變頻器在鍋爐風(fēng)機節(jié)能改造上的應(yīng)用

1、1 / 7 變頻器在鍋爐風(fēng)機節(jié)能改造上的應(yīng)用2009-07-31 10:18 發(fā)布人：網(wǎng)絡(luò)查看跟帖聲明：文章可能來自于網(wǎng)絡(luò)，本站僅提供信息共享1 引言 風(fēng)機水泵類負(fù)載多是按滿負(fù)荷工作來選型的，然而，實際應(yīng)用中大部分時間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。常用擋風(fēng)板、回流閥或開停/ 機時間，來調(diào)節(jié)風(fēng)量或者流量；同時大電機在工頻狀態(tài)下頻繁開/ 停比較困難，勢必造成開/ 停機時的電流沖擊，由此造成了電能1 引言風(fēng)機水泵類負(fù)載多是按滿負(fù)荷工作來選型的，然而，實際應(yīng)用中大部分時間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。常用擋風(fēng)板、回流閥或開停/ 機時間，來調(diào)節(jié)風(fēng)量或者流量；同時大電機在工頻狀態(tài)下頻繁開/ 停比較困難，勢必造成開/ 停機

2、時的電流沖擊，由此造成了電能的損失和設(shè)備的損壞。 采用變頻器直接控制風(fēng)機、泵類負(fù)載是一種科學(xué)的控制方法，當(dāng)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% ，除去機械損耗與電機銅、鐵損等影響，節(jié)能效率也接近40% ，同時也可以實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。 由于變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電流沖擊，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。目前，為達(dá)到節(jié)能目的而推廣使用變頻器已成為廠礦企業(yè)節(jié)能工作的重點。2 工業(yè)鍋爐燃燒過程的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同，通常分為燃煤、 燃油和

3、燃?xì)馊N。這三種鍋爐的燃燒過程控制系統(tǒng)基本一樣，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)的控制方案中，鼓、引風(fēng)機的風(fēng)量一般采用風(fēng)門擋板控制，爐排電機與給粉機采用滑差調(diào)速，其弊端是調(diào)節(jié)不與時，2 / 7 操作復(fù)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(fēng)機的送風(fēng)量、引鳳機的引風(fēng)量和燃料進(jìn)給。2.1 技術(shù)參數(shù)與使用環(huán)境（1）鍋爐容量： 2220t/h; （2）可變頻率x 圍： 060hz; （3）適用電機功率x 圍： 11kw 280kw; （4）控制精度：1

4、%;（5）工作電壓：380v 10%;（6）環(huán)境溫度： -10 50 ;（7）空氣相對濕度：小于90%rh ，無凝露；（8）設(shè)置場所：無劇烈振動、沖擊，無導(dǎo)電性氣體或塵埃。2.2 變頻器的選擇芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)xx （vaasa control）的拳頭產(chǎn)品vacon nx系列變頻器，以其優(yōu)秀可靠的性能和品質(zhì)成為歐美各國首選品牌。vacon nx系列是其第二代高性能變頻器是市場上最安全、穩(wěn)定，功能最強大、使用最方便的產(chǎn)品之一。vacon nx 系列擁有精致小型變頻器（nxl ）、工業(yè)型變頻器（nxs ）與高性能變頻器（ nxp ）三種不同檔次的產(chǎn)品，具有風(fēng)冷和液冷兩種不同的冷卻方式。它自帶 pid

5、調(diào)節(jié)器，與其它品牌變頻器相比能以更少的投資實現(xiàn)閉環(huán)控制（可省去很多外部設(shè)備），多一個外部設(shè)備多一個故障，而vacon變頻器設(shè)計使用壽命（mtbf ）為500,000h。3 / 7 vacon變頻器的核心是自適應(yīng)電機模型和高級asic電路特性的無傳感器矢量控制技術(shù)。電機磁通模型是基于三相輸出電流的測量和來自asic 電路的電壓測量為基礎(chǔ)的。該模型自動識別無傳感器矢量模式和u/f模式的電機參數(shù)，并且在實時地跟蹤電機的參數(shù)變化。矢量控制建立在定子磁通坐標(biāo)系上，它可以消除測量值和電機參數(shù)間的微小變化。這樣不需要復(fù)雜的計算。asic 電路同時也監(jiān)控內(nèi)部總線和一些外部功能，因此可以使處理器有能力處理其它的

