多效节能板式换热机组及其控制方法.pdf

本发明公开了一种多效节能换热机组及其控制方法，所述换热机组包括板式换热器、循环泵、补水泵、电动调节阀、过滤器、温度传感器、压力传感器、室外温度传感器、中心电脑控制器，以及附属管阀。所述换热器为两台，一台完成标定换热量的80%，一台完成标定换热量的50%。所述两台换热器并排摆放，常规接管配置为并联使用，在两台换热器之间布置两条立管管线，分别联通一次侧进出管线，二次侧进出管线，并布置止回阀，防止并联使用时流体短路。两台换热器间放置电动截止阀（全自动）或蝶阀（半自动），以达到流体转向。该机组可根据工况日常规变化做出微调，也可根据时令变化做出大的调节，充分发挥换热器的换热性能，降低动力消耗，以达到节能减排的效果。

权利要求书
1.  一种多效节能板式换热机组，包括80%负荷换热器（1），50%负荷换热器（2），循环泵（3）、补水泵（4）、电动碟阀、过滤器（9）、温度传感器、压力传感器、室外温度传感器（16）、中心电脑控制器（17）、电动调节阀（18）、超压泄放系统（19）、补水泵变频器（20）、循环泵变频器（21）；其特征在于：与热源出口连接的一次进总管通过电动调节阀（18）分别与80%负荷换热器（1）一次水进口和50%负荷换热器（2）的一次水进口连接；该50%负荷换热器（2）的一次水进口与一次进总管之间设置第三电动蝶阀（6）；该80%负荷换热器（1）的一次水出口分别连接一次出总管以及50%负荷换热器（2）的一次水进口连接；所述一次出总管与该80%负荷换热器（1）的一次水出口之间设置第一电动蝶阀（5）；二次进总管分别与80%负荷换热器（1）的二次水进口以及50%负荷换热器（2）的二次水进口连接；该80%负荷换热器（1）的二次水进口与二次进总管之间设置第二电动蝶阀（7）；二次出总管分别连接80%负荷换热器（1）的二次水出口以及50%负荷换热器（2）的二次水出口；在二次出总管与50%负荷换热器（2）的二次水出口之间设置有第四电动蝶阀（8）；所述第一至第四电动蝶阀（5、6、7、8）与中心电脑控制器（17）连接。

2.  根据权利要求1所述的一种多效节能板式换热机组，其特征在于：所述温度传感器包括分别设置在一次进总管上的第一温度传感器（10）、设置在一次出总管上的第二温度传感器（11）、设置在二次进总管上的第三温度传感器（12）以及设置在二次出总管上的第四温度传感器（13）。

3.  根据权利要求1所述的一种多效节能板式换热机组，其特征在于：所述压力传感器包括设置在二次进总管上的第一压力传感器（14）以及设置在二次出总管上的第二压力传感器（15）。

4.  根据权利要求1、2或3所述的一种多效节能板式换热机组，其特征在于：分别连接50%负荷换热器的二次水进口和80%负荷换热器的二次水进口的二次进总管上设置有循环泵（3），该循环泵（3）接变频器（21）；循环泵（3）进口连接接二次进总管上的所述压力传感器（14）；补水进口通过补水泵（4）连接到所述二次进总管，所述补水泵（4）一端与补水变频器（20）连接；与循环泵（3）出口连接超压泄放系统（19）。

5.  根据权利要求4所述的一种多效节能板式换热机组，其特征在于：所述温度传感器、压力传感器、电动调节阀、电动蝶阀、超压泄放系统 (19）分别连接中心电脑控制器（17）；中心电脑控制器（17）连接室外温度传感器（16）。

