информационно-измерительная и управляющая система оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения

Формула изобретения

Информационно-измерительная и управляющая система оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения, содержащая первый контур с источником тепла (газовый котел), теплообменник, второй контур тепловой сети, датчик температуры в прямом трубопроводе первого контура, датчик температуры в обратном трубопроводе второго контура, датчик давления в прямом трубопроводе второго контура, узел управления процессом горения в котле, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены регулятор подачи газа, датчик расхода газа, вентилятор, датчик температуры воздуха, датчик расхода воздуха, датчик температуры сбросных газов, счетчик производимой тепловой энергии, многоканальный микропроцессорный блок контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, блок памяти, диспетчерский центр приема информации, систему теплоснабжения, узел управления потреблением тепловой энергии, причем первый контур с источником тепла (газовый котел), первый выход которого связан с входом датчика температуры сбросных газов и через теплообменник связан со вторым контуром тепловой сети, соединен с входом датчика температуры в прямом трубопроводе первого контура, три выхода второго контура связаны с входами датчика температуры в обратном трубопроводе, датчиком давления в прямом трубопроводе, счетчиком производимой тепловой энергии, выходы которых связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, выход регулятора подачи газа посредством датчика расхода газа связан с первым входом котла, выход вентилятора посредством датчика температуры воздуха, датчика расхода воздуха связан со вторым входом котла, выходы датчика расхода газа, датчика расхода воздуха, датчика температуры воздуха, датчика температуры сбросных газов связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, первый выход которого связан с входом блока памяти, второй выход связан с входом диспетчерского центра приема информации, второй, третий, четвертый входы диспетчерского центра приема информации соединены с выходами системы теплоснабжения, посредством узлов управления потреблением тепловой энергии четвертый, пятый, шестой выходы второго контура соединены с входами систем теплоснабжения, выход диспетчерского центра приема информации посредством узла управления процессом горения в котле соединен с входами регулятора подачи газа и вентилятора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам теплоснабжения городов и других населенных пунктов и может быть использовано для автоматического учета расхода тепла в системах теплоснабжения.

Известна автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системах теплоснабжения (Пат. РФ № 2144162, МПК⁷ F24D 19/10. Автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системах теплоснабжения, заявл. 16.07.96; опубл. 10.01.2000. Бюл. № 1).

Автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системе теплоснабжения содержит один источник тепла, трубопроводы тепловой сети с датчиками температуры, датчики давления, статические преобразователи мощности или датчики тока и напряжения, снабжена системой передачи данных, информационный центр.

Недостаток такой системы заключается в том, что не рассматриваются двухконтурные системы отопления с использованием частотных преобразователей для синхронного регулирования подачи теплоносителя в контурах тепловой сети.

Наиболее близким к изобретению является адаптивная система управления исполнительными устройствами объектов теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства (Пат. РФ № 2425292, МПК⁸ F24D 19/10. Адаптивная система управления исполнительными устройствами объектов теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, заявл. 26.01.2010; опубл. 27.07.2011).

Адаптивная система управления исполнительными устройствами объектов теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, содержащая первый контур с источником тепла и блоком управления, сетевой насос с выходом на теплообменник, второй контур тепловой сети с циркуляционным насосом и двигателем, управляемым частотным преобразователем, насосы и двигатели, управляемые частотными преобразователями в каждом из N потребителей тепловой энергии, датчики температуры и давления в подающих и обратных трубопроводах первого и второго контуров тепловой сети и в каждом из N потребителей тепловой энергии, дополнительно введены в каждый из N территориально распределенных потребителей тепловой энергии первый и второй блоки сравнения перепадов давлений, задатчик допустимого перепада давлений, блок сравнения перепадов температур, задатчик допустимого перепада температур, задатчик температуры в обратном трубопроводе, блок сравнения температуры в обратном трубопроводе, задатчик допустимого давления в подающем трубопроводе, блок сравнения допустимого давления, ограничитель по давлению, первый, второй и третий масштабирующие усилители потребителей тепловой энергии, сумматор-корректор управляющих сигналов, задатчик потребляемой тепловой энергии, инвертор, приемопередатчик потребителя тепловой энергии, в управление источником тепловой энергии дополнительно введены N-канальный приемопередатчик, где N - количество территориально-распределенных потребителей тепловой энергии, N корректирующих задатчиков потребителей тепловой энергии, N сигнализаторов превышения допустимого перепада давлений в каждом из N потребителей тепловой энергии, сумматор расхода теплоносителя потребителей тепловой энергии, задатчик расхода теплоносителя потребителей тепловой энергии, блок сравнения расхода теплоносителя потребителей тепловой энергии, сумматор температур в подающих и обратных трубопроводах потребителей тепловой энергии, первый, второй и третий делители на N, блок сравнения температур в подающих и обратных трубопроводах, блок сравнения допустимых перепадов температур в обратных трубопроводах, задатчик допустимых перепадов температур в обратных трубопроводах, сумматор давлений в подающих трубопроводах потребителей тепловой энергии, блок сравнения давлений в подающих трубопроводах, задатчик перепада давлений второго контура, блок сравнения давлений второго контура, первый задатчик температур в подающих трубопроводах, второй задатчик температуры в подающем трубопроводе первого контура, первый и второй блоки сравнения температуры в подающем трубопроводе первого контура, первый, второй и третий масштабирующие усилители второго контура, сумматор управляющих сигналов второго контура, блок сравнения частотного преобразователя второго контура, задатчик частотного преобразователя второго контура.