6、任務(wù)。2.3 工業(yè)鍋爐燃燒過程的變頻調(diào)速系統(tǒng)組成設(shè)計考慮到原系統(tǒng)均全天運行，為使系統(tǒng)可靠、節(jié)能，操作、維護(hù)方便，改造后新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，引風(fēng)機（37kw ）、鼓風(fēng)機（ 24kw ）、供水水泵（22kw ）均采用單回路控制， 風(fēng)機均采用恒壓變流量控制方式，水泵采用恒液位控制方式。風(fēng)機的控制回路均由壓力傳感器、 壓力控制器與變頻器組成，水泵控制回路由液位傳感器、水位控制器與變頻器組成。水位、壓力均采用數(shù)字方式顯示和控制。圖 1 鍋爐風(fēng)機、水泵改造系統(tǒng)原理圖4 / 7 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

7、構(gòu)，包括變頻器、風(fēng)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(fēng)機的風(fēng)量是與速度成正比的，其次執(zhí)行機構(gòu)的反應(yīng)時間比閥門要快，且是由變頻器編程設(shè)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(fēng)機消耗的電能，降低了鍋爐生產(chǎn)的成本。2.4 新的工業(yè)鍋爐燃燒過程的變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能與特點（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(shè)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(shè)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

8、載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能與聲光報警功能。（5）本方案運轉(zhuǎn)狀態(tài)靈活多樣，可完全實現(xiàn)自動控制，且可與鍋爐其它自控裝置進(jìn)行電器聯(lián)鎖，實現(xiàn)鍋爐的自動保護(hù)與計算機控制，不會因事故影響生產(chǎn)。（6）安裝時可不破壞原有的配電設(shè)施與環(huán)境，不影響生產(chǎn)。（7）只需調(diào)節(jié)電位器旋鈕即可調(diào)整風(fēng)量,操作方便。3 變頻調(diào)速節(jié)能分析3.1 節(jié)能效果分析閥門的開啟角度與管網(wǎng)壓力、流量的關(guān)系如圖2 所示。5 / 7 圖 2 閥門位置與壓力流量關(guān)系圖當(dāng)電機以額定轉(zhuǎn)速n0 運行，閥門角度為a0 （全開）；當(dāng)閥門開啟角度變化（a，a1 ）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

9、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力差 p=pq -ph （ 1）如果讓閥門全開（開度為a0 ），采用變頻調(diào)速，使風(fēng)機轉(zhuǎn)速降至n1 ，且流量為q1 ，壓力為 ph，這樣在工藝上則與閥門調(diào)節(jié)一樣，達(dá)到對流量或壓力的控制要求。但是，在電機的功耗上則大不一樣。風(fēng)機水泵的軸功率與流量和揚程（壓力） 的乘積成正比。在流量為q1 ，用閥門節(jié)流時，令電動機的軸功率為nf=kphq1，比閥門節(jié)流節(jié)省的電能為：（2）由式 (2)和圖 (2)可知，流量越低，閥門前后開度差越大。這就說明了用變頻調(diào)速在流量

10、小，轉(zhuǎn)速低時，節(jié)能效果越好。目前還有很多鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)還是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實現(xiàn)的，這種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)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6 / 7 爐燃燒控制水平，增加經(jīng)濟效益， 采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)風(fēng)機、泵類的流量 （或壓力） 控制，已成為各鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點。3.2 節(jié)能效果計算與實測值以 xx 鋼廠熱力工段百噸鍋爐為例。（1）鍋爐現(xiàn)有鼓風(fēng)機一臺，配用24kw電機，風(fēng)量在80% 30% 之間變化，設(shè)電機全速供風(fēng)量為qn ，空載損耗為0.1(y0=cosnt)，每天總供風(fēng)量為60%qn ，則全速功率：pp=(24- 24 0.1)kw

11、=21.6kw。變頻時，每天只需功率：pm2=(2.4+(60%)3 21.6)kw=7kw節(jié)約的功率：實測值 12.4kw 如果電費按0.7元 /kw h 計算，每年節(jié)約的電費:12.4kw 24h 365 0.7元/kw h=7.6萬元（2）鍋爐現(xiàn)有引風(fēng)機一臺，配用37kw電機。風(fēng)量在90% 70% 之間變化，設(shè)電機全速供風(fēng)量為qn ，空載損耗為0.1(y0=cosnt)，每天總供風(fēng)量為80%qn，則全速功率:pp=(37-37 0.1)kw=33.3kw。變頻時，每天只需功率：pm2=(3.7+(80%)3 33.3)kw=20.75kw節(jié)約的功率：7 / 7 實測值 10.5kw 如果電費按0.7 元 /kw h 計算，每年節(jié)約電