鍋爐設(shè)備專用變頻器在鍋爐供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

一． 前言：
  　　在北方，鍋爐供暖關(guān)系到千家萬戶的日常工作和生活，尤其大片集中供熱系統(tǒng)中，有恒壓恒溫控制及可靠性要求較高。傳統(tǒng)的鍋爐水位控制系統(tǒng)中，給水泵是連續(xù)恒速運(yùn)行的，并且流量的控制是通過調(diào)節(jié)水管道中調(diào)節(jié)閥和回流支路實(shí)現(xiàn)的。這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí)由于閥門的開度的減小，水泵出口的壓力會(huì)上升，閥門兩邊的壓差會(huì)增大。當(dāng)增大到很大時(shí)不但會(huì)造成能量的浪費(fèi)，而且使該水泵的振動(dòng)和磨損加大，進(jìn)而壽命縮短，采用回流支路調(diào)整時(shí)，大量的水回流也會(huì)造成能量的浪費(fèi)。

二． 系統(tǒng)要求：
  　　1． 有三臺(tái)鍋爐控制及循環(huán)、補(bǔ)水系統(tǒng)；
  　　2． 每臺(tái)鍋爐有鼓風(fēng),引風(fēng)系統(tǒng)，基本要求為恒壓控制，部分要求為恒壓、恒溫控制；
  　　3． 要求全自動(dòng)及部分單臺(tái)控制；
  　　4． 要求能部分檢修及部分系統(tǒng)不間斷工作；
  　　5． 有調(diào)度室集中監(jiān)控系統(tǒng)。

 

三． 系統(tǒng)方案：
系統(tǒng)圖如下：

 

 

 　　1． 變頻器：AMB-G7系列變頻器8臺(tái)，功率從22KW到200KW；
  　　2． PLC：選用SPB30點(diǎn)PLC，由于西門子人機(jī)界面有強(qiáng)大處理功能，大部分功能可通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)；
  　　3． 人機(jī)界面：西門子人機(jī)界面,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立在人機(jī)界面內(nèi)部的豐富處理指令:
  　　4． 低壓電器主要用于保護(hù)和切換，由手動(dòng)和PLC控制執(zhí)行，空氣開關(guān)選用EA系列，接觸器選用SC-E系列；
  　　5． 溫控器選用富士PXR4TE系列，帶Mod bus通訊

結(jié)論：
  　　本系統(tǒng)充分利用西門子人機(jī)界面的強(qiáng)大集成功能，將PLC、變頻器、溫控器上位機(jī)有機(jī)聯(lián)合在一齊，做到數(shù)據(jù)共享，控 制一體化。

四、變頻器的工作狀態(tài)：
  　　變頻器通過與外部電路相連的輸入輸出端子設(shè)置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種狀態(tài)，手動(dòng)工作狀態(tài)由電位器調(diào)節(jié)來給定頻率，自動(dòng)工作狀態(tài)由PLC的輸出信號(hào)進(jìn)行控制。
在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，顯示直觀，節(jié)電效果明顯，延長設(shè)備壽命。五：鍋爐變頻調(diào)速的鼓引鳳控制系統(tǒng)
  　　1、概述：在整套供暖系統(tǒng)中，鍋爐的鼓引鳳機(jī)的風(fēng)量也是經(jīng)常變動(dòng)的，由于氣量變化是經(jīng)常的，，所以風(fēng)量就需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，在老系統(tǒng)中是通過調(diào)節(jié)閥門來改變風(fēng)量，鍋爐離閥門較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)起來很不方便，也調(diào)節(jié)的不得當(dāng)，，風(fēng)量調(diào)節(jié)過大，空氣含氧量超標(biāo)，浪費(fèi)熱能，風(fēng)量調(diào)節(jié)過小煤渣殘留碳粉超標(biāo)又浪費(fèi)煤，因此提高控制水平，保證空氣含氧量和煤殘留的碳粉達(dá)標(biāo)，必須對風(fēng)量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式必須方便，靈敏、可靠。
  　　為了提高鍋爐風(fēng)量的控制水平，又能達(dá)到節(jié)能的效果，采用變頻調(diào)速控制方式對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)是首選方案。由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可根據(jù)用氣量的變化，隨時(shí)調(diào)整鼓引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少噪音對環(huán)境的污染，減少能源的浪費(fèi)，延長設(shè)備的壽命，節(jié)約維修費(fèi)用。
  　　2、風(fēng)機(jī)調(diào)速原理
2.1 風(fēng)機(jī)是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其基本參數(shù)有：
  　　①風(fēng)量Q：單位時(shí)間內(nèi)流過風(fēng)機(jī)的空氣量；
  　　②風(fēng)壓H：當(dāng)空氣流過風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓Ht(Pa),其由靜壓Hd和動(dòng)壓Hg組成，即Ht=Hd+Hg；
  　　③功率P：風(fēng)機(jī)工作有效的總功率，Pt=Q?Ht；
  　　④效率η：風(fēng)機(jī)空氣功率除以風(fēng)機(jī)軸功率。

