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一、變頻調(diào)速的節(jié)能意義
據(jù)報道，國家將出臺限制性政策：“對新建和擴建工程需要調(diào)速的風機和水泵，一律不準采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量；對采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量的風機和水泵要分期、分批和有步驟地進行調(diào)速改造�！庇写丝梢�，該產(chǎn)品在鍋爐上的應(yīng)用勢在必行。
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(yīng)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、泵類負載是一種最科學的控制方法，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%，同時也可以容易實現(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。
二、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能是沿A，B，C，點變化。即若想減小管道流量到Q1，則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，閥門前后壓力差越大，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。
三、節(jié)能效果計算
A、500萬卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風機兩臺，配用22kw電機，。假設(shè)風量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*22*35%*24*300*0.7=77616元(約為7.76萬元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風機兩臺，配用75kw電機，。假設(shè)風量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*75*30%*24*300*0,玻璃鋼屋頂風機.7=226800元=22.68萬元
(3)每年總節(jié)約的電費：7.76+22.68=30.44萬元
B、400萬卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風機兩臺，配用15kw電機，。假設(shè)風量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*15*35%*24*300*0.7=52920元(約為5.29萬元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風機兩臺，配用55kw電機，。假設(shè)風量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*55*30%*24*300*0.7=166320元=16.63萬元
(3)每年總節(jié)約的電費：5.29+16.63=21.92萬元
B、200萬卡
(1)鍋爐現(xiàn)有鼓風機兩臺，配用7.5kw電機，。假設(shè)風量在80%?30%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為35%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*7.5*35%*24*300*0.7=26460元(約為2.64萬元)
(2)鍋爐現(xiàn)有引風機兩臺，配用30kw電機，。假設(shè)風量在90%?70%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.7元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：
2*30*30%*24*300*0.7=90720元=9.07萬元
(3)每年總節(jié)約的電費：2.64+9.07=11.71萬元
由以上估算情況可知，對于風機的變頻改造效益非常明顯。
四、工業(yè)鍋爐燃燒過程的變頻調(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、燃油和燃氣三種。這三種鍋爐的燃燒過程控制系統(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)鍋爐熱工自動控制過程中，鍋爐燃燒過程的自動控制是一項重要的控制內(nèi)容。傳統(tǒng)的控制方式中，鼓、引風機的風量一般采用風門擋板控制，爐排電機及給粉機采用滑差調(diào)速，其弊端是調(diào)節(jié)不及時，操作復(fù)雜，不能確保鍋爐的最佳運行狀態(tài)，浪費能源。對工業(yè)鍋爐燃燒過程實現(xiàn)變頻器調(diào)速主要是通過變頻器調(diào)節(jié)送風機的送風量、引風機的引風量和燃料進給.
,進口水簾; 鍋爐變頻電控柜主要有以下幾類：
1).鍋爐補水變頻電控柜
實現(xiàn)鍋爐汽包連續(xù)均勻補水，保障給水量與蒸發(fā)量的平衡，使汽包水位自動控制在正負10mm精度，對穩(wěn)定汽包水位、汽壓、蒸汽品質(zhì)和鍋爐的安全經(jīng)濟運行都有積極的促進作用，并有效地減輕了工人的勞動強度。
2).鍋爐鼓風機變頻電控柜
通過爐膛中煙氣氧量變送器傳輸?shù)碾娏?電壓信號，控制鼓風機轉(zhuǎn)速，保障煙氣氧量穩(wěn)定在燃料燃燒要求的最佳范圍，達到節(jié)電和節(jié)煤雙重效果。
3).鍋爐引風機變頻電控柜
使爐膛內(nèi)的負壓穩(wěn)定在-20Pa(約-2mmH2O)左右，不僅為爐膛內(nèi)的燃料燃燒達到最佳的風煤比提供了基礎(chǔ)條件，而且不使爐膛吸入過多的冷空氣和煙道排出過多熱量，同時還避免了由于人工操作不當和維護不及時引起的人身和設(shè)備事故。
