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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)的反應時間比閥門要快，且是由變頻器編程設定的，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，也可以設計成通過面板的電位器人工設定頻率來控制�？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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