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富凌BD330變頻器在鍋爐供暖系統中的應用

引言

       在北方，鍋爐供暖關系到千家萬戶的日常工作和生活，尤其大片集中供熱系統中，對恒壓恒溫控制及可靠性要求較高。傳統的鍋爐水位控制系統中，給水泵是連續恒速運行的，并且流量的控制是通過調節水管道中調節閥和回流支路實現的，這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調節閥調節時由于閥門的開度的減小，水泵出口的壓力會上升，閥門兩邊的壓差會增大，當增大到很大時不但會造成能量的浪費，而且使該水泵的振動和磨損加大，進而壽命縮短。采用回流支路調整時，大量的水回流也會造成能量的浪費。

系統要求

◆ 有三臺鍋爐控制及循環、補水系統

◆ 每臺鍋爐有鼓風，引風系統，基本要求為恒壓控制，部分要求為恒壓、恒溫控制

◆ 要求全自動及部分單臺控制

◆ 要求能部分檢修及部分系統不間斷工作

◆ 有調度室集中監控系統

系統方案

l 系統圖如下

◆ 變頻器：BD330系列變頻器8臺，功率從22kW到200kW

◆ PLC：選用SPB30點PLC，由于西門子人機界面有強大處理功能，大部分功能可通過觸摸屏來實現

◆ 人機界面：西門子人機界面，可實現數據處理運算，相關數學模型建立在人機界面內部的豐富處理指令

◆ 低壓電器主要用于保護和切換，由手動和PLC控制執行，空氣開關選用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

       變頻器通過與外部電路相連的輸入輸出端子設置，有手動和自動兩種狀態，手動工作狀態由電位器調節來給定頻率，自動工作狀態由PLC的輸出信號進行控制。

       在實際應用中，該系統自動化程度高，顯示直觀，節電效果明顯，延長設備壽命。

l 結論

       本系統充分利用西門子人機界面的強大集成功能，將PLC、變頻器、溫控器上位機有機聯合在一齊，做到數據共享，控制一體化。

鍋爐變頻調速的鼓引風控制系統

l 引言

       在整套供暖系統中，鍋爐的鼓引風機的風量也是經常變動的，由于氣量變化是經常的，所以風量就需要經常調節，在老系統中是通過調節閥門來改變風量，鍋爐離閥門較遠，調節起來很不方便，也調節的不得當。風量調節過大，空氣含氧量超標，浪費熱能，風量調節過小煤渣殘留碳粉超標又浪費煤，因此提高控制水平，保證空氣含氧量和煤殘留的碳粉達標，必須對風量進行有效的調節，調節方式必須方便，靈敏、可靠。

       為了提高鍋爐風量的控制水平，又能達到節能的效果，采用變頻調速控制方式對風量進行調節是首選方案。應用變頻調速技術，可根據用氣量的變化隨時調整鼓引風機的轉速，減少噪音對環境的污染、減少能源的浪費、延長設備的壽命、節約維修費用。

l 風機調速原理

◆ 風機是一種平方轉矩負載，其基本參數有：

      ① 風量Q：單位時間內流過風機的空氣量

      ② 風壓H：當空氣流過風機時，風機給予每立方米空氣的總能量稱為風機的全壓Ht(Pa)，其由靜壓Hd和動壓Hg組成，即Ht=Hd+Hg

      ③ 功率P：風機工作有效的總功率，Pt=QHt

      ④ 效率η：風機空氣功率除以風機軸功率

◆ 風機特性曲線

      H-Q曲線：當轉速恒定時，風壓與風量間的關系特性

      P-Q曲線：當轉速恒定時，功率與風量間的關系特性

      η-Q曲線：當轉速恒定時，風機的效率特性

      由流體力學可知：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: 風機的額定流量

      He: 風機的額定壓力

      Pe：風機的額定功率

      ne：風機的額定轉速

       由上述公式可知：如果風機的效率一定，當要求調節流量Q下降時，轉速n可成比例下降，此時風機的軸輸出功率P是成立方關系下降。即風機電機的耗電功率P與其轉速n近似成立方關系。

◆ 管網的風阻特性

      當管網的風阻特性保持不變時，風量與通風阻力之間的關系為：K=R*Q2

      K：通風阻力，單位（Pa）

      R：風阻，單位（kg/ m3）

      Q：風量，單位（m3/s）

      由風量與通風阻力之間的關系式可知：風阻特性曲線為拋物線。

◆ 風機的節能原理

      三相異步電機轉速與頻率的關系為：n=60f(1-s)/P

       當改變定子繞組的電源頻率時，就可以改變電機的轉速，即可調節風量的大小，因此調節電機轉速就可相應地調節輸入風機的功率，這樣就避免了風門調節風量時消耗在風門上的功率。

l 引風機變頻調速控制系統的設計

        在此鍋爐引風機變頻調速控制中，利用變頻器的段速功能根據鍋爐的不同工作狀態自動調節電機頻率，從而達到調節引風量的目的。

        此鍋爐為負壓燃燒的鍋爐，如爐膛壓力偏高，火焰就可能噴出，損壞設備或燒傷人員；而如果爐膛負壓過大，則會吸入過多的冷空氣，致使爐膛溫度降低，增加熱損失。

        鍋爐的啟動應緩慢進行，其啟動過程為：

        ① 水系統檢查

        ② 啟動引風機

        ③ 啟動鍋爐，此時鍋爐自控系統先啟動鼓風機對爐膛和風道進行吹掃

        ④ 點燃過程，電極產生高壓電火花，燃油助燃器開始點燃，燃燒器電磁閥開通，點小火，火焰監測器開始工作，如燃燒正常，延遲一分鐘，啟動大火電磁閥點大火，經監測大火正常后，轉為正常燃燒階段

        ⑤ 根據蒸氣用量情況鍋爐在大火、小火之間反復切換

        在鍋爐的運行過程中，鍋爐自控系統根據大、小火電動閥的不同工作情況自動調節鼓風機入口檔板的開度調節鼓風量大小，而引風機則是通過人工調節其風門的大小調節其引風量，考慮到鍋爐實際運行情況及投資成本，我們運用變頻器的段速功能對鍋爐引風機進行變頻調速改造。

l 主要參數設置

結束語

       工業鍋爐風機，采用變頻器調速實現風量控制，穩定性和可靠性高，調節特性好。投入變頻器后風機風道擋板在全開位置，風機擋板壓流損失減少到近似于零。由于變頻器可非常平滑穩定的調整風量，操作人員可靈活的調控燃燒，提高了鍋爐的效率。