4).鍋爐輸煤變頻電控柜
采用光電編碼器PG檢測電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，進行速度反饋控制轉(zhuǎn)速，根據(jù)負荷量和風量精確地調(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)的閥門開度控制信號轉(zhuǎn)接到變頻器上，改造的工程量很小，但帶來的好處是多方面的。首先是執(zhí)行機構(gòu)，包括變頻器、風機、電機的線性度大大改善了，因為變頻器輸出的是頻率，即速度控制信號，而風機的風量是與速度成正比的，其次執(zhí)行機構(gòu)的反應(yīng)時間比閥門要快，且是由變頻器編程設(shè)定的，這兩點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)點正如上面討論的那樣，大大節(jié)約了風機消耗的電能，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)濟運行，保證供油負荷量與供油質(zhì)量，一般按能量平衡，風煤比例，風量平衡來控制系統(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，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)整燃燒量與送風量，同時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).爐膛負壓控制系統(tǒng)：是使進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，通過調(diào)整排向大氣的引風量達到空氣量進出平衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風量或送風擋板開度作為前饋量，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)量指標而設(shè)置的。通過調(diào)整送風量及爐排的速度，來平衡這個指標，使主參數(shù)構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。
,負壓風機廠家直供; (3).供油壓力控制系統(tǒng)，根據(jù)外部的壓力檢測信號，判斷外部的負載情況，結(jié)合設(shè)定的壓力范圍，使供油質(zhì)量達到最佳效果。
根據(jù)以上幾點，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，即用引風機變頻柜來控制爐膛內(nèi)的負壓，使用負壓可以穩(wěn)定在設(shè)定的壓力范圍;通過爐排電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整鼓風變頻器，使燃料達到充分燃燒，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，保持原有系統(tǒng)不變，增加變頻柜，系統(tǒng)各臺電機均由相應(yīng)變頻器驅(qū)動，在變頻器出現(xiàn)故障時可選擇工頻啟動，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。手動時可以根據(jù)實際的溫度，在操作面板上通過調(diào)節(jié)電位器以調(diào)節(jié)各變頻器的頻率，保證一定的煤風比例。負壓則通過顯示的壓力情況，人為地調(diào)節(jié)引風變頻器的頻率。
在自動時根據(jù)溫度及負壓力這兩個來調(diào)變頻器，引風變頻器自動根據(jù)壓力變送器反饋給PLC的壓力信號，及在觸摸屏上設(shè)的壓力數(shù)值，PLC自動調(diào)節(jié)輸出頻率控制變頻器的轉(zhuǎn)速，以保持負壓恒定。送風變頻器則根據(jù)溫度傳感器給PLC的溫度信號及設(shè)定的溫度范圍，自動調(diào)節(jié)頻率保持鍋爐溫度的恒定，并可根據(jù)外部的送煤機構(gòu)情況，配合送風變頻器自動地控制給煤，保證鍋爐達到最佳的燃燒效果。
在兩套供油回路中，自動控制時根據(jù)出油及回油的壓力變化數(shù)值，以判斷外部的負載情況，自動地調(diào)節(jié)壓力，當出油的壓力大于回油的壓力時，在一定的范圍之內(nèi)，可以通過PLC的運算自動增加變頻器頻率，若變頻器的輸出達到滿載時，自動地啟動另一套供油回路，以保證生產(chǎn)的需要；反之，若出油壓力接近于回路的壓力，就自動地切斷一套供油回路，降低頻率，在保證生產(chǎn)的同時，達到節(jié)能的效果。手動時也可通過面板上電位器來調(diào)節(jié)頻率，使手動自動能相互切換，提高了系統(tǒng)的操作適用性。
注：所有的變頻器除了通過PLC來控制外，也可以設(shè)計成通過面板的電位器人工設(shè)定頻率來控制�？墒贡ＷC了系統(tǒng)的可靠性。
六、功能及特點
無論是手動調(diào)節(jié)還是自動調(diào)節(jié)，采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點：
(1)、采用變頻器控制電機的轉(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，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能；
(5)、安裝時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)外部溫度信號自動地調(diào)整送風量,操作方便。
(7)、自動控制爐膛負壓，減少人工操作因素。
(8)、自動控制油路油壓，使用兩套新舊系統(tǒng)可以相互備用，自動切換，保證生產(chǎn)的同時提高了系統(tǒng)的可靠性。
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