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一、變頻調(diào)速的節(jié)能意義
據(jù)報(bào)道，國(guó)家將出臺(tái)限制性政策：“對(duì)新建和擴(kuò)建工程需要調(diào)速的風(fēng)機(jī)和水泵，一律不準(zhǔn)采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量；對(duì)采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量的風(fēng)機(jī)和水泵要分期、分批和有步驟地進(jìn)行調(diào)速改造�！庇写丝梢�(jiàn)，該產(chǎn)品在鍋爐上的應(yīng)用勢(shì)在必行。
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(lái)選型，實(shí)際應(yīng)用中大部分時(shí)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(kāi)/停機(jī)時(shí)間，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，同時(shí)大電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁開(kāi)/停比較困難，電力沖擊較大，勢(shì)必造成電能損耗和開(kāi)/停機(jī)時(shí)的電流沖擊。采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，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(shí)也可以容易實(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(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)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)。
二、閥門特性及變頻調(diào)速節(jié)能原理
閥門的開(kāi)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(kāi))，a，a1變化時(shí)管道壓力與流量只能是沿A，B，C，點(diǎn)變化。即若想減小管道流量到Q1，則必須減小閥門開(kāi)度到a1，這使得閥前壓力由原來(lái)的P0提高到Pq，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制后，閥后壓力由原來(lái)的P0降到Ph。閥前閥后存在一個(gè)較大的壓差△P=Pq-Ph。如果讓閥門全開(kāi)(開(kāi)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(jī)成正比。在流量為Q1，用閥門節(jié)流時(shí)，令電動(dòng)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(jiàn)，流量越低，閥門前后壓力差越大，也就是說(shuō)用變頻調(diào)速在流量小，轉(zhuǎn)速低時(shí)，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(guò)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)。
三、節(jié)能效果計(jì)算
A、500萬(wàn)卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用22kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*22*35%*24*300*0.7=77616元(約為7.76萬(wàn)元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用75kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*75*30%*24*300*0,玻璃鋼屋頂風(fēng)機(jī).7=226800元=22.68萬(wàn)元
(3)每年總節(jié)約的電費(fèi)：7.76+22.68=30.44萬(wàn)元
B、400萬(wàn)卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用15kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*15*35%*24*300*0.7=52920元(約為5.29萬(wàn)元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用55kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*55*30%*24*300*0.7=166320元=16.63萬(wàn)元
(3)每年總節(jié)約的電費(fèi)：5.29+16.63=21.92萬(wàn)元
B、200萬(wàn)卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用7.5kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*7.5*35%*24*300*0.7=26460元(約為2.64萬(wàn)元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，配用30kw電機(jī)，。假設(shè)風(fēng)量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費(fèi)按0.7元/KWH,一年運(yùn)行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費(fèi)：
2*30*30%*24*300*0.7=90720元=9.07萬(wàn)元
(3)每年總節(jié)約的電費(fèi)：2.64+9.07=11.71萬(wàn)元
由以上估算情況可知，對(duì)于風(fēng)機(jī)的變頻改造效益非常明顯。
四、工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程的變頻調(diào)速系統(tǒng)及本系統(tǒng)控制思想
工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同，通常分為燃煤、燃油和燃?xì)馊N。這三種鍋爐的燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)基本相同，只是燃料量的調(diào)節(jié)手段有所區(qū)別.在各種民用、工業(yè)鍋爐熱工自動(dòng)控制過(guò)程中，鍋爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制是一項(xiàng)重要的控制內(nèi)容。傳統(tǒng)的控制方式中，鼓、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量一般采用風(fēng)門擋板控制，爐排電機(jī)及給粉機(jī)采用滑差調(diào)速，其弊端是調(diào)節(jié)不及時(shí)，操作復(fù)雜，不能確保鍋爐的最佳運(yùn)行狀態(tài)，浪費(fèi)能源。對(duì)工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)變頻器調(diào)速主要是通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量、引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量和燃料進(jìn)給.
