淺議熱源廠電氣控制設(shè)計(jì)及節(jié)能增效

韓艷琴

熱力工程作為城市主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，在國(guó)民生活中起著舉足輕重的作用，而為熱力運(yùn)行提供動(dòng)力的熱源廠電氣控制系統(tǒng)起到心臟的作用， 中斷供電將會(huì)造成較大的社會(huì)負(fù)面影響，所以電氣設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)系到國(guó)民生活，必須精益求精，只有深入的研究，才能使電氣技術(shù)在熱力行業(yè)良好地發(fā)揮作用。

一、熱源廠電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用

熱源廠作為城市主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，中斷供電將會(huì)造成較大的社會(huì)負(fù)面影響，并使廠內(nèi)生產(chǎn)秩序發(fā)生紊亂，需長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)生產(chǎn)。因此其供電負(fù)荷等級(jí)不低于二級(jí)。

熱源廠都會(huì)設(shè)置內(nèi)附式或獨(dú)立10/0.4kV變配電室。

為節(jié)約運(yùn)行電能，引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等采用變頻調(diào)速裝置。

二、熱源廠電氣設(shè)計(jì)需注意的要點(diǎn)

1、干式變壓器設(shè)計(jì)應(yīng)用

干式變壓器通常安裝在熱源廠室內(nèi)對(duì)防火要求比較高的場(chǎng)合，通常不會(huì)自燃，而且優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品具有阻燃能力。特點(diǎn)是安全、干凈，缺點(diǎn)是價(jià)格高、占地面積大、戶外使用困難。

環(huán)氧樹脂干式變壓器具有良好的電氣和機(jī)械性能、較高的耐熱等級(jí)，并且是一種可靠的、安全性的、環(huán)保節(jié)能型新產(chǎn)品，能適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。

2、電氣保護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

微機(jī)保護(hù)集保護(hù)、控制、監(jiān)視、人機(jī)接口、通訊等多種功能于一體。 一臺(tái)裝置即可完成開關(guān)柜內(nèi)所有的自動(dòng)化功能。工作穩(wěn)定完善的自薦功能，異常自動(dòng)報(bào)警，具有自保護(hù)能力，防止裝置永久性損壞。

3、電纜敷設(shè)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

熱源廠風(fēng)機(jī)房和水泵房等灰塵及水汽多的場(chǎng)所，采用電纜橋架架空、防水及橋架蓋板防塵技術(shù)。

配電室采用雙電纜溝設(shè)計(jì)， 前溝安裝配電柜，后溝便于敷設(shè)電纜。

通過(guò)以上詳細(xì)分析和研究，得到了熱源廠電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)幾點(diǎn)心得，這些都是經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，希望對(duì)社會(huì)各行業(yè)均有所貢獻(xiàn)，發(fā)揮它的最大作用。

三、變頻器應(yīng)用在熱源廠的增效節(jié)能

隨著熱源廠建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，大型風(fēng)機(jī)和水泵所配大功率電機(jī)在供熱行業(yè)中的大量應(yīng)用。北方采暖周期基本在4.5～6個(gè)月期間，在不同的時(shí)間段，鍋爐有不同風(fēng)量需求。每年最冷季節(jié)需全功率運(yùn)行一個(gè)月;其余3.5個(gè)月需通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)引風(fēng)風(fēng)量，使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值，從而達(dá)到自動(dòng)保持爐膛負(fù)壓恒定目的。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供數(shù)據(jù)，每年有3.5個(gè)月時(shí)間鼓、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制在60%左右。

閥門調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)：設(shè)備易于老化，使用壽命短;耗能大、維護(hù)量大;難于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成和自動(dòng)化。

變頻的優(yōu)點(diǎn)：平滑啟動(dòng)，避免對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊;節(jié)能效果明顯，投資回報(bào)快;運(yùn)行可靠，維護(hù)量少;易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和系統(tǒng)的集成和自動(dòng)化;寬廣的調(diào)速范圍，適用場(chǎng)合廣泛。

配置變頻器后，就可以通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)增效節(jié)能。 在工業(yè)領(lǐng)域中，電機(jī)速度控制對(duì)于節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

變頻調(diào)速：提高電機(jī)運(yùn)行效率 、解決“大馬拉小車”問題;風(fēng)機(jī)和泵在各種行業(yè)中的大量應(yīng)用，以及由其負(fù)載特性決定的巨大節(jié)能空間，使其成為了節(jié)能最有效的方法之一。

