變頻技術(shù)在熱網(wǎng)首站的應(yīng)用

汪海霞 王大治 孔 欣

[摘 要]隨著電力電子器件、寬頻調(diào)制技術(shù)、矢量控制理論、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,近年來交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展,由于節(jié)能效果明顯被廣泛應(yīng)用。以哈爾濱發(fā)電有限公司熱網(wǎng)首站循環(huán)水泵進(jìn)行變頻器控制改造為案例,對(duì)所取得的節(jié)能效果及附加效益進(jìn)行分析和探討。

[關(guān)鍵詞]變頻器;調(diào)速;熱網(wǎng)循環(huán)泵;節(jié)能

由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié),因此長(zhǎng)期以來在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中,直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位,然而直流電動(dòng)機(jī)本身存在固有的結(jié)構(gòu)缺陷。交流電動(dòng)機(jī)(特別是異步電動(dòng)機(jī))具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、運(yùn)行可靠的特點(diǎn),在單機(jī)容量、供電電壓、速度極限等方面也優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī),因此交流電動(dòng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用。

隨著電力電子器件、寬頻調(diào)制技術(shù)、矢量控制理論、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的蓬勃發(fā)展,近年來交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展。各種類型的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、各種類型的同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)覆蓋了電力傳動(dòng)領(lǐng)域的方方面面。電壓等級(jí)從110V到 10 000V,容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)千千瓦的特大功率調(diào)速系統(tǒng),從一般要求的調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快速響應(yīng)的高性能調(diào)速傳動(dòng),從單機(jī)調(diào)速傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)速傳動(dòng),幾乎無所不有。歷來以恒速傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載,從節(jié)能的需要出發(fā)已大量采用交流調(diào)速系統(tǒng)。應(yīng)用變頻器的高性能交流傳動(dòng)必將成為調(diào)速傳動(dòng)的主流。

一、問題的提出

目前,節(jié)能減排已成為整個(gè)社會(huì)的主流,在城市中進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱是一種必然的趨勢(shì),但如何提高供熱的品質(zhì),做到經(jīng)濟(jì)、安全、高效是每一個(gè)熱電廠所面臨的問題。

哈爾濱發(fā)電有限公司熱網(wǎng)首站工程完成后,設(shè)計(jì)供熱面積為150萬m2。熱網(wǎng)首站設(shè)三臺(tái)換熱面積150m2BHD-150-QS/X型熱網(wǎng)加熱器。使用三臺(tái)流量1250m3/h熱網(wǎng)循環(huán)泵, 配備了三臺(tái)額定功率680kw的6kV高壓電機(jī)。隨著供熱負(fù)荷的逐年增加,在冬季正常對(duì)外界供熱由最初小流量熱網(wǎng)循環(huán)泵改造為大流量熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行?，F(xiàn)運(yùn)行方式為一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行,二臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵備用。但熱網(wǎng)投入運(yùn)行后下面一些問題需要進(jìn)行解決。

1.供熱初末期與尖峰期熱負(fù)荷相差較大,初末期熱負(fù)荷約為冬季最大熱負(fù)荷的1/2左右。

2.熱網(wǎng)循環(huán)泵供熱流量大于現(xiàn)有供熱所需流量,熱網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)行狀態(tài)下不能適應(yīng)供熱流量的靈活和精確調(diào)節(jié)。

二、問題的解決

當(dāng)供熱負(fù)荷變化時(shí)需要調(diào)節(jié)水量,如果通過調(diào)節(jié)泵的出口門的開度來實(shí)現(xiàn),實(shí)際上是靠壓損來減少給水流量,而電機(jī)的出力卻沒有變化。所以熱網(wǎng)循環(huán)泵最佳方案就是采用變頻器進(jìn)行調(diào)速,這樣就能將出口門全開,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制流量,可以方便的調(diào)整供熱量。

根據(jù)熱網(wǎng)首站現(xiàn)運(yùn)行方式?jīng)Q定,每臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵配置一套變頻器控制,在正常工作時(shí)一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵調(diào)節(jié)運(yùn)行,另兩臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵備用。只有當(dāng)運(yùn)行熱網(wǎng)循環(huán)泵處于檢修或者出現(xiàn)異常或者故障停運(yùn),啟動(dòng)備用熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行,仍可實(shí)現(xiàn)變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)泵達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。

