供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速技術的應用

胡敏

【摘 要】楊村煤礦供暖系統(tǒng)主要供暖設備包括：三臺SZL 20-1.6-AⅢ型蒸汽鍋爐、三臺37kW鼓風機、三臺110kW引風機，鍋爐鼓風機和引風機采用變頻控制。為了提高供暖系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，減輕對供暖設施及管網(wǎng)的沖擊損壞，楊村煤礦對供暖系統(tǒng)進行變頻改造。改造后實現(xiàn)了鍋爐鼓風機、引風機、熱水循環(huán)泵和補水泵的變頻運行，保持恒定供暖壓力，大大提高了供暖系統(tǒng)運行的安全可靠性。

【關鍵詞】供暖系統(tǒng) 控制 鼓風機 引風機 變頻調(diào)速 節(jié)能

1 引言

楊村煤礦供暖采用熱水供暖方式，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽分別輸送至工廣區(qū)熱交換站和生活區(qū)熱交換站，在熱交換站通過熱交換器汽水交換后產(chǎn)生熱水，再通過管道輸送至各用戶。在工廣區(qū)熱交換站安裝4臺熱交換器、兩臺45kW熱水循環(huán)泵、兩臺5.5kW補水泵，生活區(qū)熱交換站安裝八臺熱交換器、三臺55kW熱水循環(huán)泵、2臺4kW補水泵，水泵均為為工頻啟動、工頻運行，運行中輸出壓力波動大，以及啟動、停運對供暖管道沖擊大，造成供暖設施損壞快、供暖壓力不穩(wěn)定。由于水泵始終處于全速運行，無法根據(jù)供暖管網(wǎng)的壓力與用水量調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速、出水壓力，造成對供暖設施的沖擊，而且造成電量的大量浪費。

2 方案確定

（1）供暖系統(tǒng)變頻改造的方法：在工廣區(qū)熱交換站安裝1臺5.5KW變頻器和1臺變頻控制柜、2臺45kW變頻器和2臺變頻控制柜，生活區(qū)熱交換站安裝3臺55kW變頻器和3臺變頻控制柜、1臺4kW變頻器和1臺變頻控制柜，在工廣區(qū)和生活區(qū)熱交換站的供暖管網(wǎng)各安裝1只壓力變送器，利用變頻器和壓力變送器實現(xiàn)熱水循環(huán)泵及補水泵的變頻起動、變頻運行，變頻器控制水泵的運行速度，壓力變送器反饋給變頻器供暖管網(wǎng)輸出壓力，實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速，方便根據(jù)供暖管網(wǎng)的壓力與用水量調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速、供暖壓力，把供暖出口壓力控制在0.55MPa，保證供暖管網(wǎng)的供水壓力及用水。

（2）供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速技術的原理：熱水循環(huán)泵實現(xiàn)變頻調(diào)速的原理是按照供暖管網(wǎng)循環(huán)水的壓力，改變熱水循環(huán)泵的電機頻率，從而調(diào)整熱水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)數(shù)和循環(huán)水量，實現(xiàn)供暖管網(wǎng)保持恒定的壓力。補水泵實現(xiàn)變頻調(diào)速的原理是按照供暖管網(wǎng)補給水的壓力，改變補水泵的電機頻率，從而調(diào)整補水泵的轉(zhuǎn)數(shù)和管網(wǎng)的補給水量，實現(xiàn)供暖管網(wǎng)補給水恒定的壓力。供暖管網(wǎng)安裝的壓力變送器將循環(huán)水和補給水的工作壓力反饋到調(diào)節(jié)器內(nèi)，與供暖管網(wǎng)設定的壓力進行比較，經(jīng)過計算輸出一個信號輸入到變頻器內(nèi)，變頻器再根據(jù)輸入的信號值，調(diào)整熱水循環(huán)泵和補水泵電機的頻率（一般為0-50Hz），從而實現(xiàn)調(diào)整熱水循環(huán)泵和補水泵的轉(zhuǎn)數(shù)和流量。

（3）供暖系統(tǒng)變頻器的選擇：變頻器選用三墾力達電氣有限公司生產(chǎn)的變頻器，選擇變頻器時，變頻器的功率要比熱水循環(huán)泵的補水泵的電機功率稍高一些，這樣節(jié)電效果要同功率的要好一些。為了能更好的節(jié)電，熱水循環(huán)泵、補水泵要做到頻率升高時，能迅速達到高頻率、高速度，頻率降低時，能迅速達到低頻率、低速度，最終保持恒頻低耗運行。如果選擇的變頻器功率與電機功率相同，會使變頻器很難實現(xiàn)熱水循環(huán)泵和補水泵的電機迅速升頻或降頻，而減少了節(jié)電效果。如果將變頻器的功率選高一些，可使變頻器實現(xiàn)熱水循環(huán)泵和補水泵電機迅速升頻或降頻，大大減少升頻和降頻階段的電能消耗，從而大大提高了節(jié)電效果。一般選擇的變頻器功率比熱水循環(huán)泵和補水泵的電機功率高10%—20%即可。

