变频器在锅炉节能使用的说明

变频器在锅炉节能使用的说明 锅炉变频节能的应用 变频调速的节能意义 风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时 间并非工作于满负荷状态，由于交流电机调速很困难。常用挡风板、回流阀或 开/停机时间，来调节风量或流量，同时大电机在工频状态下频繁开 /停比较困难 ，电力冲击较大，势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击。采用变频器直接 控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法，当电机在额定转速的 80%运行 时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3 ，即 51.2%，去除机械损耗 电机铜、铁损等影响。节能效率也接近 40%，同时也可以实现闭环恒压控制， 节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了 启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网 的容量要求和无功损耗。为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作 部门以及各单位节能工作的重点。 阀门特性及变频调速节能原理 阀门的开启角度与管网压力，流量的关系示意图如图当电机以额定转速 n0 运行，阀门角度以 a0（全开）， a，a1 变化时管道压力与流量只必须减小阀门 开度到 a1，能是沿 A，B，C，点变化。即必须减小阀门开度到 a1，这使得阀 前压力由原来的 P0 提高到 Pq，实现调速控制后，阀后压力由原来的 P0 降到 Ph。阀前阀后存在一个较大 的压差P=Pq-Ph。 如果让阀门全开（开度为 a0），采用变频调速，使风机转速至 n1，且流 量等于 Q1，压力等于 Ph，那么在工艺上则与阀门调节一样，达到燃烧控制的 要求。而在电机的功耗上则大不一样。风机水泵的轴功率与流量和扬程或压力 的成绩成正比。在流量为 Q1，用阀门节流时，令电动机的功率为 Nf=KPhQ1 。用变频调速比阀门节流节省的电能为： Nj-Nf=K（Pq-Ph）Q1=Q1P。 由图可见，流量越低，阀门前后以来差越大，也就是说用变频调速在流量 小，转速低时，节能效果更好。 目前绝大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现 的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板 上。为了节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系 统取代低效高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。 节能效果计算示例 一、锅炉现有鼓风机一台，配用 160kw 电机，。风量在 80%30%之间 变化，设电机全速供风量为 Qn 空载损耗为 0.1(Y0cosnt)每天总供风量为 6 0%Qn 则全速 Pp=(1601600.1)kw=144kw 1、变频时：每天只需功率 P m 2=(16+(60%)3144)kw=47kw 节约的功率：Pj=(14447)kw=97kw 2、如果电费按 0.7 元/kw 小时计算，每年节约的电费： 97kw24h3650.7 元/kwh=594804 元=59 万元 二、锅炉现有引风机一台，配用 185kw 电机，。风量在 90%70%之间 变化，设电机全速供水量为 Qn 空载损耗为 0.1(Y0cosnt)每天总供风量为 8 0%Qn 则全速 Pp=(1851850.1)kw=166.5kw 1、变频时：每天只需功率 P m 2=(18.5+(80%)3166.5)kw=103.748kw 节约的功率：Pj=(166.5103.748)kw=63kw 2、如果电费按 0.7 元/kw 小时计算、每年节约的电费： 63kw24h3650.7 元/kwh=386316 元=38 万元 三、每年总节约的电费：59 38=97 万元 由以上估算情况可知，半年内轻易可收回投资 一、 系统概述 我国是以煤作为主要能源的国家，锅炉是耗能的主要设备，约占全国总能 耗量的二分之一左右，按照国际先进水平衡量我国能源的利用率很低。因此， 节能的潜力很大。一般来说生产过程中的节能有三大途径： （1） 改造设备节能； （2） 改进工艺节能； （3） 提高应用管理和自控技术节能。 为了使锅炉工作稳定、安全、经济，需要提高对锅炉的监控品质，提高平 均热效率，节省能源和减少污染，减轻操作人员的工作负担，提高锅炉的科学 管理水平。可以获得可观的经济效益。应用管理和自控技术节能可做到少投入 多产出，见效快，效果好。一般采用自动化技术后，可以提高锅炉热效率 3-5% ，节煤 5-8%，自动化技术的投资在 2 年左右时间既可收回。用户既可以收到 节约能源节省资金的效果，由于减少了大量原煤的燃烧，还净化了空气，美化 了环境，节省了资源，在贯彻可持续发展战略的今天，具有特殊的意义，因此 而产生的社会效益，将是十分重大而深远的。 