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變頻器在鍋爐節(jié)能使用的說明

變頻器在鍋爐節(jié)能使用的說明

鍋爐變頻節(jié)能的應(yīng)用
變頻調(diào)速的節(jié)能意義
　　風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來選型，實(shí)際應(yīng)用中大部分時間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)，由于交流電機(jī)調(diào)速很困難。常用擋風(fēng)板、回流閥或開/停機(jī)時間，來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，同時大電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁開/停比較困難，電力沖擊較大，勢必造成電能損耗和開/停機(jī)時的電流沖擊。采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種*科學(xué)的控制方法，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3，即51.2%，去除機(jī)械損耗電機(jī)銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40%，同時也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機(jī)故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。為達(dá)到節(jié)能目的推廣使用變頻器已成為各地節(jié)能工作部門以及各單位節(jié)能工作的重點(diǎn)。
閥門特性及變頻調(diào)速節(jié)能原理
　　閥門的開啟角度與管網(wǎng)壓力，流量的關(guān)系示意圖如圖當(dāng)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速n0運(yùn)行，閥門角度以a0（全開），a，a1變化時管道壓力與流量只必須減小閥門開度到a1，能是沿A，B，C，點(diǎn)變化。即必須減小閥門開度到a1，這使得閥前壓力由原來的P0提高到Pq，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制后，閥后壓力由原來的P0降到Ph。閥前閥后存在一個較大
的壓差△P=Pq-Ph。
　　如果讓閥門全開（開度為a0），采用變頻調(diào)速，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速至n1，且流量等于Q1，壓力等于Ph，那么在工藝上則與閥門調(diào)節(jié)一樣，達(dá)到燃燒控制的要求。而在電機(jī)的功耗上則大不一樣。風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與流量和揚(yáng)程或壓力的成績成正比。在流量為Q1，用閥門節(jié)流時，令電動機(jī)的功率為Nf=KPhQ1。用變頻調(diào)速比閥門節(jié)流節(jié)省的電能為：
Nj-Nf=K（Pq-Ph）Q1=Q1△P。
　　由圖可見，流量越低，閥門前后以來差越大，也就是說用變頻調(diào)速在流量小，轉(zhuǎn)速低時，節(jié)能效果更好。
　　目前絕大多數(shù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實(shí)現(xiàn)的，這種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機(jī)的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為了節(jié)約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經(jīng)濟(jì)效益，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風(fēng)門擋板，已成為各鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點(diǎn)。
節(jié)能效果計算示例
　　一、鍋爐現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)一臺，配用160kw電機(jī)，。風(fēng)量在80%—30%之間變化，，設(shè)電機(jī)全速供風(fēng)量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風(fēng)量為60%Qn則全速Pp=(160－160×0.1)kw=144kw
1、變頻時：每天只需功率
P m 2=(16+(60%)3×144)kw=47kw
節(jié)約的功率：Pj=(144－47)kw=97kw
2、如果電費(fèi)按0.7元/kw小時計算，每年節(jié)約的電費(fèi)：
97kw×24h×365×0.7元/kwh=594804元=59萬元
　　二、鍋爐現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)一臺，配用185kw電機(jī)，。風(fēng)量在90%—70%之間變化，，設(shè)電機(jī)全速供水量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風(fēng)量為80%Qn則全速Pp=(185－185×0.1)kw=166.5kw
1、變頻時：每天只需功率
P m 2=(18.5+(80%)3×166.5)kw=103.748kw
節(jié)約的功率：Pj=(166.5－103.748)kw=63kw
2、如果電費(fèi)按0.7元/kw小時計算、每年節(jié)約的電費(fèi)：
63kw×24h×365×0.7元/kwh=386316元=38萬元
三、每年總節(jié)約的電費(fèi)：59＋38=97萬元
由以上估算情況可知，半年內(nèi)輕易可收回投資
一、系統(tǒng)概述
　　我國是以煤作為主要能源的國家，鍋爐是耗能的主要設(shè)備，約占國內(nèi)總能耗量的二分之一左右，按照國際先進(jìn)水平衡量我國能源的利用率很低。因此，節(jié)能的潛力很大。一般來說生產(chǎn)過程中的節(jié)能有三大途徑：
（1）改造設(shè)備節(jié)能；
（2）改進(jìn)工藝節(jié)能；