2.2 風(fēng)機(jī)特性曲線
  　　H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性；
  　　P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性；
  　　η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率特性。

在不同轉(zhuǎn)速控制時(shí)的H-Q曲線如圖一所示：
  　　由流體力學(xué)可知：P（功率）=Q（流量）×H（壓力）
  　　而 Q/Qe=n/ne
  　　H/He=(n/ne)2
  　　P/Pe=(n/ne)3
  　　Qe: 風(fēng)機(jī)的額定流量
  　　He: 風(fēng)機(jī)的額定壓力
  　　Pe：風(fēng)機(jī)的額定功率
  　　ne：風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速
由上述公式可知：如果風(fēng)機(jī)的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量Q下降時(shí)，轉(zhuǎn)速n可成比例下降，此時(shí)風(fēng)機(jī)的軸輸出功率P是成立方關(guān)系下降。即風(fēng)機(jī)電機(jī)的耗電功率P與其轉(zhuǎn)速n近似成立方關(guān)系。

2.3 管網(wǎng)的風(fēng)阻特性
當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻特性保持不變時(shí)，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系為：
  　　K=R?Q2
  　　K：通風(fēng)阻力，單位（Pa）
  　　R:風(fēng)阻，單位（kg/ m3）
  　　Q:風(fēng)量，單位（m3/s）
由風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系式可知：風(fēng)阻特性曲線為拋物線（如圖一中的R曲線所示）。

2.4風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理
  　　三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系為
  　　n=60f(1-s)/P
  　　當(dāng)改變定子繞組的電源頻率時(shí)，就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，因此調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速就可相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入風(fēng)機(jī)的功率，這樣就避免了風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)消耗在風(fēng)門上的功率。
  　　在圖二中示出風(fēng)機(jī)通過入口檔板及變頻控制時(shí)，風(fēng)量與功率的關(guān)系。3、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
  　　在此鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制中，利用變頻器的段速功能根據(jù)鍋爐的不同工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)引風(fēng)量的目的。
  　　此鍋爐為負(fù)壓燃燒的鍋爐，如爐膛壓力偏高，火焰就可能噴出，損壞設(shè)備或燒傷人員；而如果爐膛負(fù)壓過大，則會(huì)吸入過多的冷空氣，致使?fàn)t膛溫度降低，增加熱損失。

鍋爐的啟動(dòng)應(yīng)緩慢進(jìn)行，其啟動(dòng)過程為：
  　　①水系統(tǒng)檢查
  　　②啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)
  　　③啟動(dòng)鍋爐，此時(shí)鍋爐自控系統(tǒng)先啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)對爐膛和風(fēng)道進(jìn)行吹掃
  　　④點(diǎn)燃過程，電極產(chǎn)生高壓電火花，燃油助燃器開始點(diǎn)燃，燃燒器電磁閥開通，點(diǎn)小火，火焰監(jiān)測器開始工作，如燃燒正常，延遲一分鐘，啟動(dòng)大火電磁閥點(diǎn)大火，經(jīng)監(jiān)測大火正常后，轉(zhuǎn)為正常燃燒階段
  　　⑤根據(jù)蒸氣用量情況鍋爐在大火、小火之間反復(fù)切換
在鍋爐的運(yùn)行過程中，鍋爐自控系統(tǒng)根據(jù)大、小火電動(dòng)閥的不同工作情況自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)入口檔板的開度調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量大小，而引風(fēng)機(jī)則是通過人工調(diào)節(jié)其風(fēng)門的大小調(diào)節(jié)其引風(fēng)量，考慮到鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況及投資成本，我們運(yùn)用變頻器的段速功能對鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造。