锅炉控制通常是采用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果， 原因是锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复 杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的 PID 为基础的常规仪表控制已很难 达到最佳状态，如果靠人工手烧则要受人为因素（经验、责任心、白夜班）的 影响，而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离 PID，选择性 PID，参数自整 定等各种充分发挥计算机这一智能化、多功能的优势，是常规仪表和人力难以 实现或无法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能 的重要措施。 本系统是针对链排式燃煤锅炉而设计开发，可以实现对一到五台锅炉及总 供热系统进行自动控制和自动检测，能够实现锅炉系统的安全和经济运行，完 成各项管理功能和报警保护功能，达到节约能源、减少环境污染、降低劳动强 度的目的。锅炉吨位可从 480T/h。 整套系统设计合理，设备选型先进，控制功能完善，通用性强，具有手动/ 自动无扰切换功能。控制设备可靠性高，拆装简便，维护方便，抗干扰能力强 。本系统具备远程通讯功能，可以和上位计算机和下位换热站进行通讯。 二、自控系统构成 1. 系统控制功能描述 * 锅炉自动控制：鼓风、引风、炉排实现自动控制和仪表盘手动操作。 * 超压超温（汽锅炉为高低液位）报警及停炉自动联锁 * 循环水泵软启动软停止及故障报警联锁停炉 * 变频自动补水及手动操作 * 各电器控制设备的运行指示和故障停车 * 锅炉其它热工参数检测（详见表：系统测控点要求） * 换热站热工参数 2. 调节系统控制功能描述 锅炉运行要达到以下要求：根据室外温度变化或负荷要求，使锅炉出水温 度或出汽压力（流量）也随之变化；由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量 ，而实现锅炉的经济燃烧。 根据以上要求，可以将锅炉控制系统设置为汽包液位控制回路（水锅炉无 此回路），锅炉定压补水系统（循环水定压补水控制回路）（蒸汽锅炉无此回 路），炉膛负压控制回路，出汽压力（水锅炉为出水温度）控制回路（负荷控 制回路），来分别控制锅炉给水量、锅炉引风量、锅炉进煤量、锅炉送风量。 1) 汽包液位调节控制系统（热水锅炉无此系统） 为锅炉安全运行，系统采用双侧水位变送器，一路进行报警联锁，一路进 行调节控制。为保证控制精度，采用反馈前馈调节系统，即引入蒸汽流量和 给水流量进行三冲量水位调节。调节精度为 10mm。 控制回路原理图： 2) 锅炉定压补水调节控制系统（循环水定压补水控制回路） 在锅炉水循环过程（直供）或循环水（间供）过程中，由于供水管道较长 和采暖用户的排放，使回水量少于供水量，使回水压力降低，需要对供回水系 统进行补水，以保证供回水压力平衡。为使系统平稳安全运行，采用变频器进 行自动恒压补水。压力波动范围在0.02Mpa 以内. 控制回路原理图： （3） 负压调节控制系统 炉膛负压的大小对于节能影响很大。负压大，被烟气带走的热量大，热损 失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗 粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但 由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛 负压的稳定，但由于系统有一定的滞后时间，为避免鼓风变化而引起炉膛负压 的波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。调节精度 可以控制在设定值10Pa。 控制回路原理图： （4）负荷调节控制系统 为了达到锅炉最佳燃烧效果而采用了负荷控制系统。由于室外温度的变化 使负荷需求改变。这样既可以避免室外温度升高而室内供热量不减，使室内温 度过高的热量浪费，又可以保证室外温度降低而室内温度恒定。系统中有五条 不同的温度曲线可供用户选择。 由于负荷需求变化而改变锅炉的出水温度（蒸汽锅炉为蒸汽压力），首先 要通过调节链排速度来改变燃料量，并改变送风量，再由烟道中安装的氧量检 测仪测定烟气含氧量，调整送风量，以实现较好的风煤配比调节。由于烟气含 氧量不是一个定值，在锅炉满负荷运行时含氧量较低，在低负荷运行时含氧量 较高，所以在系统中设置了烟气含氧量设定值的自动修正，以保证风煤配比达 到较好状态，实现锅炉的经济燃烧。系统调节精度：蒸汽锅炉压力调节为5% ；热水锅炉温度调节为1。 控制回路原理图： 3. 系统构成 在控制系统中工控机作为上位机，可编程序控制器 PLC 作为下位机的微机 自控系统。凭借可编程序控制器 PLC 高抗干扰能力、高可靠性以及工业控制机 高可靠性，强大的通讯管理能力实现了对锅炉的自动化控制水平。共配置了 2 套 S7-300 现场控制单元及 1 台工业控制计算机,来控制 2 台锅炉及附属换热设 备。S7300 现场控制单元分别控制各台锅炉及辅助系统，控制器和工控机进 行通讯，由工控机对锅炉运行状态进行监控、管理和运行状态的优化，以实现 对 2 台锅炉的自动控制。系统配备后备操作器，以备在锅炉准备运行时手动调 节进行操作。 系统结构为积木插接式，通用性强，可使用附加模块对 PLC 进行扩展，可 以很方便地适应今后系统扩充和改变的需求。由自动化仪表对现场工艺参数进 行检测，并将检测信号转换成 420mA 标准信号传送到 PLC，PLC 通过 MPI 通讯接口