3 鍋爐風機的變頻調(diào)速技術應用

鍋爐風機的變頻調(diào)速技術應用分為鼓風機的變頻調(diào)速技術應用和引風機的變頻調(diào)速技術應用。

3.1鼓風機的變頻調(diào)速技術應用

鼓風機的變頻調(diào)速技術應用，是為了合理調(diào)整鍋爐燃燒，提高鍋爐的經(jīng)濟運行，鼓風機和引風機的特性是指鼓風機和引風機在一定的轉(zhuǎn)數(shù)和一定的介質(zhì)密度下，風壓、功率及效率與風量之間的關系。煙道、風道的特性是指煙道、風道的阻力和風量之間的關系。煙道、風道的阻力與風量成正比，風量增加，則煙道、風道的阻力也增大，所以必須采取適當?shù)拇胧┘右云胶狻９娘L機的變頻調(diào)速技術應用就是采取了保持用煤量與送風量一定的比例，再根據(jù)鍋爐煙氣的含氧量調(diào)整送風量。

3.2引風機的變頻調(diào)速技術應用

引風機的變頻調(diào)速技術應用和鼓風機的變頻調(diào)速技術應用相類似，引風機的變頻調(diào)速技術是以鍋爐爐膛負壓作為反饋信號進行調(diào)節(jié)，因為需要以鼓風量為前進行校對，所以變頻器只是作為操作器人為的對引風機的鉆速進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)節(jié)能的目的。當鼓風機和引風機使用變頻調(diào)速電動機時，電動機的轉(zhuǎn)速可以通過風量來進行調(diào)節(jié)，如果風量減少，電動機的轉(zhuǎn)速就會降低，耗電量也會減少，從而達到節(jié)電的效果。

4 供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速技術的優(yōu)點

供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速技術有許多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）變頻調(diào)速的效率較高，變頻調(diào)速主要是利用改變電動機的頻率后，電動機按照該頻率的同步轉(zhuǎn)速運行，這樣轉(zhuǎn)速損失不會增加，因此變頻調(diào)速技術是一種高效率的調(diào)速方式。

（2）變頻器的調(diào)速范圍較大。變頻器的調(diào)速范圍可達1%—100%，并在整個調(diào)速范圍內(nèi)具有較高的調(diào)速效率，當調(diào)速范圍小于30%時，變頻器效率可達90%。因此變頻調(diào)速技術對于調(diào)速范圍廣、常處于低負荷狀態(tài)下運行的設備，非常適用。

（3）變頻調(diào)速運行的啟動電流較小。適用變頻調(diào)速運行時，設備的啟動電流較小，對設備起到很大的保護作用，可以提高設備的使用壽命。

（4）變頻調(diào)速技術應用比較方便，使用變頻調(diào)速技術，只需要對原設備的電動機進行變頻調(diào)速改造，安裝變頻器、變頻控制柜和變送器就可實現(xiàn)。

（5）變頻調(diào)速裝置可兼作啟動設備。在實際運行中，通過變頻電源將電動機啟動到設定的轉(zhuǎn)速，再斷開變頻電源，由工頻電源把電動機加速到全速。

5 使用變頻器的好處

使用變頻器的好處很多，可以對設備起到很好的保護，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）變頻器具有過電壓保護作用：使用變頻器后，可以自動調(diào)整輸出電壓，使設備不承受過電壓，當設備的輸出輸出電壓超過正常電壓的110%時，變頻器就會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（2）變頻器具有欠電壓保護作用：當運行設備的電壓低于正常電壓的90%時，變頻器也會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（3）變頻器具有過電流保護作用：當設備的運行電流超過額定電流的200%/10微秒，變頻器就會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（4）變頻器具有缺相保護作用：變頻器會自動監(jiān)測輸出電壓，當輸出出現(xiàn)缺相時，變頻器就會報警，然后會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（5）變頻器具有過負荷保護作用：使用變頻器后，變頻器就會自動監(jiān)測設備的運行電流，當設備的運行電流超過額定電流的120%/1分鐘時，變頻器會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（6）變頻器具有接地保護作用：變頻器配置了專門的接地保護電路，由接地保護互感器和繼電器組成，當發(fā)生一相或兩相接地時，變頻器會自動報警，從而對設備起到保護作用。

（7）變頻器具有短路保護作用：當變頻器輸出發(fā)生短路后，必然引起過流，在10微秒內(nèi)變頻器就會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（8）變頻器具有超頻保護作用：變頻器具有限制電機最大頻率和最小頻率的功能，使電機的頻率只能在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而起到超頻保護的作用。

6 節(jié)能效果估算

（1）供暖系統(tǒng)應用變頻調(diào)速技術后，實現(xiàn)鍋爐鼓風機、引風機、熱水循環(huán)泵和補水泵的變頻運行，保持恒定供暖壓力，減輕對供暖設施及管網(wǎng)的沖擊損壞，每年可以節(jié)約維修費用26000元；

（2）實現(xiàn)供暖經(jīng)濟運行，實現(xiàn)節(jié)能，根據(jù)鍋爐鼓風機、引風機和水泵實際運行情況，每天可節(jié)約用電700 KWh，每月可節(jié)約用電21000 KWh，每月可以節(jié)約資金10920元，一年可以節(jié)約資金131040元。

7 結語

（1）目前我國供暖、供電用設施使用的電動機大多數(shù)是交流電動機，應重點應用交流電動機的變頻調(diào)速技術。設備的變頻調(diào)速技術是目前較為理想的調(diào)速節(jié)能技術，應進行大力推廣應用。（2）目前制約變頻調(diào)速技術應用的主要因素是其投資較大，但從長遠發(fā)展角度考慮，供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速技術的應用，既可以實現(xiàn)供暖經(jīng)濟運行，又可實現(xiàn)節(jié)能，具有廣泛的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]陸耀慶.《供暖通風設計手冊》.