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富凌BD330變頻器在鍋爐供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

       在北方，鍋爐供暖關(guān)系到千家萬(wàn)戶的日常工作和生活，尤其大片集中供熱系統(tǒng)中，對(duì)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(yùn)行的，并且流量的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)水管道中調(diào)節(jié)閥和回流支路實(shí)現(xiàn)的，這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí)由于閥門的開度的減小，水泵出口的壓力會(huì)上升，閥門兩邊的壓差會(huì)增大，當(dāng)增大到很大時(shí)不但會(huì)造成能量的浪費(fèi)，而且使該水泵的振動(dòng)和磨損加大，進(jìn)而壽命縮短。采用回流支路調(diào)整時(shí)，大量的水回流也會(huì)造成能量的浪費(fèi)。

系統(tǒng)要求

◆ 有三臺(tái)鍋爐控制及循環(huán)、補(bǔ)水系統(tǒng)

◆ 每臺(tái)鍋爐有鼓風(fēng)，引風(fēng)系統(tǒng)，基本要求為恒壓控制，部分要求為恒壓、恒溫控制

◆ 要求全自動(dòng)及部分單臺(tái)控制

◆ 要求能部分檢修及部分系統(tǒng)不間斷工作

◆ 有調(diào)度室集中監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)方案

l 系統(tǒng)圖如下

◆ 變頻器：BD330系列變頻器8臺(tái)，功率從22kW到200kW

◆ PLC：選用SPB30點(diǎn)PLC，由于西門子人機(jī)界面有強(qiáng)大處理功能，大部分功能可通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)

◆ 人機(jī)界面：西門子人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，相關(guān)數(shù)學(xué)模型建立在人機(jī)界面內(nèi)部的豐富處理指令

◆ 低壓電器主要用于保護(hù)和切換，由手動(dòng)和PLC控制執(zhí)行，空氣開關(guān)選用EA系列，接觸器選用SC-E系列

◆ 溫控器選用富士PXR4TE系列，帶Modbus通訊

l 變頻器的工作狀態(tài)

       變頻器通過(guò)與外部電路相連的輸入輸出端子設(shè)置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種狀態(tài)，手動(dòng)工作狀態(tài)由電位器調(diào)節(jié)來(lái)給定頻率，自動(dòng)工作狀態(tài)由PLC的輸出信號(hào)進(jìn)行控制。

       在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，顯示直觀，節(jié)電效果明顯，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

l 結(jié)論

       本系統(tǒng)充分利用西門子人機(jī)界面的強(qiáng)大集成功能，將PLC、變頻器、溫控器上位機(jī)有機(jī)聯(lián)合在一齊，做到數(shù)據(jù)共享，控制一體化。

鍋爐變頻調(diào)速的鼓引風(fēng)控制系統(tǒng)

l 引言

       在整套供暖系統(tǒng)中，鍋爐的鼓引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也是經(jīng)常變動(dòng)的，由于氣量變化是經(jīng)常的，所以風(fēng)量就需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，在老系統(tǒng)中是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門來(lái)改變風(fēng)量，鍋爐離閥門較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)起來(lái)很不方便，也調(diào)節(jié)的不得當(dāng)。風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)大，空氣含氧量超標(biāo)，浪費(fèi)熱能，風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)小煤渣殘留碳粉超標(biāo)又浪費(fèi)煤，因此提高控制水平，保證空氣含氧量和煤殘留的碳粉達(dá)標(biāo)，必須對(duì)風(fēng)量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式必須方便，靈敏、可靠。

       為了提高鍋爐風(fēng)量的控制水平，又能達(dá)到節(jié)能的效果，采用變頻調(diào)速控制方式對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)是首選方案。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可根據(jù)用氣量的變化隨時(shí)調(diào)整鼓引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少噪音對(duì)環(huán)境的污染、減少能源的浪費(fèi)、延長(zhǎng)設(shè)備的壽命、節(jié)約維修費(fèi)用。

l 風(fēng)機(jī)調(diào)速原理

◆ 風(fēng)機(jī)是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其基本參數(shù)有：

      ① 風(fēng)量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)風(fēng)機(jī)的空氣量

      ② 風(fēng)壓H：當(dāng)空氣流過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓Ht(Pa)，其由靜壓Hd和動(dòng)壓Hg組成，即Ht=Hd+Hg

