冷凝式锅炉设备管道设计与控制

第一部分：设定点控制传感器布置

锅炉设定点控制传感器应在冷凝锅炉系统中的什么位置？

鉴于我们（希望）知道天然气冷凝锅炉的回水应在120°F或以下，以便锅炉冷凝，简单的逻辑可能使您认为应该基于回水温度进行控制。换句话说，无论系统发生什么情况，都应将回水温度保持在120°F或更低。因此，如果在设计用于140°F和20度delta T的系统中负载下降到50％，则锅炉将降低功率，以便在供应温度变化时返回温度保持稳定。（假设系统为恒定速度，流量不变，则在50％负载时供应温度将降至130°F。）ΔT减半，我们维持锅炉所需的最重要的120°F回水阈值（s）凝聚。看起来合理吧？

除了一个小细节，它确实做到了： 舒适。

如果我们仅根据返回温度控制锅炉系统，则对负载变化的响应时间将被延迟。具体来说，将延迟一加仑水使其流过整个系统的时间。这样的速度还不足以满足大多数业主的需求。

这就是为什么大多数锅炉系统（甚至冷凝式锅炉系统）的温度传感器几乎始终位于锅炉的供应侧的原因。是的，我们希望锅炉冷凝，是的，为此，我们必须将回水温度保持在120°F以下，但是，如果仅根据回水温度进行控制，那么在某种意义上，我们就是在“摇狗” ”。

接下来的挑战是建立一个控制系统，该系统反应性不强，但仍保持足够低的回水温度–实际上越低越好，因为随着回水温度的降低，冷凝锅炉的效率会提高。做到这一点的一个好方法是根据流量，郭鹏学暖通供水和回水温度评估负荷。这些组合的数据可帮助您预测需求的变化。然后，我们相应地调整和管理锅炉的着火率，将可能的火灾保持在最低水平，这也提高了冷凝式锅炉的效率。请记住，在冷凝锅炉系统中，多台锅炉在低火条件下运行比单台锅炉在全火条件下运行效率更高！

我们该如何做？听起来很复杂，尤其是当您将可变流量泵送入混音时。在保持温度控制和效率的同时，锅炉管道系统的设计至关重要。

在接下来的几节中，我们将一次回答一个问题，详细介绍如何使用以下方法正确地管道和控制系统：

-可变的主要流量

-可变的一次和二次流量

-系统关闭和多台锅炉

-启动顺序和最小流量

有关更多信息，请观看以下视频：

冷凝锅炉变量一次系统设计

第二部分：可变一次流量系统

现在，我们结合冷凝式锅炉和变流量两种节能技术，在不断升温的建筑物中学习，工作和修复。与以前认为所有锅炉都需要恒定流量的信念相反，当今的全冷凝锅炉可以而且应该设计为可变流量。与非冷凝锅炉不同，这些冷凝锅炉不容易受到热冲击，因此不需要混合阀，强制性的初级-次级管道或高回水温度。但是有必要设计这些系统，以使锅炉和泵都在适当的范围内运行。

基本上有两种方法将可变流量合并到冷凝锅炉系统中。您可以只有一组主泵，它们可以改变从锅炉到盘管的整个系统的流量，也可以有主泵和副泵，它们可以改变通过各自回路的流量。在此博客中，我们将介绍前者-冷凝锅炉系统，该系统仅用一组可变的主流量泵设计。这被称为可变一次流量（VPF）系统。

图1

清理流路

图1显示了VPF系统的基本管道布局。这种管道布置不仅可以确保正常运行，而且还可以帮助船东达到ASHRAE 90.1-2010和2013的标准，该标准规定，当一个锅炉设备包括多个锅炉时，应做出规定，以确保锅炉中的流量锅炉关闭时，可以相应地自动减少电厂的运行。为此，您必须在锅炉的进水和回水管路中包括以下控制设备：

阀门还必须与泵互锁，因此除非至少打开一个锅炉隔离阀，否则泵永远不会运转。否则，您将使泵死机。郭鹏学暖通泵在锅炉关闭后需要运转一段时间，以消除锅炉中的残留热量，因此，即使在锅炉停止运行后，阀门也必须在短时间内保持打开状态。同样，此过程所需的时间取决于锅炉本身。

可变流量控制必须配置为：

1. 在启动时根据制造商的规格确定每个锅炉的最小流速。
2. 根据锅炉启动和分级所需的最小系统体积来操作泵。否则，系统将短周期或达到上限。
3. 根据泵制造商的建议，保持泵的最小流速。