三、變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行及節(jié)能分析

由于冬季尖峰和初末期供熱負(fù)荷相差較大,且在此供熱期間,室外溫度經(jīng)過高-低-高的變化,在1日內(nèi)白天至晚上室外溫度也經(jīng)過高-低-高的變化。為了保證供暖質(zhì)量(即室內(nèi)溫度不得低于18度)根據(jù)室外溫度的變化調(diào)整供熱管網(wǎng)的流量和溫度,一般流量控制在800 m3/h至950 m3/h之間,壓力在0.7MPa左右。如采用變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,提高調(diào)控精度。

哈發(fā)電有限公司首站熱網(wǎng)循環(huán)泵選用額定流量為1 250m3/h,14SH-6型水泵。配用額定功率680kw,JS158-4型高壓電動(dòng)機(jī)。應(yīng)采用每臺(tái)泵配置一套變頻器控制,在正常工作時(shí)一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵調(diào)節(jié)運(yùn)行,另兩臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵備用。只有當(dāng)運(yùn)行熱網(wǎng)循環(huán)泵處于檢修或者出現(xiàn)異?；蛘吖收贤＿\(yùn),啟動(dòng)備用熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行,仍可實(shí)現(xiàn)變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)泵達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。

根據(jù)哈發(fā)電公司上一年度采暖期的歷史數(shù)據(jù),一臺(tái)定速運(yùn)行泵日平均流量為864.871 m3/h,每天用電量平均為485.041×24=11 641.001kw/h,如采用變頻器控制的1臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié),根據(jù)GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式計(jì)算,這臺(tái)泵節(jié)能達(dá)53.564%,但考慮到變頻器內(nèi)部損耗的存在。即逆變器功率器件的開關(guān)損耗最大,其余是電子元器件的熱損耗和風(fēng)機(jī)損耗,變頻器的效率一般為95%~96%,因此在計(jì)算變頻調(diào)速節(jié)能時(shí)要將變頻器的4%~5%的損耗考慮在內(nèi)。故該運(yùn)行泵的節(jié)能效果實(shí)際為53.564%~5%=48.564%。

在供暖期內(nèi)變頻器控制的熱網(wǎng)循環(huán)泵每天可節(jié)電:11 641.001×48.564%=5 653.335 (kw/h);

熱網(wǎng)循環(huán)泵一個(gè)采暖期可節(jié)電: 5 653.335×182=1 028 907.102(kw/h)。

哈爾濱發(fā)電有限公司上網(wǎng)電價(jià)按0.333元 kw/h計(jì)算,采用變頻器控制的一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵每年可創(chuàng)造節(jié)電效益: 1 028 907.102×0.333=342 626.064(元)。

四、變頻器控制對(duì)設(shè)備的影響

采用變頻器調(diào)節(jié),不僅優(yōu)化運(yùn)行方式,實(shí)現(xiàn)閥門全開,減少閥門的節(jié)流損失,且均勻調(diào)速。減少轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備泵的葉輪的磨損等,減少設(shè)備的維護(hù)量。并且避免直接用工頻啟動(dòng)時(shí)的大電流大轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)、電纜、開關(guān)及機(jī)械設(shè)備的不利沖擊。同時(shí),變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵長(zhǎng)期在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于額定負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩。大大提高了設(shè)備的健康水平,這樣不僅延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命,也減輕了軸承的磨損,提高了供熱的可靠性。同時(shí)延長(zhǎng)了設(shè)備的檢修周期,降低了設(shè)備的檢修費(fèi)用。

五、結(jié)論

首站熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻器安裝投運(yùn)之后,將帶來以下幾點(diǎn)好處:

1.達(dá)到了節(jié)約用電的目的,提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.提高了調(diào)控的精度,保證了供熱的質(zhì)量,減少了設(shè)備的磨損程度,延長(zhǎng)了設(shè)備的檢修周期。

3.如果進(jìn)一步對(duì)公司的老網(wǎng)循環(huán)泵、循環(huán)水泵等采用變頻器技術(shù)控制調(diào)速,進(jìn)一步降低廠用電,提高經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

因此對(duì)熱網(wǎng)首站循環(huán)水泵進(jìn)行變頻技術(shù)改造是可行性的。

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(編輯/劉佳)