Недостатком известного прототипа является отсутствие мониторинга технологического процесса производства тепловой энергии.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства путем управления целым рядом распределенных объектов теплоснабжения (10-20 котельных) с целью повышения их эффективности в соответствии с концепцией «наилучших доступных технологий».

Суть предлагаемой системы состоит в следующем:

1. Необходимо знать энергозатраты объекта теплоснабжения при производстве тепловой энергии, т.е. необходим мониторинг данного теплового объекта.

2. Важно повысить энергоэффективность работы объекта теплоснабжения при производстве тепловой энергии, т.е. надо управлять процессом производства тепловой энергии.

3. Нужно производить такое количество тепловой энергии, которое необходимо потребителю, т.е. правильно будет производить ее в соответствии с запросами системы теплоснабжения.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем первый контур с источником тепла (газовый котел), теплообменник, второй контур тепловой сети, датчик температуры в прямом трубопроводе первого контура, датчик температуры в обратном трубопроводе второго контура, датчик давления в прямом трубопроводе второго контура, узел управления процессом горения в котле, регулятор подачи газа, датчик расхода газа, вентилятор, датчик температуры воздуха, датчик расхода воздуха, датчик температуры сбросных газов, счетчик производимой тепловой энергии, многоканальный микропроцессорный блок контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, блок памяти, диспетчерский центр приема информации, систему теплоснабжения, узел управления потреблением тепловой энергии, причем первый контур с источником тепла (газовый котел), первый выход которого связан с входом датчика температуры сбросных газов и через теплообменник связан со вторым контуром тепловой сети, соединен с входом датчика температуры в прямом трубопроводе первого контура, три выхода второго контура связаны с входами датчика температуры в обратном трубопроводе, датчиком давления в прямом трубопроводе, счетчиком производимой тепловой энергии, выходы которых связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, выход регулятора подачи газа посредством датчика расхода газа связан с первым входом котла, выход вентилятора посредством датчика температуры воздуха, датчика расхода воздуха связан со вторым входом котла, выходы датчика расхода газа, датчика расхода воздуха, датчика температуры воздуха, датчика температуры сбросных газов связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, первый выход которого связан с входом блока памяти, второй выход связан с входом диспетчерского центра приема информации, второй, третий, четвертый входы диспетчерского центра приема информации соединены с выходами системы теплоснабжения, посредством узлов управления потреблением тепловой энергии четвертый, пятый, шестой выходы второго контура соединены с входами систем теплоснабжения, выход диспетчерского центра приема информации посредством узла управления процессом горения в котле соединен с входами регулятора подачи газа и вентилятора.

Информационно-измерительная и управляющая система оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения содержит первый контур с источником тепла (газовый котел) 1, первый выход которого связан с входом датчика температуры сбросных газов 2 и через теплообменник 3 связан со вторым контуром тепловой сети, первый контур с источником тепла 1 соединен с входом датчика температуры 4 в прямом трубопроводе первого контура, три выхода второго контура связаны с входами датчика температуры в обратном трубопроводе 5, датчиком давления в прямом трубопроводе 6, счетчиком тепловой энергии 7, выходы которых связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии 8, выход регулятора подачи газа 9 посредством датчика расхода газа 10 связан с первым входом котла 1, выход вентилятора 11 посредством датчика температуры воздуха 12, датчика расхода воздуха 13 связан со вторым входом котла 1, выходы датчика расхода газа 4, датчика расхода воздуха 13, датчика температуры воздуха 12, датчика температуры сбросных газов 2 связаны с входами многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии 8, первый выход которого связан с входом блока памяти 14, второй выход связан с первым входом диспетчерского центра приема информации 15, второй, третий, четвертый входы диспетчерского центра приема информации 15 соединен с выходом системы теплоснабжения 17, посредством узлов управления потреблением тепловой энергии 18 четвертый, пятый, шестой выходы второго контура соединены с входами систем теплоснабжения 17, выход диспетчерского центра приема информации 15 посредством узла управления процессом горения в котле 16 соединен с входами регулятора подачи газа 9 и вентилятора 11.

Такое техническое решение расширяет функциональные возможности устройства за счет передачи информации о технологических параметрах производства тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения с помощью сотовой связи.

Информационно-измерительная и управляющая система оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения - единая система, структурно состоящая из многоканальных микропроцессорных блоков контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии, устанавливаемых на распределительных объектах теплоснабжения, диспетчерского пункта для сбора, обработки и хранения информации, и системы теплоснабжения.