      ③ 功率P：風(fēng)機(jī)工作有效的總功率，Pt=QHt

      ④ 效率η：風(fēng)機(jī)空氣功率除以風(fēng)機(jī)軸功率

◆ 風(fēng)機(jī)特性曲線

      H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性

      P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性

      η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率特性

      由流體力學(xué)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(fēng)機(jī)的額定流量

      He: 風(fēng)機(jī)的額定壓力

      Pe：風(fēng)機(jī)的額定功率

      ne：風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速

       由上述公式可知：如果風(fēng)機(jī)的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量Q下降時(shí)，轉(zhuǎn)速n可成比例下降，此時(shí)風(fēng)機(jī)的軸輸出功率P是成立方關(guān)系下降。即風(fēng)機(jī)電機(jī)的耗電功率P與其轉(zhuǎn)速n近似成立方關(guān)系。

◆ 管網(wǎng)的風(fēng)阻特性

      當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻特性保持不變時(shí)，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系為：K=R*Q2

      K：通風(fēng)阻力，單位（Pa）

      R：風(fēng)阻，單位（kg/ m3）

      Q：風(fēng)量，單位（m3/s）

      由風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系式可知：風(fēng)阻特性曲線為拋物線。

◆ 風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理

      三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系為：n=60f(1-s)/P

       當(dāng)改變定子繞組的電源頻率時(shí)，就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，因此調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速就可相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入風(fēng)機(jī)的功率，這樣就避免了風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)消耗在風(fēng)門上的功率。

l 引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        在此鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)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(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)引風(fēng)量的目的。

        此鍋爐為負(fù)壓燃燒的鍋爐，如爐膛壓力偏高，火焰就可能噴出，損壞設(shè)備或燒傷人員；而如果爐膛負(fù)壓過(guò)大，則會(huì)吸入過(guò)多的冷空氣，致使?fàn)t膛溫度降低，增加熱損失。

        鍋爐的啟動(dòng)應(yīng)緩慢進(jìn)行，其啟動(dòng)過(guò)程為：

        ① 水系統(tǒng)檢查

        ② 啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)

        ③ 啟動(dòng)鍋爐，此時(shí)鍋爐自控系統(tǒng)先啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)爐膛和風(fēng)道進(jìn)行吹掃

        ④ 點(diǎn)燃過(guò)程，電極產(chǎn)生高壓電火花，燃油助燃器開始點(diǎn)燃，燃燒器電磁閥開通，點(diǎn)小火，火焰監(jiān)測(cè)器開始工作，如燃燒正常，延遲一分鐘，啟動(dòng)大火電磁閥點(diǎn)大火，經(jīng)監(jiān)測(cè)大火正常后，轉(zhuǎn)為正常燃燒階段

        ⑤ 根據(jù)蒸氣用量情況鍋爐在大火、小火之間反復(fù)切換

        在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐自控系統(tǒng)根據(jù)大、小火電動(dòng)閥的不同工作情況自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)入口檔板的開度調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量大小，而引風(fēng)機(jī)則是通過(guò)人工調(diào)節(jié)其風(fēng)門的大小調(diào)節(jié)其引風(fēng)量，考慮到鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況及投資成本，我們運(yùn)用變頻器的段速功能對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造。

l 主要參數(shù)設(shè)置

結(jié)束語(yǔ)

       工業(yè)鍋爐風(fēng)機(jī)，采用變頻器調(diào)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制，穩(wěn)定性和可靠性高，調(diào)節(jié)特性好。投入變頻器后風(fēng)機(jī)風(fēng)道擋板在全開位置，風(fēng)機(jī)擋板壓流損失減少到近似于零。由于變頻器可非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，操作人員可靈活的調(diào)控燃燒，提高了鍋爐的效率。