6.  一种控制如权利要求1所述的多效节能换热机组的控制方法，特征在于：1）将50%负荷换热器（2)和80%符合换热器（1）并排布置；
2）一次总管的进水口通入热源，将一次侧水设定为高温侧，所述高温侧的换热介质是热水或者蒸汽；将二次侧水设定为低温侧，所述低温侧的热介质是水；
3）通过中心电脑控制器（17）对第一至第四电动蝶阀（5、6、7、8）的开启进行控制，通过四个电动蝶阀的开启、关闭的不同组合，实现50%负荷换热器和80%负荷换热器串联或者并联使用；
4）利用第一压力传感器（14）采集二次回水压力P1，利用第二压力传感器（15）采集二次供水压力P2，计算二次供回水压力差信号P3=P2-P1；
5）依据采集特征P1与预设阀值P1＇比对，当P1低于预设值P１＇, 中心电脑控制器（17）控制补水泵启停、变频，来维持P1在预设值P１＇范围内，已达到系统恒压目的；
6）依据计算特征P3值与预设值P３＇比对，中心电脑控制器（17）控制循环水泵变频，来维持P3在预设值P3＇范围内,以达到系统恒压差循环目的；
7）利用第一温度传感器（10）采集一次热源供水温度T1，利用第二温度传感器（11）采集一次热源回水温度T2，利用第三温度传感器（12）采集二次回水温度T3，利用第四温度传感器（13）采集二次供水温度T4，计算一次供回温差T5=T1-T2，计算二次供回温差T6=T4-T3；
8）依据一次供回水温差T5与预设值T5＇比对，中心电脑控制器（17）控制电动调节阀，维持T5在预设值T5＇范围内，以达到控制热源提供热量的目的；
9)依据二次出水温度T4与预设值T4＇对比，中心电脑控制器（17）控制一次侧电动调节阀，维持T4在预设值T4＇范围内，以达到控制二次水供水温度，以保障为用户提供有效率的热源；
10)依据一次水供回水温差T5与预设值T5＇对比，二次侧供回水温度T3、T4以及供回水温差T6与预设值T3＇、T4＇、T6＇对比，中心电脑控制器（17）控制第一至第四电动蝶阀（5、6、7、8）转换任意单台、双台并联、双台串联模式，已达到多效换热的目的。

7.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一至第四电动蝶阀（5、6、7、8）全部开启，使50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式；一次水与二次水都以并联方式换热。

8.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一至第四电动蝶阀（5、6、7、8）全部关闭，使50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式；一次水与二次水都以串联方式换热。

9.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第二电动蝶阀（6）关闭，将第三电动蝶阀（7）和第四电动蝶阀（8）开启；一次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式下换热；二次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式下换热。

10.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第二电动蝶阀（6）开启，将第三电动蝶阀（7）和第四电动蝶阀（8）关闭；二次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式下换热；一次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式下换热。

11.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第三电动蝶阀（7）开启，将第二电动蝶阀（6）和第四电动蝶阀（8）关闭；80%负荷换热器单独使用，一次水和二次水都通过该80%负荷换热器换热。

12.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第三电动蝶阀（7）关闭，将第二电动蝶阀（6）和第四电动蝶阀（8）开启；50%负荷换热器单独使用，一次水和二次水都通过该50%负荷换热器换热。

