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CIBSE案例研究:多锅炉热负荷控制
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CIBSE案例研究:多锅炉热负荷控制

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文章摘自2013年12月版CIBSE杂志格雷厄姆·史密斯著。


热负荷控制是多炉高效运行的关键。以下是需要考虑的要点。

传统的基于温度的控制策略几乎普遍用于锅炉顺序控制。然而,尽管许多年前人们就知道这些限制,但它们经常被忽视。在这里,我们看看如何基于热负荷而不是温度的策略,可以提供更稳定的控制和高效的运行。

大多数现代锅炉和一些老锅炉,在低负荷时比在高负荷时效率更高,然而大多数传统的顺序控制系统调节一个锅炉到满负荷,然后下一个锅炉,以此类推。在低负荷下,效率的提高取决于锅炉,但通常在3%左右。
冷凝锅炉效率更高,回水温度低,但除非回水温度低于54°C,它们不工作在冷凝模式。
当返回温度低至30℃时,才会发生最大冷凝操作°C,可进一步提高效率高达8%。然而,大多数发热体所需的平均温度通常排除了如此低的返回温度。

燃烧器的选择

采用调烧器的锅炉多见于家用锅炉以上,能在部分负荷下提供更高效、更稳定的运行。然而,由于成本的原因,单级和两级燃烧器常用于较大的锅炉。

在我看来,应该尽可能使用调制燃烧器。

单级和两级燃烧器锅炉的有效顺序控制是困难的,大多数两级(高/低)燃烧器从来不在两级工作。然而,热负荷控制可以实现有效的两级操作。

需求导向控制/锅炉抑制

基于需求的控制系统和锅炉抑制已以各种形式存在多年。次级电路最好只根据需求运行,尽管这在需要考虑响应的大型系统中可能不太实际。

铅锅炉和泵应根据二次回路的需求开启(无需求时禁止)。对于许多系统,铅锅炉可以在有热水系统(HWS)需求时启动,和/或当补偿阀开启加热时启动。为了稳定运行,需要考虑最小运行时间。

干燥周期控制器

抑制锅炉以尽量减少“干循环”(在空载条件下,锅炉启动和停止以保持温度)的控制器通常基于流动和回流温差和时间延迟。

干循环控制器已被发现干扰锅炉吹扫循环,创造潜在的爆炸条件,抑制有效的锅炉顺序控制和减少锅炉在低负荷下的调制,从而降低而不是提高锅炉效率。
这些控制器相对昂贵,在我看来,基于需求的控制策略更安全、更有效、更有价值。

变流量的一次和二次回路

现代锅炉通常有单独的泵,并通过一个共同的集管并联到二次回路。当不是所有的锅炉都在运行时,这会在一次回路中产生可变流量并增加温差。

当所有锅炉都不在线时,为了防止二次回路温度的稀释,二次回路也必须是变流量的。
这通常通过通过补偿电路混合阀从集管中创建一个可变抽流来有效地实现,尽管其他系统可能需要替代措施。

探测隔离

这在大多数建筑中提供了许多优点。
冷凝锅炉可以在较低的温度下运行,或者在HWS与加热无关的情况下直接补偿更容易。在夏季关闭采暖锅炉的情况下,泵送和站立损失也会减少。

HWS可由使用点热水器提供,或在需求较大的地方由冷凝燃气燃烧的瞬时/半储存装置提供。

传统锅炉顺序控制系统

传统的多联锅炉由锅炉一次回路流量或回温控制,往往不稳定或控制无效。

从返回温度控制通常被认为是更稳定的,但只能在主要流量恒定的情况下使用,因为返回温度只代表在这种情况下的负载。许多系统设计人员对这一点仍然知之甚少。

对于具有调节燃烧器和独立泵的锅炉,流量温度顺序控制是有效的。许多现代锅炉有0-10V的控制功能,这允许燃烧器的直接调制控制,或设定点重置直接补偿锅炉。如果使用燃烧器的直接调制控制,单个锅炉控制应符合BS EN 15501 -1: 2012燃气锅炉,并应通过燃烧器调制将最大出口温度限制在高极限温度以下的安全范围内,无论0-10V信号如何。许多包装锅炉控制使用PID控制回路预先设置,以提供最一致的燃烧器调制在所有负荷条件下。流量温度顺序控制必须允许泵/锅炉的启动和停止,稳定的控制需要仔细调试。也可以设置流量温度顺序控制的输出级,以提供更高效的运行。

然而,流量温度顺序控制调试不良是普遍现象,经常导致所有锅炉连续运行。比例频带和积分作用时间的增加迅速提供了稳定的运行,但如果没有适当的调试见证,这可能永远不会被注意到。

流量-温度顺序控制设定点应略低于锅炉设定点(或补偿),以避免顺序控制和锅炉控制之间的相互作用。

热负荷控制

热负荷由流动和回流温度和流速(Q=MC°t),或通过一个模拟热输出的热计,以kW为单位。大多数现代建筑管理系统可以计算Q=MC°T,所以热计不是必需的,但可以使用。
磁性流量计被认为是最准确的,有最大的压下。超声波是更常见和通常使用的,例如,作为可再生热激励(RHI)应用的热计的固有部分。磁性和RHI热计是插入式仪表,而钳式超声波仪表也可用。

夹紧式仪表不如插入式仪表准确,但灵活地重新定位到正确的位置是有益的。

一般管道的最小直长上游为10D,下游为5D。这需要与插入流量计的流量计具有相同的ID。有些超声流量计理想情况下需要上游20D,下游10D,但通常已经发现,对于热负荷控制目的,10D/5D已经足够精确。CJ

热流控制的优点和缺点

热负荷控制的优点包括:

  • 锅炉运行更加稳定,特别是在低负荷时
  • 锅炉运行更高效,因为可以根据锅炉最经济的运行设置控制,通常是在最低火灾以上的低负荷
  • 锅炉温度设置与顺序控制之间没有相互作用的风险,这往往导致流量温度顺序控制无效
  • 有效控制高/低火锅炉是可能的
  • 有效控制不同尺寸/类型锅炉的组合
  • 有效控制锅炉未达到额定出口温度的情况
  • 通常更快速和有效的调试
  • 锅炉只有通过热负荷控制才能启动;因此,锅炉的稳定燃烧完全是锅炉供应商的责任
  • 可采用锅炉直接补偿(通过0-10v信号复位设定值),改善凝汽运行
  • 通常是控制二价体系的唯一有效方法。

缺点包括:

  • 额外的资金成本,但这是偿还与长期有效的控制
  • 系统集成商需要了解操作原理,并考虑到有效热负荷控制所必需的因素。
  • 对于有效的热负荷控制,以下因素是必不可少的:
  • 流量计必须正确安装和调试
  • 需要匹配的流量和回流温度传感器
  • 铅锅炉应根据需求(或最佳启动)启动,因为当流量和回流温度相等时,系统启动时没有检测到负载。滞后或后续锅炉根据热负荷启动
  • 锅炉通常通过其包装的控制装置来控制锅炉出口温度