最后，应在系统末端安装三通阀（图2）。这些阀对于建立通过锅炉或泵的最小流量是必要的（以较大的最小值为准）。当盘管不工作并且其自己的二通阀关闭时，该阀为水保持流回锅炉的路径。请记住，在锅炉启动之前和锅炉关闭之后也需要一定量的流量，以便在这短暂时间内满足所有最小流量要求。

图2

第三部分：可变一次/可变二次流量系统

在上一节中，我们讨论了如何设计和控制可变的主冷凝锅炉系统。现在是时候进入下一个级别了-可变主要/可变次要。

可变一次/可变二次流量是优化冷凝锅炉系统的顶层策略。您不仅可以使负载与需求精确匹配，而且还可以设置主泵来轻松完成工作。在低负载情况下，您甚至无需点火锅炉或操作一级泵，因为二级回路可能通过消耗系统中的余热来满足需求。最后，当锅炉运行时，它们以最低的燃烧速率运行，并且回水温度足够低以确保冷凝。

这样的系统将如何进行管道传输？实际上，可变的一次/可变二次锅炉系统与可变的一次流量系统非常相似，但实际上做了一些改动。

首先，每个锅炉都有自己的泵。立即，这消除了锅炉上的限流器和二通阀的需要。而且，由于仅在锅炉燃烧时泵才能运行（关闭时会稍有延迟，只是为了消除锅炉中的余热），因此您自动满足了ASHRAE 90.1 – 2010和2013 *的要求。

图1

一级锅炉泵和二级泵也将有自己的变速驱动器。代替通常在恒速初级/变速次级中看到的普通管道（图1），可能需要在初级和次级回路之间安装一个缓冲罐（图2）。缓冲罐经常与水管锅炉一起使用，因为水管锅炉的容积比火管锅炉的容积小得多。缓冲罐存储BTU，当需求低并且锅炉和主泵关闭时，建筑物可以使用。这增加了锅炉在需要时的运行时间，并使其在低负荷条件下不会出现短循环。

图2

二级管道的设置与任何可变二级系统中的设置完全相同。辅助泵具有自己的变速驱动器，该驱动器根据临界区域中的压差运行。

无论您是通过一个循环还是两个循环来改变流，一件事都保持不变。每当辅助泵运行时，至少需要有一个三通阀，以保持通过辅助泵的最小流量。当盘管不工作并且关闭了它们自己的二通阀时，该阀还为水提供了一条流回缓冲罐的通道。否则，您可能会造成二级泵瘫痪。

在操作上，主回路和副回路彼此解耦，并根据它们自己的一组控制参数来改变流量和温度。每个回路还具有其自己的Delta T，主泵运行以在每个锅炉上保持恒定的Delta T，而次级泵运行以在次级回路末端保持恒定的差值。

* ASHRAE 90.1-2010和2013规定，当一台锅炉设备包括多台锅炉时，应作出规定，以便在锅炉关闭时相应地自动减少锅炉设备中的流量。

第四部分：什么是比热？要注意什么？

向冷凝式锅炉过渡为建筑物的首选热源，对我们设计和控制锅炉系统的方式产生了连锁反应。这些系统的运行方式与曾经主导商业和机构应用的老式恒流铸铁锅炉之间存在巨大差异。最大的区别之一是冷凝锅炉系统（尤其是装有水管锅炉的系统）所包含的水量较低。

水量有什么大不了的？所有这些都与您很久以前可能学到的东西有关： 比热。 如果您能绕开大脑，那么您将开始理解为什么设计和操作具有足够容积和最小启动流量的冷凝锅炉系统如此重要。

什么是比热？

比热是将一磅材料的温度提高华氏度所需的热量（以Btu为单位）。水的比热是每华氏度每磅1 Btu。更糟糕的是，如果将1 Btu加到一磅的水中，则会使该水的温度升高1度。由于一加仑中有8.33磅的水，因此将一加仑的水升高一度仅需8.33 Btus 。

那么，在这些新的冷凝锅炉系统中发生了什么，这些系统的水量明显少于其铸铁的前代系统？

较低的水量意味着更少的流体吸收和传递热量。这意味着添加Btus时水温会更快升高。即使在冷凝器的调节比很低的情况下，这也可能是启动时的问题。请记住，最低的锅炉调节比与启动点火不同，通常是更高的输出百分比。锅炉的开火比可能为10：1，但这并不意味着开火率为10％。它很有可能始于约30％（或更高），然后向下调制。但是在此之前，它必须完成一系列启动任务，包括吹扫空气等。此启动过程可能需要30到60秒，在您查看Btus的数量之前，听起来并不多进入低容量系统。