（3）提高應(yīng)用管理和自控技術(shù)節(jié)能。
　　為了使鍋爐工作穩(wěn)定、**、經(jīng)濟(jì)，需要提高對鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高平均熱效率，節(jié)省能源和減少污染，減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)，提高鍋爐的科學(xué)管理水平?？梢垣@得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用管理和自控技術(shù)節(jié)能可做到少投入多產(chǎn)出，見效快，效果好。一般采用自動化技術(shù)后，可以提高鍋爐熱效率3-5%，節(jié)煤5-8%，自動化技術(shù)的投資在2年左右時間既可收回。用戶既可以收到節(jié)約能源節(jié)省資金的效果，由于減少了大量原煤的燃燒，還凈化了空氣，美化了環(huán)境，節(jié)省了資源，在貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的今天，具有特殊的意義，因此而產(chǎn)生的社會效益，將是十分重大而深遠(yuǎn)的。
　　鍋爐控制通常是采用人工結(jié)合常規(guī)儀表監(jiān)控，一般較難達(dá)到滿意的結(jié)果，原因是鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)，影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制已很難達(dá)到*佳狀態(tài)，如果靠人工手燒則要受人為因素（經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心、白夜班）的影響，而計算機(jī)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID，參數(shù)自整定等各種充分發(fā)揮計算機(jī)這一智能化、多功能的優(yōu)勢，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的，是提高工業(yè)鍋爐自控水平和節(jié)能的重要措施。
　　本系統(tǒng)是針對鏈排式燃煤鍋爐而設(shè)計開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對一到五臺鍋爐及總供熱系統(tǒng)進(jìn)行自動控制和自動檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的**和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，完成各項(xiàng)管理功能和報警保護(hù)功能，達(dá)到節(jié)約能源、減少環(huán)境污染、降低勞動強(qiáng)度的目的。鍋爐噸位可從4－80T/h。
       整套系統(tǒng)設(shè)計合理，設(shè)備選型先進(jìn)，控制功能完善，通用性強(qiáng)，具有手動/自動無擾切換功能?？刂圃O(shè)備可靠性高，拆裝簡便，維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)。本系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程通訊功能，可以和上位計算機(jī)和下位換熱站進(jìn)行通訊。
二、自控系統(tǒng)構(gòu)成
1. 系統(tǒng)控制功能描述
　　* 鍋爐自動控制：鼓風(fēng)、引風(fēng)、爐排實(shí)現(xiàn)自動控制和儀表盤手動操作。
　　* 超壓超溫（汽鍋爐為高低液位）報警及停爐自動聯(lián)鎖
　　* 循環(huán)水泵軟啟動軟停止及故障報警聯(lián)鎖停爐
　　* 變頻自動補(bǔ)水及手動操作
　　* 各電器控制設(shè)備的運(yùn)行指示和故障停車
　　* 鍋爐其它熱工參數(shù)檢測（詳見表：系統(tǒng)測控點(diǎn)要求）
　　* 換熱站熱工參數(shù)
2. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制功能描述
　　鍋爐運(yùn)行要達(dá)到以下要求：根據(jù)室外溫度變化或負(fù)荷要求，使鍋爐出水溫度或出汽壓力（流量）也隨之變化；由于負(fù)荷變化而相應(yīng)調(diào)整進(jìn)煤量和進(jìn)風(fēng)量，而實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。
      根據(jù)以上要求，可以將鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)置為汽包液位控制回路（水鍋爐無此回路），鍋爐定壓補(bǔ)水系統(tǒng)（循環(huán)水定壓補(bǔ)水控制回路）（蒸汽鍋爐無此回路），爐膛負(fù)壓控制回路，出汽壓力（水鍋爐為出水溫度）控制回路（負(fù)荷控制回路），來分別控制鍋爐給水量、鍋爐引風(fēng)量、鍋爐進(jìn)煤量、鍋爐送風(fēng)量。
1) 汽包液位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（熱水鍋爐無此系統(tǒng)）
　　為鍋爐**運(yùn)行，系統(tǒng)采用雙側(cè)水位變送器，一路進(jìn)行報警聯(lián)鎖，一路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。為保證控制精度，采用反饋－前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即引入蒸汽流量和給水流量進(jìn)行三沖量水位調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)精度為 < ±10mm。
控制回路原理圖：
2) 鍋爐定壓補(bǔ)水調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（循環(huán)水定壓補(bǔ)水控制回路）
　　在鍋爐水循環(huán)過程（直供）或循環(huán)水（間供）過程中，由于供水管道較長和采暖用戶的排放，使回水量少于供水量，使回水壓力降低，需要對供回水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，以保證供回水壓力平衡。為使系統(tǒng)平穩(wěn)**運(yùn)行，采用變頻器進(jìn)行自動恒壓補(bǔ)水。壓力波動范圍在±0.02Mpa以內(nèi).