说明书多效节能板式换热机组及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种换热机组及其控制方法，尤其涉及一种多效节能板式换热机组及其控制方法，该机组适用于煤矸石烧制砖余热回收。 
背景技术
板式换热器作为换热器中的一种形式，自其出现以来，凭借其热效率高、结构紧凑、占地面积小、操作灵活、应用范围广、热损失小、安装拆卸方便、使用寿命长等优点，在换热领域占有了一席之地。具体特点表现如下：传热系数高、适用末端温差小的工况、占地面积小、容易改变换热面积和流程组合、相对重量轻，同等换热面积等特点。 
煤矸石烧砖是在专用烧砖机中进行的，烧砖过程中产生的热量被水吸收，产生低压水蒸汽。这些低压蒸汽是直接用于供暖的，问题一是热量损失大，二是供热不稳定。那么更有效的利用其烧制过程中的能源，就成为了一个课题。 
供热的目的是给用户提供一个满足室温在18-22度的适宜生活的环境，其稳定性对于用户而言是最为重要的。但是由于气温变化、用户数量的增减，都对其稳定性构成了影响。单体板式换热机由于无法有效调节温度，因此，在供热过程中也无法提供可调节温度的热水，不能买足用户自选供暖温度的需求。所以，一种可变可调的换热机组，就有效地体现了其节能效果。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多效节能板式换热机组及其控制方法，能够实现有效回收一次侧煤矸石烧砖所产生的能源并将其有效的提供给供热用户，充分利用回收能源，多档控制，稳定的为用户提供供热。 
本发明为解决上述问题，而采用以下技术方案，提供一种多效节能板式换热机组，包括80%负荷换热器，50%负荷换热器，循环泵、补水泵、电动碟阀、过滤器、温度传感器、压力传感器、室外温度传感器、中心电脑控制器、电动调节阀、超压泄放系统、补水泵变频器、循环泵变频器；与热源出口连接的一次进总管通过电动调节阀分别与80%负荷换热器一次水进口和50%负荷换热器的一次水进口连接；该50%负荷换热器的一次水进口与一次进总管之间设置第三电动蝶阀；该80%负荷换热器的一次水出口分别连接一次出总管以及50%负荷换热器的一次水进口连接；所述一次出总管与该80%负荷换热器的一次水出口之间设置第一电动蝶阀；二次进总管分别与80%负荷换热器的二次水进口以及50%负荷换热器的二次水进口连接；该80%负荷换热器的二次水进口与二次进总管之间设置第二电动蝶阀；二次出总管分别连接80%负荷换热器的二次水出口以及50%负荷换热器的二次水出口；在二次出总管与50%负荷换热器的二次水出口之间设置有第四电动蝶阀；所述第一至第四电动蝶阀与中心电脑控制器连接。 
为解决现有技术中存在的问题，本申请还提供了一种控制上述多小节能换热机组的控制方法，通过以下各步骤 进行控制。1、将50%负荷换热器和80%符合换热器并排布置；2、一次总管的进水口通入热源，将一次侧水设定为高温侧，所述高温侧的换热介质是热水或者蒸汽；将二次侧水设定为低温侧，所述低温侧的热介质是水；3、通过中心电脑控制器对第一至第四电动蝶阀的开启进行控制，通过四个电动蝶阀的开启、关闭的不同组合，实现50%负荷换热器和80%负荷换热器串联或者并联使用。4、利用第一压力传感器采集二次回水压力P1，利用第二压力传感器采集二次供水压力P2，计算二次供回水压力差信号P3=P2-P1；5、依据采集特征P1与预设阀值P1＇比对，当P1低于预设值P１＇, 中心电脑控制器控制补水泵启停、变频，来维持P1在预设值P１＇范围内，已达到系统恒压目的；6、依据计算特征P3值与预设值P３＇比对，中心电脑控制器控制循环水泵变频，来维持P3在预设值P3＇范围内,以达到系统恒压差循环目的；7、利用第一温度传感器采集一次热源供水温度T1，利用第二温度传感器采集一次热源回水温度T2，利用第三温度传感器采集二次回水温度T3，利用第四温度传感器采集二次供水温度T4，计算一次供回温差T5=T1-T2，计算二次供回温差T6=T4-T3；8、依据一次供回水温差T5与预设值T5＇比对，中心电脑控制器控制电动调节阀，维持T5在预设值T5＇范围内，以达到控制热源提供热量的目的；9、依据二次出水温度T4与预设值T4＇对比，中心电脑控制器控制一次侧电动调节阀，维持T4在预设值T4＇范围内，以达到控制二次水供水温度，以保障为用户提供有效率的热源；10、依据一次水供回水温差T5与预设值T5＇对比，二次侧供回水温度T3、T4以及供回水温差T6与预设值T3＇、T4＇、T6＇对比，中心电脑控制器控制第一至第四电动蝶阀转换任意单台、双台并联、双台串联模式，已达到多效换热的目的。 
