鍋爐設備專用變頻器在鍋爐供暖系統(tǒng)中的應用

一． 前言：
  　　在北方，鍋爐供暖關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)恒速運行的，并且流量的控制是通過調節(jié)水管道中調節(jié)閥和回流支路實現(xiàn)的。這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調節(jié)閥調節(jié)時由于閥門的開度的減小，水泵出口的壓力會上升，閥門兩邊的壓差會增大。當增大到很大時不但會造成能量的浪費，而且使該水泵的振動和磨損加大，進而壽命縮短，采用回流支路調整時，大量的水回流也會造成能量的浪費。

二． 系統(tǒng)要求：
  　　1． 有三臺鍋爐控制及循環(huán)、補水系統(tǒng)；
  　　2． 每臺鍋爐有鼓風,引風系統(tǒng)，基本要求為恒壓控制，部分要求為恒壓、恒溫控制；
  　　3． 要求全自動及部分單臺控制；
  　　4． 要求能部分檢修及部分系統(tǒng)不間斷工作；
  　　5． 有調度室集中監(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，功率從22KW到200KW；
  　　2． PLC：選用SPB30點PLC，由于西門子人機界面有強大處理功能，大部分功能可通過觸摸屏來實現(xiàn)；
  　　3． 人機界面：西門子人機界面,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理運算，相關數(shù)學模型建立在人機界面內部的豐富處理指令:
  　　4． 低壓電器主要用于保護和切換，由手動和PLC控制執(zhí)行，空氣開關選用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

結論：
  　　本系統(tǒng)充分利用西門子人機界面的強大集成功能，將PLC、變頻器、溫控器上位機有機聯(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置，有手動和自動兩種狀態(tài)，手動工作狀態(tài)由電位器調節(jié)來給定頻率，自動工作狀態(tài)由PLC的輸出信號進行控制。
在實際應用中，該系統(tǒng)自動化程度高，顯示直觀，節(jié)電效果明顯，延長設備壽命。五：鍋爐變頻調速的鼓引鳳控制系統(tǒng)
  　　1、概述：在整套供暖系統(tǒng)中，鍋爐的鼓引鳳機的風量也是經(jīng)常變動的，由于氣量變化是經(jīng)常的，，所以風量就需要經(jīng)常調節(jié)，在老系統(tǒng)中是通過調節(jié)閥門來改變風量，鍋爐離閥門較遠，調節(jié)起來很不方便，也調節(jié)的不得當，，風量調節(jié)過大，空氣含氧量超標，浪費熱能，風量調節(jié)過小煤渣殘留碳粉超標又浪費煤，因此提高控制水平，保證空氣含氧量和煤殘留的碳粉達標，必須對風量進行有效的調節(jié)，調節(jié)方式必須方便，靈敏、可靠。
  　　為了提高鍋爐風量的控制水平，又能達到節(jié)能的效果，采用變頻調速控制方式對風量進行調節(jié)是首選方案。由于應用變頻調速技術可根據(jù)用氣量的變化，隨時調整鼓引風機的轉速，減少噪音對環(huán)境的污染，減少能源的浪費，延長設備的壽命，節(jié)約維修費用。
  　　2、風機調速原理
2.1 風機是一種平方轉矩負載，其基本參數(shù)有：
  　　①風量Q：單位時間內流過風機的空氣量；
  　?、陲L壓H：當空氣流過風機時，風機給予每立方米空氣的總能量稱為風機的全壓Ht(Pa),其由靜壓Hd和動壓Hg組成，即Ht=Hd+Hg；
  　　③功率P：風機工作有效的總功率，Pt=Q?Ht；
  　　④效率η：風機空氣功率除以風機軸功率。

2.2 風機特性曲線
  　　H-Q曲線：當轉速恒定時，風壓與風量間的關系特性；
  　　P-Q曲線：當轉速恒定時，功率與風量間的關系特性；
  　　η-Q曲線：當轉速恒定時，風機的效率特性。

在不同轉速控制時的H-Q曲線如圖一所示：
  　　由流體力學可知：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: 風機的額定流量
  　　He: 風機的額定壓力
  　　Pe：風機的額定功率
  　　ne：風機的額定轉速
由上述公式可知：如果風機的效率一定，當要求調節(jié)流量Q下降時，轉速n可成比例下降，此時風機的軸輸出功率P是成立方關系下降。即風機電機的耗電功率P與其轉速n近似成立方關系。

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

2.4風機的節(jié)能原理
  　　三相異步電機轉速與頻率的關系為
  　　n=60f(1-s)/P
  　　當改變定子繞組的電源頻率時，就可以改變電機的轉速，即可調節(jié)風量的大小，因此調節(jié)電機轉速就可相應地調節(jié)輸入風機的功率，這樣就避免了風門調節(jié)風量時消耗在風門上的功率。
  　　在圖二中示出風機通過入口檔板及變頻控制時，風量與功率的關系。3、引風機變頻調速控制系統(tǒng)的設計
  　　在此鍋爐引風機變頻調速控制中，利用變頻器的段速功能根據(jù)鍋爐的不同工作狀態(tài)自動調節(jié)電機頻率，從而達到調節(jié)引風量的目的。
  　　此鍋爐為負壓燃燒的鍋爐，如爐膛壓力偏高，火焰就可能噴出，損壞設備或燒傷人員；而如果爐膛負壓過大，則會吸入過多的冷空氣，致使爐膛溫度降低，增加熱損失。

鍋爐的啟動應緩慢進行，其啟動過程為：
  　　①水系統(tǒng)檢查
  　?、趩右L機
  　?、蹎渝仩t，此時鍋爐自控系統(tǒng)先啟動鼓風機對爐膛和風道進行吹掃
  　?、茳c燃過程，電極產生高壓電火花，燃油助燃器開始點燃，燃燒器電磁閥開通，點小火，火焰監(jiān)測器開始工作，如燃燒正常，延遲一分鐘，啟動大火電磁閥點大火，經(jīng)監(jiān)測大火正常后，轉為正常燃燒階段
  　?、莞鶕?jù)蒸氣用量情況鍋爐在大火、小火之間反復切換
在鍋爐的運行過程中，鍋爐自控系統(tǒng)根據(jù)大、小火電動閥的不同工作情況自動調節(jié)鼓風機入口檔板的開度調節(jié)鼓風量大小，而引風機則是通過人工調節(jié)其風門的大小調節(jié)其引風量，考慮到鍋爐實際運行情況及投資成本，我們運用變頻器的段速功能對鍋爐引風機進行變頻調速改造。