На фиг.1 показана схема информационно-измерительная и управляющая системы оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения.

Информационно-измерительная система оптимизации производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения работает следующим образом: источник тепла (газовый котел) 1 вырабатывает тепловую энергию, которую посредством теплообменника 3 передают во второй контур тепловой сети и, затем, передают в систему отопления.

Первый контур с источником тепла (газовый котел) соединен с датчиком температуры в прямом трубопроводе первого контура 4.

Второй контур тепловой сети соединен с датчиком температуры в обратном трубопроводе второго контура 5, датчиком давления в прямом трубопроводе второго контура 6, счетчиком производимой тепловой энергии 7.

Природный газ подают в регулятор подачи газа 9, и затем он поступает в источник тепла - газовый котел 1 через датчик расхода газа 10. Также в газовый котел 1 подают воздух из вентилятора 11, который проходит через датчик температуры воздуха 12 и датчик расхода воздуха 13.

На каждом распределительном объекте теплоснабжения устанавливают многоканальный микропроцессорный блок контроля энергосбережения при производстве тепловой энергии 8, включающий в себя встроенное устройство связи с объектом, микропроцессор обработки данных и GSM-модуль для передачи информации по GSM-связи. Также многоканальный микропроцессорный блок включает в себя аккумуляторную батарею для обеспечения бесперебойной работы, в случае пропадания сетевого напряжения. Представленный многоканальный микропроцессорный блок 8 производит индивидуальные измерения технологических параметров каждого объекта теплоснабжения, из ряда обслуживаемых предлагаемой в проекте системой, путем снятия их с датчика температуры сбросных газов 2, датчика температуры в прямом трубопроводе первого контура 4, датчика температуры в обратном трубопроводе второго контура 5, датчика давления в прямом трубопроводе второго контура 6, счетчика производимой тепловой энергии 7, датчика расхода газа 10, датчика температуры воздуха 12, датчика расхода воздуха 13 по отдельным каналам в реальном масштабе времени и передает собранные данные на диспетчерский пункт приема информации 15 по каналу GSM для обработки.

Обработка представляет собой следующее: из полученных данных формируют обобщенный интегральный показатель для выявления мест наименьшей эффективности процесса производства тепловой энергии (узких мест). Этот показатель характеризует эффективность работы оборудования, производящего тепловую энергию, котлов, котельных и т.д. Обобщенный интегральный показатель эффективности сравнивают с технологическими затратами, предусмотренных концепцией «наилучших доступных технологий» производства тепловой энергии (наилучшая существующая технология - технология, основанная на последних достижениях науки и техники, которая направлена на снижение негативного воздействия на природу). По результатам этого сравнения по соответствующим методикам принимают необходимое решение для управления технологическим процессом производства тепловой энергии для каждого объекта теплоснабжения. Управленческое решение при помощи узла управления процессом горения в котле 16 передают на регулятор подачи газа 9 и вентилятор 11, задавая оптимальные параметры удельных затрат на производство тепловой энергии.

При работе в штатном режиме информацию с многоканального микропроцессорного блока контроля энергосбережения 8 ежесуточно передают в диспетчерский центр приема информации 15. Наряду с этим, в предлагаемом многоканальном микропроцессорном блоке контроля энергосбережения предусмотрена возможность заносить снятые с соответствующих расходомеров данные в блок памяти 14 и в дальнейшем воспроизводить их на персональном компьютере для ведения баз данных и проведения более полной оценки ресурсо- и энергозатрат.

Во время нештатных ситуаций вырабатывают звуковой сигнал, и информация централизованно поступает на диспетчерский пункт приема информации 15 для оперативного принятия решения по ликвидации данной ситуации.

Также в диспетчерский пункт приема информации 15 в автоматическом режиме в реальном масштабе времени (по каналу GSM) по разным каналам поступает сигнал от систем теплоснабжения 17. Данный сигнал содержит данные о необходимых поставках тепловой энергии и теплоносителя для конкретного жилого дома, для поддержания комфортных параметров микроклимата его помещений. В диспетчерском пункте приема информации 15 принимают соответствующее управленческое решение о целесообразности этих поставок. Управленческое решение по средствам узла управления процессом горения в котле 16 передают на регулятор подачи газа 9 и вентилятор 11, задавая оптимальные параметры удельных затрат на производство необходимого количества тепловой энергии конкретному жилому дому. Далее по средствам узла управления потреблением тепловой энергии 18 выработанное количество тепловой энергии поступает в системы теплоснабжения 17.

В результате такого регулирования осуществляют управление целым рядом распределенных объектов теплоснабжения (10-20 котельных), а также автоматизированный дистанционный контроль за технологическими параметрами производства и потребления тепловой энергии, что позволяет оптимизировать процесс производства и потребления тепловой энергии на распределенных объектах теплоснабжения и повысить энергоэффективность работы представленных объектов, т.е. расширить функциональные возможности предложенного устройства.