控制回路原理圖：
（3）負(fù)壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
　　爐膛負(fù)壓的大小對于節(jié)能影響很大。負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負(fù)荷變化，需要改變給煤量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)有一定的滯后時間，為避免鼓風(fēng)變化而引起爐膛負(fù)壓的波動，系統(tǒng)中引入鼓風(fēng)信號作為前饋信號對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)精度可以控制在設(shè)定值±10Pa。

控制回路原理圖：
（4）負(fù)荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
　　為了達(dá)到鍋爐*佳燃燒效果而采用了負(fù)荷控制系統(tǒng)。由于室外溫度的變化使負(fù)荷需求改變。這樣既可以避免室外溫度升高而室內(nèi)供熱量不減，使室內(nèi)溫度過高的熱量浪費(fèi)，又可以保證室外溫度降低而室內(nèi)溫度恒定。系統(tǒng)中有五條不同的溫度曲線可供用戶選擇。
      由于負(fù)荷需求變化而改變鍋爐的出水溫度（蒸汽鍋爐為蒸汽壓力），首先要通過調(diào)節(jié)鏈排速度來改變?nèi)剂狭?，并改變送風(fēng)量，再由煙道中安裝的氧量檢測儀測定煙氣含氧量，調(diào)整送風(fēng)量，以實(shí)現(xiàn)較好的風(fēng)煤配比調(diào)節(jié)。由于煙氣含氧量不是一個定值，在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時含氧量較低，在低負(fù)荷運(yùn)行時含氧量較高，所以在系統(tǒng)中設(shè)置了煙氣含氧量設(shè)定值的自動修正，以保證風(fēng)煤配比達(dá)到較好狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度：蒸汽鍋爐壓力調(diào)節(jié)為±5%；熱水鍋爐溫度調(diào)節(jié)為±1℃。
控制回路原理圖：
3. 系統(tǒng)構(gòu)成
　　在控制系統(tǒng)中工控機(jī)作為上位機(jī)，可編程序控制器PLC作為下位機(jī)的微機(jī)自控系統(tǒng)。憑借可編程序控制器PLC高抗干擾能力、高可靠性以及工業(yè)控制機(jī)高可靠性，強(qiáng)大的通訊管理能力實(shí)現(xiàn)了對鍋爐的自動化控制水平。共配置了2套S7-300現(xiàn)場控制單元及1臺工業(yè)控制計算機(jī),來控制2臺鍋爐及附屬換熱設(shè)備。S7－300現(xiàn)場控制單元分別控制各臺鍋爐及輔助系統(tǒng)，控制器和工控機(jī)進(jìn)行通訊，由工控機(jī)對鍋爐運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、管理和運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)對2臺鍋爐的自動控制。系統(tǒng)配備后備操作器，以備在鍋爐準(zhǔn)備運(yùn)行時手動調(diào)節(jié)進(jìn)行操作。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為積木插接式，通用性強(qiáng)，可使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展，可以很方便地適應(yīng)今后系統(tǒng)擴(kuò)充和改變的需求。由自動化儀表對現(xiàn)場工藝參數(shù)進(jìn)行檢測，并將檢測信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標(biāo)準(zhǔn)信號傳送到PLC，PLC通過MPI通訊接口和計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過計算機(jī)對整個鍋爐運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并可以進(jìn)行鍋爐運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動調(diào)整。
　　PLC通過開關(guān)量輸入與輸出模塊，可以對鍋爐電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并在鍋爐事故狀態(tài)時進(jìn)行停機(jī)自動聯(lián)鎖控制。
后備硬手操
　　后備硬手操 – 采用我公司生產(chǎn)的TSF系列電子式操作器或其他廠家生產(chǎn)的電子式操作器。在鍋爐設(shè)備開始運(yùn)行或在緊急狀態(tài)需要人為進(jìn)行處理時，采用后備操作器來控制鍋爐的運(yùn)行。???操作器具有輸入、輸出及閥位反饋顯示。

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