本发明的多效节能板式换热机组，处理能源转移的能力是可变的，可标定最大的能源转移为额定的130%，最低转移能源为额定的50%，分为6个档位（50%单机，80%单机，130%串，130%并,一次串二次并，一次并二次串），中间使用循环泵变频平滑调节。 
本发明有效且宽泛的调控能力，比对现有技术，有如下的有益效果：一、在煤矸石余热回收方面，能够更有效的适应实时工况条件的变化，高效的回收其在生产中产生的能源。二，在供暖方面，能够更有效的提供给用户舒适的生活环境所必须的能源。三，合理的温差控制，有效的节约动力能源。四、运行更为稳定，调节范围宽泛。五，因其有效的调节能力，可应用于对流质出口温度、换热量要求更为严格的工况。 
附图说明
图1为本发明的多效节能板式换热机组的结构示意图。 
图中：
1、80%负荷换热器；2、50%负荷换热器；3、循环泵；4、补水泵；5、第一电动蝶阀；6、第二电动蝶阀；7、第三电动蝶阀；8、第四电动蝶阀；9、过滤器；10、第一温度传感器；11、第二温度传感器；12、第三温度传感器；13、第四温度传感器；14、第一压力传感器；15、第二压力传感器；16、 室外温度传感器；17、中心电脑控制器；18、电动调节阀；19、超压泄放系统；20、补水变频器、21、循环水变频器。
具体实施方式
如附图1所示，本多效节能板式换热机组包括80%负荷换热器1、50%负荷换热器2、循环泵3、补水泵4、电动碟阀、过滤器9、温度传感器、压力传感器、室外温度传感器16、中心电脑控制器17、电动调节阀18、超压泄放系统19、补水泵变频器20、循环泵变频器21。与热源出口连接的一次进总管通过电动调节阀18分别与80%负荷换热器1一次水进口和50%负荷换热器2的一次水进口连接；该50%负荷换热器2的一次水进口与一次进总管之间设置第三电动蝶阀6。该80%负荷换热器1的一次水出口分别连接一次出总管以及50%负荷换热器2的一次水进口连接。所述一次出总管与该80%负荷换热器1的一次水出口之间设置第一电动蝶阀5；二次进总管分别与80%负荷换热器1的二次水进口以及50%负荷换热器2的二次水进口连接。该80%负荷换热器1的二次水进口与二次进总管之间设置第二电动蝶阀7；二次出总管分别连接80%负荷换热器1的二次水出口以及50%负荷换热器2的二次水出口；在二次出总管与50%负荷换热器2的二次水出口之间设置有第四电动蝶阀8；所述第一至第四电动蝶阀与中心电脑控制器17连接。 
温度传感器包括分别设置在一次进总管上的第一温度传感器10、设置在一次出总管上的第二温度传感器11、设置在二次进总管上的第三温度传感器12以及设置在二次出总管上的第四温度传感器13。 
压力传感器包括设置在二次进总管上的第一压力传感器14以及设置在二次出总管上的第二压力传感器15。 
分别连接50%负荷换热器的二次水进口和80%负荷换热器的二次水进口的二次进总管上设置有循环泵3，该循环泵3接变频器21；循环泵3进口连接接二次进总管上的所述压力传感器14。补水进口通过补水泵4连接到所述二次进总管，所述补水泵4一端与补水变频器20连接；与循环泵3出口连接超压泄放系统19。 
温度传感器、压力传感器、电动调节阀、电动蝶阀、超压泄放系统 19分别连接中心电脑控制器17；中心电脑控制器17连接室外温度传感器16。 
根据附图1示出的多效节能换热机组，控制该换热机组的方法如下：1、将50%负荷换热器2和80%符合换热器1并排布置。 
2、一次总管的进水口通入热源，将一次侧水设定为高温侧，所述高温侧的换热介质是热水或者蒸汽；将二次侧水设定为低温侧，所述低温侧的热介质是水。3、通过中心电脑控制器17对第一至第四电动蝶阀的开启进行控制，通过四个电动蝶阀的开启、关闭的不同组合，实现50%负荷换热器和80%负荷换热器串联或者并联使用。4、利用第一压力传感器14采集二次回水压力P1，利用第二压力传感器15采集二次供水压力P2，计算二次供回水压力差信号P3=P2-P1。5、依据采集特征P1与预设阀值P1＇比对，当P1低于预设值P１＇, 中心电脑控制器17控制补水泵启停、变频，来维持P1在预设值P１＇范围内，已达到系统恒压目的。6、依据计算特征P3值与预设值P３＇比对，中心电脑控制器17控制循环水泵变频，来维持P3在预设值P3＇范围内,以达到系统恒压差循环目的。7、利用第一温度传感器10采集一次热源供水温度T1，利用第二温度传感器11采集一次热源回水温度T2，利用第三温度传感器12采集二次回水温度T3，利用第四温度传感器13采集二次供水温度T4，计算一次供回温差T5=T1-T2，计算二次供回温差T6=T4-T3。8、依据一次供回水温差T5与预设值T5＇比对，中心电脑控制器17控制电动调节阀，维持T5在预设值T5＇范围内，以达到控制热源提供热量的目的。9、依据二次出水温度T4与预设值T4＇对比，中心电脑控制器17控制一次侧电动调节阀，维持T4在预设值T4＇范围内，以达到控制二次水供水温度，以保障为用户提供有效率的热源。10、依据一次水供回水温差T5与预设值T5＇对比，二次侧供回水温度T3、T4以及供回水温差T6与预设值T3＇、T4＇、T6＇对比，中心电脑控制器17控制第一至第四电动蝶阀转换任意单台、双台并联、双台串联模式，已达到多效换热的目的。 