比热和低水量系统

假设我们有一台2,000,000 Btu的冷凝锅炉。（请参见顶部的图。）我们已与制造商联系，并了解其起火率为30％。以30％的燃烧速率，锅炉将在一个小时的时间内将600,000 Btus排入系统。在启动锅炉并准备好进行调变所需的30秒内，该锅炉将向系统中注入5,000 Btus。如果没有负载可以将这些Btus带走，那么水将迅速加热。

多快？使用我们已经知道的比热，我们可以很容易地计算出给定GPM的热量上升。

如果流量为10 GPM，锅炉将在30秒内看到5加仑的水（41.5磅）。在这些条件下，这将导致温度升高超过120度！突然之间，锅炉内的水温突然飙升至200度以上，这取决于您的最低供水温度，而且锅炉的温度上限也很高。

这是常见的问题，可以通过确保您知道以下问题来避免：

（1）锅炉的启动火率

（2）启动过程持续多长时间。这样可以量化在启动过程中要放入系统中的Btus数量。

有了这些信息，您就可以计算出锅炉在启动时的最小流量是多少（基于比热！），这样您就不会缩短周期或超过锅炉上限。

鉴于我们今天看到的某些系统的水量很少，想出的数字可能表明您需要添加一个缓冲罐。

第五部分：如何确定缓冲罐尺寸？

短循环对于任何类型的锅炉系统都不好。这会降低效率，并导致锅炉磨损。由于我们在之前的博客中已经讨论了所有原因，因此冷凝水锅炉系统的短循环特别重要。与冷凝式锅炉系统相关的较低水量会导致水温快速升高，这可能导致锅炉过早关闭（或更糟）在最高温度下关闭。适当大小的缓冲罐通常是答案。

什么时候需要缓冲罐？

并非每个锅炉系统都需要一个缓冲罐，但有些需要。那么您如何知道您的特定锅炉系统或锅炉设备设计是否需要缓冲罐？

当系统中没有足够的水量来吸收锅炉在运行或启动燃烧过程中产生的多余热量时，就需要一个缓冲罐。换句话说，如果最小锅炉输出功率大于最小系统负载，并且系统中的水量很小，郭鹏学暖通以至于在水温不升高并导致锅炉快速循环关闭的情况下，它无法容纳额外的Btus，那么您需要一个缓冲罐。缓冲罐可以存储这些多余的Btus，这些Btus可以用于处理较小的负载，而无需涉及锅炉，因此可以长时间保持打开和关闭状态。

调整缓冲罐的尺寸

要正确设置缓冲罐的尺寸，您需要了解以下内容：

使用这些值，您可以完成以下方程式，这将导致加仑大小满足您在水中储存Btu的需要。

8.33值是一个常数，基于这样的事实：将一加仑的水升高一度需要8.33 Btus。“ 60”是另一个固定值，仅表示一个小时中的分钟数。

进行简单的数学计算，结果将是缓冲罐必须能够容纳的加仑数，以防止系统短暂循环！

第六部分：锅炉循环量与供应增量

识别锅炉系统的停止和启动范围是控制锅炉分级和/或排序的关键的第一步。该范围定义了锅炉给水温度在满火时以及什么在不燃烧时水温。通常将其称为锅炉供应量DeltaT。此值不应与系统Delta T混淆，在冷凝式锅炉系统中，该值可以而且应该更大。

典型的锅炉供应量Delta T约为12度。出于示例的目的，假设我们的锅炉供水设计温度为180°F。尽管设计电源温度为180oF，但温度范围通常为174oF至186oF。在这种情况下，如果锅炉的供应温度（主回路温度）下降到174oF，那么该是时候提高锅炉的燃烧率了（如果还没有达到100％），或者换另一个锅炉。如果供应温度达到186oF，那么该是减少火灾或关闭锅炉的时候了。

温度感应与控制

锅炉控制感应供水温度，并根据与设定点的偏差调节/分级锅炉。在最高和最低供应温度之间，锅炉控制系统也可以设计为参考室外空气温度以及系统对火速变化的反应速度。锅炉控制系统使用PID逻辑根据接收到的有关室外空气温度，供应温度和系统反应时间的累积数据来预测负载变化。这样可以防止控制过早引发火灾率的变化，从而稳定锅炉的运行。

骑行模式

在典型的负载条件下，本例中的锅炉将根据需要进行调节，以使设定点保持在或非常接近我们的180oF设定点，次级回路会根据需要“取出”烟头。但是，一旦满足负载，锅炉供应回路的温度将不可避免地开始上升，因为没有去除残渣。这是系统开始认识到该循环的时间了。相反，锅炉供应回路的温度将开始接近其最低温度阈值，并且将需要额外的锅炉或锅炉级。这两个点定义了锅炉的启动和停止范围。

以锅炉系统的相同示例为例，该系统的设定点为180oF，ΔT为12度，这是典型的循环模式：

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