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變頻器在鍋爐節能使用的說明

變頻器在鍋爐節能使用的說明

鍋爐變頻節能的應用
變頻調速的節能意義
　　風機水泵類負載多是根據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，由于交流電機調速很困難。常用擋風板、回流閥或開/停機時間，來調節風量或流量，同時大電機在工頻狀態下頻繁開/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。節能效率也接近40%，同時也可以實現閉環恒壓控制，節能效率將進一步提高。由于變頻器可實現大的電動機的軟停、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的容量要求和無功損耗。為達到節能目的推廣使用變頻器已成為各地節能工作部門以及各單位節能工作的重點。
閥門特性及變頻調速節能原理
　　閥門的開啟角度與管網壓力，流量的關系示意圖如圖當電機以額定轉速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，實現調速控制后，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），采用變頻調速，使風機轉速至n1，且流量等于Q1，壓力等于Ph，那么在工藝上則與閥門調節一樣，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，用閥門節流時，令電動機的功率為Nf=KPhQ1。用變頻調速比閥門節流節省的電能為：
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，也就是說用變頻調速在流量小，轉速低時，節能效果更好。
　　目前絕大多數鍋爐燃燒控制系統中的風量調節都是通過調節風門擋板實現的，這種風量調節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。為了節約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經濟效益，采用變頻調速系統取代低效高能耗的風門擋板，已成為各鍋爐使用單位節能改造的重點。
節能效果計算示例
　　一、鍋爐現有鼓風機一臺，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，每年節約的電費：
97kw×24h×365×0.7元/kwh=594804元=59萬元
　　二、鍋爐現有引風機一臺，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、每年節約的電費：
63kw×24h×365×0.7元/kwh=386316元=38萬元
三、每年總節約的電費：59＋38=97萬元
由以上估算情況可知，半年內輕易可收回投資
一、系統概述
　　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，節能的潛力很大。一般來說生產過程中的節能有三大途徑：
（1）改造設備節能；
（2）改進工藝節能；
（3）提高應用管理和自控技術節能。
　　為了使鍋爐工作穩定、**、經濟，需要提高對鍋爐的監控品質，提高平均熱效率，節省能源和減少污染，減輕操作人員的工作負擔，提高鍋爐的科學管理水平。可以獲得可觀的經濟效益。應用管理和自控技術節能可做到少投入多產出，見效快，效果好。一般采用自動化技術后，可以提高鍋爐熱效率3-5%，節煤5-8%，自動化技術的投資在2年左右時間既可收回。用戶既可以收到節約能源節省資金的效果，由于減少了大量原煤的燃燒，還凈化了空氣，美化了環境，節省了資源，在貫徹可持續發展戰略的今天，具有特殊的意義，因此而產生的社會效益，將是十分重大而深遠的。
　　鍋爐控制通常是采用人工結合常規儀表監控，一般較難達到滿意的結果，原因是鍋爐的燃燒系統是一個多變量輸入的復雜系統，影響燃燒的因素十分復雜，較正確的數學模型不易建立，以經典的PID為基礎的常規儀表控制已很難達到*佳狀態，如果靠人工手燒則要受人為因素（經驗、責任心、白夜班）的影響，而計算機提供了諸如數字濾波，積分分離PID，選擇性PID，參數自整定等各種充分發揮計算機這一智能化、多功能的優勢，是常規儀表和人力難以實現或無法實現的，是提高工業鍋爐自控水平和節能的重要措施。
　　本系統是針對鏈排式燃煤鍋爐而設計開發，可以實現對一到五臺鍋爐及總供熱系統進行自動控制和自動檢測，能夠實現鍋爐系統的**和經濟運行，完成各項管理功能和報警保護功能，達到節約能源、減少環境污染、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、自控系統構成
1. 系統控制功能描述
　　* 鍋爐自動控制：鼓風、引風、爐排實現自動控制和儀表盤手動操作。
　　* 超壓超溫（汽鍋爐為高低液位）報警及停爐自動聯鎖
　　* 循環水泵軟啟動軟停止及故障報警聯鎖停爐
　　* 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
　　* 鍋爐其它熱工參數檢測（詳見表：系統測控點要求）
　　* 換熱站熱工參數
2. 調節系統控制功能描述
　　鍋爐運行要達到以下要求：根據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整進煤量和進風量，而實現鍋爐的經濟燃燒。
      根據以上要求，可以將鍋爐控制系統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（循環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) 汽包液位調節控制系統（熱水鍋爐無此系統）
　　為鍋爐**運行，系統采用雙側水位變送器，一路進行報警聯鎖，一路進行調節控制。為保證控制精度，采用反饋－前饋調節系統，即引入蒸汽流量和給水流量進行三沖量水位調節。調節精度為 < ±10mm。
控制回路原理圖：
2) 鍋爐定壓補水調節控制系統（循環水定壓補水控制回路）
　　在鍋爐水循環過程（直供）或循環水（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，需要對供回水系統進行補水，以保證供回水壓力平衡。為使系統平穩**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.
控制回路原理圖：
（3）負壓調節控制系統
　　爐膛負壓的大小對于節能影響很大。負壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態應在微負壓狀態。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時間，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定，但由于系統有一定的滯后時間，為避免鼓風變化而引起爐膛負壓的波動，系統中引入鼓風信號作為前饋信號對引風機進行超前調節。調節精度可以控制在設定值±10Pa。

控制回路原理圖：
（4）負荷調節控制系統
　　為了達到鍋爐*佳燃燒效果而采用了負荷控制系統。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供熱量不減，使室內溫度過高的熱量浪費，又可以保證室外溫度降低而室內溫度恒定。系統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），首先要通過調節鏈排速度來改變燃料量，并改變送風量，再由煙道中安裝的氧量檢測儀測定煙氣含氧量，調整送風量，以實現較好的風煤配比調節。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，實現鍋爐的經濟燃燒。系統調節精度：蒸汽鍋爐壓力調節為±5%；熱水鍋爐溫度調節為±1℃。
控制回路原理圖：
3. 系統構成
　　在控制系統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。憑借可編程序控制器PLC高抗干擾能力、高可靠性以及工業控制機高可靠性，強大的通訊管理能力實現了對鍋爐的自動化控制水平。共配置了2套S7-300現場控制單元及1臺工業控制計算機,來控制2臺鍋爐及附屬換熱設備。S7－300現場控制單元分別控制各臺鍋爐及輔助系統，控制器和工控機進行通訊，由工控機對鍋爐運行狀態進行監控、管理和運行狀態的優化，以實現對2臺鍋爐的自動控制。系統配備后備操作器，以備在鍋爐準備運行時手動調節進行操作。
　　系統結構為積木插接式，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擴充和改變的需求。由自動化儀表對現場工藝參數進行檢測，并將檢測信號轉換成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據交換。通過計算機對整個鍋爐運行狀態進行監控，并可以進行鍋爐運行狀態進行自動調整。
　　PLC通過開關量輸入與輸出模塊，可以對鍋爐電器設備運行狀態進行監控，并在鍋爐事故狀態時進行停機自動聯鎖控制。
后備硬手操
　　后備硬手操 – 采用我公司生產的TSF系列電子式操作器或其他廠家生產的電子式操作器。在鍋爐設備開始運行或在緊急狀態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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