菱科變頻器鍋爐節(jié)能應(yīng)用

菱科變頻器鍋爐節(jié)能應(yīng)用

一、引言

鍋爐主要的控制技術(shù)在於煤效率及用電效率，傳統(tǒng)方法使用風(fēng)門檔板及閥門控制鼓風(fēng)機(jī)、補(bǔ)水泵、循環(huán)泵的流量，其設(shè)計(jì)上并未考慮節(jié)能目的，同時(shí)，生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)任務(wù)不同，蒸汽需求量變化時(shí)，需改變給煤（噴降）量，以達(dá)到高效率燃燒，傳統(tǒng)的控制方式采用人工操作、耗電高、控制精度代，且需非常熟練的技術(shù)人員操作，煙囪才會(huì)冒出黑煙。鍋爐常因一臺(tái)不夠用，需再開(kāi)一臺(tái)并聯(lián)使用，便當(dāng)蒸汽壓力需求量不足兩臺(tái)時(shí)，常需排空放汽，以降低蒸汽壓力，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境。

二、鍋爐供水控制系統(tǒng)的改造
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(guò)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(kāi)度的減小，水泵出口的壓力會(huì)上升閥門兩邊的壓差將增大。當(dāng)增大到很大時(shí)不但會(huì)造成水泵的能量的浪費(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)，大量的水回流也同樣造成能量的消耗。
水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量與轉(zhuǎn)速N成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速N三次方成正比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率F成正比，因此改變電源頻率，可改變電動(dòng)機(jī)即給水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量的目的。
系統(tǒng)組成及原理
本系統(tǒng)主要由一單片機(jī)和一臺(tái)變頻器組成，這里汽包水位是被控變量，給水量與蒸發(fā)量是兩個(gè)輔助的沖量，這三個(gè)變量是由電動(dòng)差壓變送器進(jìn)行檢測(cè)，然后經(jīng)過(guò)單電機(jī)的計(jì)算輸出4～20mA的電流信號(hào)控制變頻器以實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)確定變頻器的輸出頻率，因?yàn)檫@一參數(shù)的選擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的控制效果，應(yīng)根據(jù)水泵流量，揚(yáng)程等參數(shù)和最大用水量和最小用水量確定。
變頻器的工作狀態(tài)
變頻器通過(guò)與外部電路相連的輸入輸出端子設(shè)置。手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài)，手動(dòng)工作狀態(tài)通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)給定變頻器輸出頻率，這種工作狀態(tài)是在單電機(jī)因某種情況停用時(shí)進(jìn)行操作的，自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)由單片機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)行控制。
在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)較傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥控制方式最實(shí)出的優(yōu)點(diǎn)是同期節(jié)電率高達(dá)近20%并且水泵磨損嚴(yán)重的問(wèn)題得到解決，維修率明顯降低，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命而且能更好地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
三、鍋爐鼓(引)風(fēng)控制系統(tǒng)的改造
鍋爐的鼓（引）風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也是經(jīng)常變動(dòng)的，由于汽量變化是經(jīng)常變化的，所以風(fēng) 量就需要經(jīng)常調(diào)節(jié)如由閥門調(diào)節(jié)，鍋爐的控制室到閥門的距離較遠(yuǎn)，操作十分不便，也不可能調(diào)節(jié)得當(dāng)，風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)大，空氣含氧量超標(biāo)，浪費(fèi)了熱能，風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)小，煤渣殘留碳份超標(biāo)又浪費(fèi)了煤，因此為了提高控制水平，保證空氣含氧量和煤渣殘留的碳份達(dá)標(biāo)，必須對(duì)風(fēng)量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的方式，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)速方式對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，是首選的方案。由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可根據(jù)用汽量的變化，隨時(shí)調(diào)整鼓引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少了噪音對(duì)環(huán)境的污染（電機(jī)均運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以下，風(fēng)的噪音隨之下降）對(duì)提高工業(yè)衛(wèi)生水平起到一定的作用，由于鼓引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)之下運(yùn)行電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸承不易損壞，延長(zhǎng)了使用壽命，電機(jī)的發(fā)熱量也減少了，維修量下降。停機(jī)時(shí)間減少，節(jié)約了大量的維修費(fèi)用。
應(yīng)用變頻器的節(jié)能效果
一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備額定的風(fēng)量、流量，通常都超過(guò)實(shí)際需要的風(fēng)量流量，又因?yàn)楣に囈笮枰谶\(yùn)行中變更風(fēng)量、流量，而目前，采用檔板或閥門來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量的調(diào)節(jié)方式較為普遍，雖然方法簡(jiǎn)單，但實(shí)際上是通過(guò)人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費(fèi)大量電能，回收這部分電能損耗會(huì)收到很大的節(jié)能效果。
從流體力學(xué)原理知道，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系，用下述關(guān)系式表示：
式中，Q－風(fēng)量(流量)Ｈ－風(fēng)壓（揚(yáng)程）P－軸功率n－轉(zhuǎn)速
當(dāng)風(fēng)量減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其電動(dòng)機(jī)輸入功率迅速降低，例如風(fēng)量下降到80%，轉(zhuǎn)速(n)也下降到80%時(shí)其軸功率則下降到額定功率的51%；若風(fēng)量下降到50%，軸功率將下降到額定功率的13%，其節(jié)電潛力非常大，下圖兩條曲線之間的陰影部分表示了采用變頻調(diào)速方式的節(jié)電效果。
上述的原理也基本適用于水泵，因此對(duì)風(fēng)量流量調(diào)節(jié)范圍較大的風(fēng)機(jī)水泵，采用調(diào)速控制來(lái)代替風(fēng)門或閥門調(diào)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。
驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，水泵，大多數(shù)為交流異步電機(jī)，（大功率的多數(shù)為同步電機(jī)），異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比，改變定子供電頻率就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速裝置，是將電網(wǎng)50Hz的交流電，變成頻率可調(diào)電壓可調(diào)的交流電去驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。
變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒(méi)有因調(diào)速帶來(lái)的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大，精度高、無(wú)級(jí)調(diào)速。容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī)，所以特別適合于對(duì)舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的較理想的方法。