,進(jìn)口水簾; 鍋爐變頻電控柜主要有以下幾類：
1).鍋爐補(bǔ)水變頻電控柜
實(shí)現(xiàn)鍋爐汽包連續(xù)均勻補(bǔ)水，保障給水量與蒸發(fā)量的平衡，使汽包水位自動(dòng)控制在正負(fù)10mm精度，對(duì)穩(wěn)定汽包水位、汽壓、蒸汽品質(zhì)和鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有積極的促進(jìn)作用，并有效地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
2).鍋爐鼓風(fēng)機(jī)變頻電控柜
通過(guò)爐膛中煙氣氧量變送器傳輸?shù)碾娏?電壓信號(hào)，控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保障煙氣氧量穩(wěn)定在燃料燃燒要求的最佳范圍，達(dá)到節(jié)電和節(jié)煤雙重效果。
3).鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻電控柜
使?fàn)t膛內(nèi)的負(fù)壓穩(wěn)定在-20Pa(約-2mmH2O)左右，不僅為爐膛內(nèi)的燃料燃燒達(dá)到最佳的風(fēng)煤比提供了基礎(chǔ)條件，而且不使?fàn)t膛吸入過(guò)多的冷空氣和煙道排出過(guò)多熱量，同時(shí)還避免了由于人工操作不當(dāng)和維護(hù)不及時(shí)引起的人身和設(shè)備事故。
4).鍋爐輸煤變頻電控柜
采用光電編碼器PG檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋控制轉(zhuǎn)速，根據(jù)負(fù)荷量和風(fēng)量精確地調(diào)整和控制輸煤量，使燃煤充分燃盡，減少煙塵污染。
新的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)只是將原系統(tǒng)的閥門開(kāi)度控制信號(hào)轉(zhuǎn)接到變頻器上，改造的工程量很小，但帶來(lái)的好處是多方面的。首先是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括變頻器、風(fēng)機(jī)、電機(jī)的線性度大大改善了，因?yàn)樽冾l器輸出的是頻率，即速度控制信號(hào)，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是與速度成正比的，其次執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)間比閥門要快，且是由變頻器編程設(shè)定的，這兩點(diǎn)都有利于控制精度的提高和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的最大的優(yōu)點(diǎn)正如上面討論的那樣，大大節(jié)約了風(fēng)機(jī)消耗的電能，降低了鍋爐生產(chǎn)的成本。
為了保證鍋爐的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證供油負(fù)荷量與供油質(zhì)量，一般按能量平衡，風(fēng)煤比例，風(fēng)量平衡來(lái)控制系統(tǒng)，并保證供油壓力與供油溫度基本穩(wěn)定。
燃燒控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以溫度及壓力作為能量平衡指標(biāo)，量出而入，不斷地根據(jù)用溫度與壓力的變化成比例地調(diào)整燃燒量與送風(fēng)量，同時(shí)保證充分燃燒及熱量的充分利用。
本控制系統(tǒng)主要包括：
(1).爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)：是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)，一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)擋板開(kāi)度作為前饋量，構(gòu)成前饋?反饋控制系統(tǒng)。
(2).油溫控制系統(tǒng)是為滿足供油質(zhì)量指標(biāo)而設(shè)置的。通過(guò)調(diào)整送風(fēng)量及爐排的速度，來(lái)平衡這個(gè)指標(biāo)，使主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。
,負(fù)壓風(fēng)機(jī)廠家直供; (3).供油壓力控制系統(tǒng)，根據(jù)外部的壓力檢測(cè)信號(hào)，判斷外部的負(fù)載情況，結(jié)合設(shè)定的壓力范圍，使供油質(zhì)量達(dá)到最佳效果。