通过中心电脑控制器17将第一至第四电动蝶阀全部开启，使50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式；一次水与二次水都以并联方式换热。 
通过中心电脑控制器17将第一至第四电动蝶阀全部关闭，使50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式；一次水与二次水都以串联方式换热。 
通过中心电脑控制器17将第一电动蝶阀5和第二电动蝶阀6关闭，将第三电动蝶阀7和第四电动蝶阀8开启；一次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式下换热；二次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式下换热。 
通过中心电脑控制器17将第一电动蝶阀5和第二电动蝶阀6开启，将第三电动蝶阀7和第四电动蝶阀8关闭；二次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于串联换热模式下换热；一次水在50%负荷换热器和80%负荷换热器处于并联换热模式下换热。 
通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第三电动蝶阀（7）开启，将第二电动蝶阀（6）和第四电动蝶阀（8）关闭；80%负荷换热器单独使用，一次水和二次水都通过该80%负荷换热器换热。 
通过中心电脑控制器（17）将第一电动蝶阀（5）和第三电动蝶阀（7）关闭，将第二电动蝶阀（6）和第四电动蝶阀（8）开启；50%负荷换热器单独使用，一次水和二次水都通过该50%负荷换热器换热。 
    中心电脑控制器（17）配以记忆功能，将下述参数在调试期予以记忆，通过室外温度传感器（16）采集温度T7,循环泵调定频率f,电动蝶阀控制模式（及换热器组合模式）。 
下面，以一定工况来阐述该发明本身的节能效果以及提供煤矸石节能回收的可行性效果。 
    工况所在地：吉林省长春市 
    坐标：北纬 43°05′-45°15′，东经124°18′-127°02′； 
    取暖季节室外温度范围为 0℃～-35 ℃，昼夜温差10～15℃。 取暖季节单位居住面积热负荷20～60W。供暖面积为50000㎡，取暖季节总热负荷为1.0MW～3.0MW。    
    高温侧（一次侧）热源介质：进口0.3公斤饱和蒸汽，温度133度，出口65度水(充分利用热源)。低温侧（二次侧）冷介质：设定进口50度水，出口70度水。对数温差为35度
设计方案：室外温度为-35 ℃，按满负荷设计。如按常规设计，选择一台换热器，因其角孔流速限定，选择BR1.0版型，如按本发明的节能机组设计，选择两台并联，只需BR0.65版型即可适用，且常规设计还会浪费大量的换热面积，不能体现板式换热器高效的性能。
     下面，我们以BR0.65版型进行校核，设定一台面积为13㎡，一台为21㎡，板间流速0.8m/s，传热系数为3300W/(㎡. ℃)，有裕度30%。此时流量为满负荷流量一次侧为4.4T/h,二次侧为13T/h。 
    具体调节步骤如下：当室外温度为-15 ℃，设定低温侧进口温度为50度水，出口为60度水，热负荷为2MW，此时控制其开启单台换热，打开面积为21㎡换热器，经计算，板间流速仍为0.8m/s，传热系数仍维持在3300W/(㎡. ℃)高效范围，二次流量通过变频调整为8.7 T/h，在此条件下，仍以高效的换热效果满足了供热要求。当室外温度为0 ℃，设定低温侧进口温度为40度水，出口为50度水，热负荷为1MW，此时控制其开启单台换热，打开面积为13㎡换热器，经计算，板间流速为0.7m/s，传热系数仍维持在3200W/(㎡. ℃)高效范围，二次流量通过变频调整为4.3 T/h，在此条件下，仍以高效的换热效果满足了供热要求。 
综上所述，该机组始终高效的运行，且动力消耗随着工况的变化，能够有效的节约动力能源，且充分的回收了煤矸石烧制砖所产生的余热，将冷凝水降温至65度以下。且换热器也提供了串行方案，热侧流量小时，可以串联接入，可以讲冷凝水温度降至接近冷侧入口端温度。 
    本说明书中所述的只是本发明的具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。