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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)能的應用
變頻調(diào)速的節(jié)能意義
　　風機水泵類負載多是根據(jù)滿負荷工作需用量來選型，實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態(tài)，由于交流電機調(diào)速很困難。常用擋風板、回流閥或開/停機時間，來調(diào)節(jié)風量或流量，同時大電機在工頻狀態(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/停機時的電流沖擊。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種*科學的控制方法，當電機在額定轉(zhuǎn)速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3，即51.2%，去除機械損耗電機銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40%，同時也可以實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進一步提高。由于變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，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。
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)系示意圖如圖當電機以額定轉(zhuǎn)速n0運行，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，使風機轉(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，達到燃燒控制的要求。而在電機的功耗上則大不一樣。風機水泵的軸功率與流量和揚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)中的風量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風門擋板實現(xiàn)的，這種風量調(diào)節(jié)方式不但使風機的效率降低，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)濟效益，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風門擋板，已成為各鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點。
節(jié)能效果計算示例
　　一、鍋爐現(xiàn)有鼓風機一臺，配用160kw電機，。風量在80%—30%之間變化，，設電機全速供風量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風量為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、如果電費按0.7元/kw小時計算，每年節(jié)約的電費：
97kw×24h×365×0.7元/kwh=594804元=59萬元
　　二、鍋爐現(xiàn)有引風機一臺，配用185kw電機，。風量在90%—70%之間變化，，設電機全速供水量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風量為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、如果電費按0.7元/kw小時計算、每年節(jié)約的電費：
63kw×24h×365×0.7元/kwh=386316元=38萬元
三、每年總節(jié)約的電費：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備，約占國內(nèi)總能耗量的二分之一左右，按照國際先進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）改造設備節(jié)能；
（2）改進工藝節(jié)能；
（3）提高應用管理和自控技術(shù)節(jié)能。
　　為了使鍋爐工作穩(wěn)定、**、經(jīng)濟，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擔，提高鍋爐的科學管理水平。可以獲得可觀的經(jīng)濟效益。應用管理和自控技術(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雜系統(tǒng)，影響燃燒的因素十分復雜，較正確的數(shù)學模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎的常規(guī)儀表控制已很難達到*佳狀態(tài)，如果靠人工手燒則要受人為因素（經(jīng)驗、責任心、白夜班）的影響，而計算機提供了諸如數(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)揮計算機這一智能化、多功能的優(yōu)勢，是常規(guī)儀表和人力難以實現(xiàn)或無法實現(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計開發(fā)，可以實現(xiàn)對一到五臺鍋爐及總供熱系統(tǒng)進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)濟運行，完成各項管理功能和報警保護功能，達到節(jié)約能源、減少環(huán)境污染、降低勞動強度的目的。鍋爐噸位可從4－80T/h。
       整套系統(tǒng)設計合理，設備選型先進，控制功能完善，通用性強，具有手動/自動無擾切換功能。控制設備可靠性高，拆裝簡便，維護方便，抗干擾能力強。本系統(tǒng)具備遠程通訊功能，可以和上位計算機和下位換熱站進行通訊。
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、引風、爐排實現(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
　　* 變頻自動補水及手動操作
　　* 各電器控制設備的運行指示和故障停車
　　* 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
　　鍋爐運行要達到以下要求：根據(jù)室外溫度變化或負荷要求，使鍋爐出水溫度或出汽壓力（流量）也隨之變化；由于負荷變化而相應調(diào)整進煤量和進風量，而實現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟燃燒。
      根據(jù)以上要求，可以將鍋爐控制系統(tǒng)設置為汽包液位控制回路（水鍋爐無此回路），鍋爐定壓補水系統(tǒng)（循環(huán)水定壓補水控制回路）（蒸汽鍋爐無此回路），爐膛負壓控制回路，出汽壓力（水鍋爐為出水溫度）控制回路（負荷控制回路），來分別控制鍋爐給水量、鍋爐引風量、鍋爐進煤量、鍋爐送風量。
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**運行，系統(tǒng)采用雙側(cè)水位變送器，一路進行報警聯(lián)鎖，一路進行調(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) 鍋爐定壓補水調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（循環(huán)水定壓補水控制回路）
　　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)進行補水，以保證供回水壓力平衡。為使系統(tǒng)平穩(wěn)**運行，采用變頻器進行自動恒壓補水。壓力波動范圍在±0.02Mpa以內(nèi).
控制回路原理圖：
（3）負壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
　　爐膛負壓的大小對于節(jié)能影響很大。負壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態(tài)應在微負壓狀態(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。但由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)有一定的滯后時間，為避免鼓風變化而引起爐膛負壓的波動，系統(tǒng)中引入鼓風信號作為前饋信號對引風機進行超前調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)精度可以控制在設定值±10Pa。

控制回路原理圖：
（4）負荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
　　為了達到鍋爐*佳燃燒效果而采用了負荷控制系統(tǒng)。由于室外溫度的變化使負荷需求改變。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，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)剂狭浚⒏淖兯惋L量，再由煙道中安裝的氧量檢測儀測定煙氣含氧量，調(diào)整送風量，以實現(xiàn)較好的風煤配比調(diào)節(jié)。由于煙氣含氧量不是一個定值，在鍋爐滿負荷運行時含氧量較低，在低負荷運行時含氧量較高，所以在系統(tǒng)中設置了煙氣含氧量設定值的自動修正，以保證風煤配比達到較好狀態(tài)，實現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟燃燒。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)中工控機作為上位機，可編程序控制器PLC作為下位機的微機自控系統(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)控制機高可靠性，強大的通訊管理能力實現(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,來控制2臺鍋爐及附屬換熱設備。S7－300現(xiàn)場控制單元分別控制各臺鍋爐及輔助系統(tǒng)，控制器和工控機進行通訊，由工控機對鍋爐運行狀態(tài)進行監(jiān)控、管理和運行狀態(tài)的優(yōu)化，以實現(xiàn)對2臺鍋爐的自動控制。系統(tǒng)配備后備操作器，以備在鍋爐準備運行時手動調(diào)節(jié)進行操作。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為積木插接式，通用性強，可使用附加模塊對PLC進行擴展，可以很方便地適應今后系統(tǒng)擴充和改變的需求。由自動化儀表對現(xiàn)場工藝參數(shù)進行檢測，并將檢測信號轉(zhuǎn)換成4－20mA標準信號傳送到PLC，PLC通過MPI通訊接口和計算機進行數(shù)據(jù)交換。通過計算機對整個鍋爐運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并可以進行鍋爐運行狀態(tài)進行自動調(diào)整。
　　PLC通過開關(guān)量輸入與輸出模塊，可以對鍋爐電器設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并在鍋爐事故狀態(tài)時進行停機自動聯(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。在鍋爐設備開始運行或在緊急狀態(tài)需要人為進行處理時，采用后備操作器來控制鍋爐的運行。???操作器具有輸入、輸出及閥位反饋顯示。

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