根據(jù)以上幾點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)在的鍋爐設(shè)備及控制系統(tǒng)，采用上述鍋爐改造分類的2、3兩者結(jié)合的方式，即用引風(fēng)機(jī)變頻柜來(lái)控制爐膛內(nèi)的負(fù)壓，使用負(fù)壓可以穩(wěn)定在設(shè)定的壓力范圍;通過(guò)爐排電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整鼓風(fēng)變頻器，使燃料達(dá)到充分燃燒，也保持了溫度的一定范圍，
五、系統(tǒng)框圖及改造方案：
電氣主回路圖
系統(tǒng)原理圖
根據(jù)原有控制系統(tǒng)，可以做如下改動(dòng)，保持原有系統(tǒng)不變，增加變頻柜，系統(tǒng)各臺(tái)電機(jī)均由相應(yīng)變頻器驅(qū)動(dòng)，在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可選擇工頻啟動(dòng)，以使用原有的控制系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。在操作面板上有明顯的操作指示。手動(dòng)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際的溫度，在操作面板上通過(guò)調(diào)節(jié)電位器以調(diào)節(jié)各變頻器的頻率，保證一定的煤風(fēng)比例。負(fù)壓則通過(guò)顯示的壓力情況，人為地調(diào)節(jié)引風(fēng)變頻器的頻率。
在自動(dòng)時(shí)根據(jù)溫度及負(fù)壓力這兩個(gè)來(lái)調(diào)變頻器，引風(fēng)變頻器自動(dòng)根據(jù)壓力變送器反饋給PLC的壓力信號(hào)，及在觸摸屏上設(shè)的壓力數(shù)值，PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制變頻器的轉(zhuǎn)速，以保持負(fù)壓恒定。送風(fēng)變頻器則根據(jù)溫度傳感器給PLC的溫度信號(hào)及設(shè)定的溫度范圍，自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率保持鍋爐溫度的恒定，并可根據(jù)外部的送煤機(jī)構(gòu)情況，配合送風(fēng)變頻器自動(dòng)地控制給煤，保證鍋爐達(dá)到最佳的燃燒效果。
在兩套供油回路中，自動(dòng)控制時(shí)根據(jù)出油及回油的壓力變化數(shù)值，以判斷外部的負(fù)載情況，自動(dòng)地調(diào)節(jié)壓力，當(dāng)出油的壓力大于回油的壓力時(shí)，在一定的范圍之內(nèi)，可以通過(guò)PLC的運(yùn)算自動(dòng)增加變頻器頻率，若變頻器的輸出達(dá)到滿載時(shí)，自動(dòng)地啟動(dòng)另一套供油回路，以保證生產(chǎn)的需要；反之，若出油壓力接近于回路的壓力，就自動(dòng)地切斷一套供油回路，降低頻率，在保證生產(chǎn)的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能的效果。手動(dòng)時(shí)也可通過(guò)面板上電位器來(lái)調(diào)節(jié)頻率，使手動(dòng)自動(dòng)能相互切換，提高了系統(tǒng)的操作適用性。
注：所有的變頻器除了通過(guò)PLC來(lái)控制外，也可以設(shè)計(jì)成通過(guò)面板的電位器人工設(shè)定頻率來(lái)控制�？墒贡ＷC了系統(tǒng)的可靠性。
六、功能及特點(diǎn)
無(wú)論是手動(dòng)調(diào)節(jié)還是自動(dòng)調(diào)節(jié)，采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：
(1)、采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響；；
(4)、具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能及聲光報(bào)警功能；
(5)、安裝時(shí)可不破壞原有的配電設(shè)施及環(huán)境不影響生產(chǎn)。
(6)、根據(jù)外部溫度信號(hào)自動(dòng)地調(diào)整送風(fēng)量,操作方便。
(7)、自動(dòng)控制爐膛負(fù)壓，減少人工操作因素。
(8)、自動(dòng)控制油路油壓，使用兩套新舊系統(tǒng)可以相互備用，自動(dòng)切換，保證生產(chǎn)的同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。
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