變頻調速在熱力生產中的應用

摘要：在熱力生產中，對給水量，給水壓力，爐膛所需風量，風壓等的調節(jié)，采用變頻調速控制，與傳統(tǒng)方式相比較，具有明顯的節(jié)能效果。關鍵詞：變頻；調速；節(jié)能

1引言

本公司是鄭州高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)集中供熱單位，安裝有20t/h蒸汽鍋爐2臺。每臺鍋爐有90kW引風機，55kW送風機和45kW鍋爐上水泵電機各1臺。用戶主要為生產企業(yè)，全年運行，但負荷不穩(wěn)定，鍋爐起停頻繁，多數情況下處于低負荷運行狀態(tài)。致使生產成本高，經濟效益不好，特別是低負荷狀態(tài)下，電能浪費嚴重。為此，本公司于2001年5月，對鍋爐引送風系統(tǒng)，給水系統(tǒng)進行了技術改造，采用了變頻調速，取得了良好的節(jié)能效果。

2引送風系統(tǒng)

在鍋爐燃燒調節(jié)過程中，要求在不同的負荷條件下，保持蒸汽壓力恒定，為此，需要通過調節(jié)進入爐膛的煤量和空氣量與空氣壓力，使爐膛熱量達到一定值，以保證鍋爐的蒸汽產量與供熱量相對平衡。空氣量的多少，爐膛空氣壓力的大小，決定著煤層燃燒速度、燃燒效率的高低，影響著鍋爐蒸汽產量和主汽壓力的恒定。

傳統(tǒng)的空氣量、空氣壓力調節(jié)由電動執(zhí)行器調節(jié)風門開度來實現，這一方式具有如下缺點： 1）負荷較大時，須將風門開大，增加爐膛空氣壓力和空氣量，加快煤層燃燒速度，以提高單位時間內蒸汽產量，滿足供汽量要求；負荷較小時，須將風門開小。兩種狀態(tài)下，引送風風機一直保持額定轉速運行。在負荷較小時，引送風風機產生的巨大風量，都被風門遮擋，僅有一小部分進入風道，從而增加了壓差損耗，浪費了電能，增加了生產成本，降低了經濟效益和社會效益。

2）引送風風機功率大，在工頻供電情況下，還需要龐大的降壓起動設備。為此主電路需要安裝大功率的接觸器，增加電抗器等降壓起動裝置，使主電路電氣設備增多，在起制動頻繁的情況下，設備故障率增高，增加了維護量，甚至被迫停爐處理故障，不能正常供汽，將影響到用戶的正常生產，不僅造成巨大的經濟損失，而且影響供熱單位的信譽。 3）在起制動頻繁的情況下，產生的起動浪涌電流，將對電網和風機系統(tǒng)造成一定的沖擊，直接影響到電網的供電質量和風機系統(tǒng)的安全運行。

4）風門調節(jié)需要電動執(zhí)行器、伺服放大器、操作器等復雜的操作機構，附屬設備多，也增加了設備故障率。

而風量調節(jié)采用變頻調速控制，由于變頻起動是軟起動，因而減少了起動過程對電網和風機系統(tǒng)的沖擊，減少了起動過程的電耗。故具有效率高，調速范圍大，特性硬，調節(jié)精度高，起制動方便靈活，能耗小，故障率低，操作簡單等優(yōu)點。另外空氣壓力，空氣量調節(jié)，直接由變頻器操作面板速度電位器控制引送風風機電機轉速來實現。取消了風門及其復雜的操作機構，使風道暢通無阻，降低了壓差損耗，減少了風量損失。同時取消了原有龐大的降壓起設備，也降低了

圖1變頻調速引風機電路原理圖

圖2變頻調速給水泵電路圖

設備故障率。

本公司引風機調速裝置采用德國西門子公司生產的MICROMASTEREco變頻器，它具有如下特點：

1）自動能量優(yōu)化，實現了電機定額的充分應用，對泵類和風機速度控制方便，能夠對過程進行更好的調節(jié)；

2）軟起動功能，避免了起動過程對電網和風機系統(tǒng)的沖擊；

3）內置進線電抗器，允許電機進線電纜長150m；

4）保護齊全，諸如：電機過載、過熱保護，接地錯誤保護，短路保護等；

5）安裝調試簡單，操作簡便，能耗低，運行和維護費用低廉。

變頻調速引風機電路圖如圖1所示。

3給水系統(tǒng)

本公司原鍋爐給水系統(tǒng)由1臺45kW電機帶動水泵長期運行，水量、給水壓力調節(jié)通過執(zhí)行器調節(jié)給水閥門開度來實現。其缺點是給水泵始終在額定轉速運行，浪費電能。另外，給水附屬設備復雜，執(zhí)行機構頻繁動作，穩(wěn)定性差。采用變頻調速改造以后，將調節(jié)給水閥門的裝置全部取掉，將閥門開度開至最大，直接由水位自控表或壓力控制器輸出4～20mA電流信號，實現PID閉環(huán)控制，調節(jié)變頻器頻率，改變給水電機轉速，改變給水壓力和流量，以滿足不同負荷情況下對水量、水壓的需要。

本公司采用西門子公司生產的MICROMASTEREco變頻器，和鍋爐上原有的壓力傳感器、壓力控制器，液位自控表構成壓力、液位雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。即恒壓、恒液位變頻供水自控系統(tǒng)，也可將二者設為開環(huán)控制。變頻調速給水泵電路圖如圖2所示。圖中位置1為恒壓供水，位置2為恒液位供水，位置3為開環(huán)控制。運行時通過選擇開關選擇不同的供水方式，然后調節(jié)電位器進行壓力或液位值的設定，操作簡單。 4技術改造效果

自從本公司引送風系統(tǒng)、給水系統(tǒng)實現變頻調速技術改造以來，取得了明顯的節(jié)能節(jié)水效果。根據測量計算，改造后較改造前節(jié)電約35％，節(jié)水約20％。另外，改造后極大地降低了設備故障率，減少了熱停工時間，減少了維修人員工作量，降低了維修費用，總之，技術改造后明顯降低了生產成本，提高了經濟效益和社會效益。據初步估算，設備投資將會在一年半時間內收回。