候补偿仪中的一个单元或软件，或者完全由人工来操作。
实施例4上述的节能换热站或机组，在换热站供回水出口之间，用户阀门之前安装有短路阀Zk，关闭用户阀门，打开短路阀，换热站(机组)可以形成一个封闭的小环路。
实施例5节能换热站或机组的控制方法，包括通过装有调节阀T2的一级网向换热器H供热，通过换热器H交换热量向装有温度传感器TT和压力传感器TP的二级网供热，通过泵B即变速泵B1或者B2维持二级网资用压头不变，在保证换热器H冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的调节阀T2的开度，使流过换热器的流量最小。
实施例6上述的节能换热站或机组的控制方法，在保证换热器冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的循环泵B1或者所述的泵B2，使流过换热器的流量最小。
实施例7上述的节能换热站或机组的控制方法，通过所述的调节阀T2周期性地减小开度或关断，对换热器H进行自净。通过调整所述的循环泵B1或者所述的泵B2，使其周期性地减小流量或停运，对换热器H进行自净。
上文所述的变速泵通常由变频器加普通水泵实现，但也完全可以用其他任何能够实现变速的动力装置加普通水泵来实现，如原动机加液力耦合器，滑差电机，绕线调速电机，变频电机，甚至原动机加机械变速来实现。
上文所述的调节阀T2一般以采用电动蝶阀较为合适，但也可以采用其他形式的阀门(如球阀)或其组合，例如，可以采用开关阀(闸阀、电磁阀等)加调节阀的形式，也可以用若干只电磁阀组成一个电磁阀组，实现阶段调节，或直接使用组合式电磁阀。
上述的节能换热站或机组的换热站出口温度是需要经常调整的，而T1和Q2的分流均会影响出口温度。因此，最简单也是常用的方法，就是根据理论计算或实际运行参数，将不同Q2的对应的出口温度制成一个表格或公式，设定出口温度时先据此设定Q2，然后根据实际情况再调整T1。
所述CCU可以使市场常规销售的产品也可以在其上面集成更多的功能，例如，可以集成变频器，使应用更加简单；增加气候传感信号(通常是室外气温)并控制调节阀T1，则能集成气候补偿功能，使整座换热站运行更经济。
总之，本发明是在普通换热站(机组)的基础上增加了可调节分流管路、循环泵调速装置(变速泵)、中心控制单元、短路阀等设备，将循环水流量Q进行了分流Q1完成热交换，Q2维持资用压头，CCU使Q1最小化，因此使换热站的内阻降低；配合变速泵及控制方法，在资用压头不变的前提下实现循环泵节电；开启短路阀，关闭用户阀，则可实现换热器免拆清洗。
权利要求
1.一种节能换热站或机组，其组成包括调节阀，与所述的调节阀相连的换热器，所述的换热器的供水管路上装有温度传感器和压力传感器，所述的供水管路、回水管路以及连接用户的管路形成二级网，所述的二级网的回水管路上装有过滤器和循环泵，所述的回水管路上还装有逆止阀，其特征是在换热器冷介质入口之前至二级网的供水出口之间具有带有调节阀或者泵的分流管路，所述的调节阀的开度或者泵的流量受控于中心控制单元。
2.根据权利要求1所述的节能换热站或机组，其特征是所述的循环泵和所述的泵中至少有一台是变速泵，所述的变速泵为调速装置与常规的循环泵结合而成。
3.根据权利要求1或2或3所述的节能换热站或机组，其特征是所述的中心控制单元为一个独立的控制器，或者是计算机控制系统、或变频器、气候补偿仪中的一个单元或软件，或者完全由人工来操作。
4.根据权利要求1或2或3所述的节能换热站或机组，其特征是在换热站供回水出口之间，用户阀门之前安装有短路阀，关闭用户阀门，打开短路阀，换热站(机组)可以形成一个封闭的小环路。
5.一种上述的节能换热站或机组的控制方法，包括通过装有调节阀的一级网向换热器供热，通过换热器交换热量向装有温度传感器和压力传感器的二级网供热，其特征是通过变速泵维持二级网资用压头不变，在保证换热器冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的调节阀的开度，使流过换热器的流量最小。
6.根据权利要求6所述的节能换热站或机组的控制方法，其特征是在保证换热器冷介质出口温度不超过允许温度和足够换热量的前提下，调整所述的循环泵或者所述的泵，使流过换热器的流量最小。
7.根据权利要求6或7所述的节能换热站或机组的控制方法，其特征是通过所述的调节阀周期性地减小开度或关断，对换热器进行自净。
8.根据权利要求6或7所述的节能换热站或机组的控制方法，其特征是通过调整所述的循环泵或者所述的泵，使其周期性地减小流量或停运，对换热器进行自净。
9.根据权利要求8所述的节能换热站或机组的控制方法，其特征是通过调整所述的循环泵或者所述的泵，使其周期性地减小流量或停运，对换热器进行自净。
全文摘要
节能换热站或机组及其控制方法，是质调节换热站(机组)及其实现节能的控制方法。现有技术是流过换热站的流量等于用户各分支流量之和，并且流过各点的流量相等。本发明的产品的组成包括调节阀T1，与调节阀T1相连的换热器H，所述的换热器H的供水管路上装有温度传感器TT和压力传感器TP，所述的供水管路、回水管路以及连接用户的管路形成二级网，所述的二级网的回水管路上装有过滤器GL和循环泵B1，所述的回水管路上还装有逆止阀NZ，在换热器冷介质入口之前至二级网的供水出口之间具有带有调节阀T2或者循环泵B2的分流管路，调节阀T2的开度或者泵B2的流量受控于中心控制单元。本发明用作节能型的换热站或者的换热机组。
文档编号F24D3/00GK1773175SQ20041004402
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月8日 优先权日2004年11月8日
发明者何学新 申请人:何学新