菱科变频器锅炉节能应用

菱科变频器锅炉节能应用

一、引言

锅炉主要的控制技术在於煤效率及用电效率，传统方法使用风门档板及阀门控制鼓风机、补水泵、循环泵的流量，其设计上并未考虑节能目的，同时，生产工艺及生产任务不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤（喷降）量，以达到高效率燃烧，传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度代，且需非常熟练的技术人员操作，烟囱才会冒出黑烟。锅炉常因一台不够用，需再开一台并联使用，便当蒸汽压力需求量不足两台时，常需排空放汽，以降低蒸汽压力，既浪费能源又污染环境。

二、锅炉供水控制系统的改造
传统的锅炉水位控制系统中，给水泵是连续恒速运行的，并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的。这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时，由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力会上升阀门两边的压差将增大。当增大到很大时不但会造成水泵的能量的浪费，而且使该水泵的振动和磨损加大，进而寿命缩短。采用回流支路调整时，大量的水回流也同样造成能量的消耗。
水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N三次方成正比，电机的转速与电源频率F成正比，因此改变电源频率，可改变电动机即给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。
系统组成及原理
本系统主要由一单片机和一台变频器组成，这里汽包水位是被控变量，给水量与蒸发量是两个辅助的冲量，这三个变量是由电动差压变送器进行检测，然后经过单电机的计算输出4～20mA的电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节。
在设计系统时，首先应确定变频器的输出频率，因为这一参数的选择关系到整个系统的控制效果，应根据水泵流量，扬程等参数和最大用水量和最小用水量确定。
变频器的工作状态
变频器通过与外部电路相连的输入输出端子设置。手动和自动两种工作状态，手动工作状态通过调节电位器来给定变频器输出频率，这种工作状态是在单电机因某种情况停用时进行操作的，自动工作状态时由单片机的输出信号进行控制。
在实际应用中，该系统较传统调节阀控制方式最实出的优点是同期节电率高达近20%并且水泵磨损严重的问题得到解决，维修率明显降低，延长设备的使用寿命而且能更好地提高系统的自动化水平。
三、锅炉鼓(引)风控制系统的改造
锅炉的鼓（引）风机的风量也是经常变动的，由于汽量变化是经常变化的，所以风 量就需要经常调节如由阀门调节，锅炉的控制室到阀门的距离较远，操作十分不便，也不可能调节得当，风量调节过大，空气含氧量超标，浪费了热能，风量调节过小，煤渣残留碳份超标又浪费了煤，因此为了提高控制水平，保证空气含氧量和煤渣残留的碳份达标，必须对风量进行有效的调节，调节的方式，必须方便、灵敏、可靠。
为了提高锅炉风量的控制水平，又能达到节能的效果，采用变频调速方式对风量进行调节，是首选的方案。由于应用变频调速技术可根据用汽量的变化，随时调整鼓引风机的转速，减少了噪音对环境的污染（电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降）对提高工业卫生水平起到一定的作用，由于鼓引风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降。停机时间减少，节约了大量的维修费用。
应用变频器的节能效果
一般使用的风机、水泵设备额定的风量、流量，通常都超过实际需要的风量流量，又因为工艺要求需要在运行中变更风量、流量，而目前，采用档板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
从流体力学原理知道，风机风量与转速及电机功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q－风量(流量)Ｈ－风压（扬程）P－轴功率n－转速
当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低，例如风量下降到80%，转速(n)也下降到80%时其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大，下图两条曲线之间的阴影部分表示了采用变频调速方式的节电效果。
上述的原理也基本适用于水泵，因此对风量流量调节范围较大的风机水泵，采用调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。
驱动风机，水泵，大多数为交流异步电机，（大功率的多数为同步电机），异步电动机或同步电动机的转速与电源的频率f成正比，改变定子供电频率就改变了电动机的转速，变频调速装置，是将电网50Hz的交流电，变成频率可调电压可调的交流电去驱动交流电动机实现调速的。
变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大，精度高、无级调速。容易实现协调控制和闭环控制，由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合于对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机水泵节能的较理想的方法。