四、鼓、引風(fēng)機(jī)電機(jī)改為變頻調(diào)速后能效對(duì)比

以某熱源廠單臺(tái)29MW燃煤熱水鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)電機(jī)改為變頻調(diào)速后，做能效對(duì)比（老鍋爐房節(jié)能改造）。

1、概述

該熱源廠安裝有單臺(tái)29MW燃煤熱水鍋爐，已運(yùn)行五年。年運(yùn)行4.5個(gè)月，每年最冷季節(jié)需全功率運(yùn)行一個(gè)月。鼓、引風(fēng)機(jī)未安裝調(diào)速設(shè)備。

2、工藝簡(jiǎn)介

鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)電機(jī)增加變頻調(diào)速裝置。

控制對(duì)象： 鍋爐鼓風(fēng)電機(jī)和引風(fēng)電機(jī)。

設(shè)備參數(shù)： 現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)參數(shù)鼓風(fēng)電機(jī)功率為75kW，引風(fēng)電機(jī)功率為132kW。

控制目的： 改造并形成最佳的燃燒工況，提高燃燒效率，降低能耗。

1）、引風(fēng)控制：通過(guò)采集設(shè)置在爐膛位置的壓力變送器信號(hào)，將爐膛壓力信號(hào)送入PLC邏輯的引風(fēng)PID控制環(huán)節(jié)，經(jīng)處理后與設(shè)定爐膛負(fù)壓力比較，通過(guò)PID實(shí)時(shí)控制引風(fēng)變頻器頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)引風(fēng)風(fēng)量。使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值，從而達(dá)到自動(dòng)保持爐膛負(fù)壓恒定目的。引風(fēng)電機(jī)速度隨著爐膛負(fù)壓值的變化而變化。即保證鍋爐燃燒部分的自動(dòng)運(yùn)行。

2）、鼓風(fēng)控制：根據(jù)煤源的特性以及鍋爐末端氧化鋯的數(shù)值確定合理的風(fēng)煤比，設(shè)置比值調(diào)節(jié)回路，通過(guò)爐排的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)及二次風(fēng)機(jī)變頻器以控制送風(fēng)量，使鍋爐達(dá)到最佳的燃燒效率。

3）、由于原鍋爐為非節(jié)能型燃燒方式， 控制風(fēng)量靠人工操作風(fēng)道擋板， 熱水壓力單靠人工控制燃燒不好。因此電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)量不能全部使用，采用擋板截流造成約30%的電能損耗。使用變頻器可根據(jù)生產(chǎn)需求任意調(diào)整電機(jī)速度，使輸出風(fēng)量可以調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)工效并且節(jié)能降耗。

3、風(fēng)機(jī)節(jié)能原理

過(guò)去鍋爐的風(fēng)機(jī)一直是按照工頻50Hz運(yùn)行的，但是在不同的時(shí)間段，鍋爐是有不同風(fēng)量需求的，但是卻沒有辦法調(diào)速，現(xiàn)在配置上變頻器后，就可以改變頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。

流量正比于電機(jī)軸轉(zhuǎn)速：

Q1/Q2=n1/n2

風(fēng)壓或揚(yáng)程正比于電機(jī)軸轉(zhuǎn)速的二次方：

H1/H2=（n1/n2）2

功率正比于電機(jī)軸轉(zhuǎn)速的三次方：

P1/P2=（n1/n2）3

上式表明，風(fēng)機(jī)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。

節(jié)電率計(jì)算表格：

根據(jù)上述原理可知改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變風(fēng)機(jī)的功率。

例如：

將供電頻率由50Hz降為45Hz，

則P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50

將供電頻率由50 Hz降為40Hz，

則P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50

4、該熱源廠風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況如下：

4.1、鼓、引風(fēng)機(jī)及電機(jī)數(shù)據(jù)

1）、引風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y5-56-11 16D，全壓2402-3812 Pa ，轉(zhuǎn)速990 r/min

配套電機(jī)功率132kW， 電壓380V，電流244A， 額定頻率50HZ

2）、鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)：Z6-62 12 7D，全壓2891-2317 Pa，轉(zhuǎn)速990 r/min

配套電機(jī)功率74kW， 電壓380V，電流141A， 額定頻率50HZ

4.2、全年的運(yùn)行狀況

全年運(yùn)行4.5個(gè)月

4.3、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

能源價(jià)格：0.97元/度

變頻設(shè)備服務(wù)年限：10年

5、節(jié)能計(jì)算

在風(fēng)機(jī)銘牌上，風(fēng)機(jī)壓力增加值是一個(gè)范圍，比如：1139-724Pa， 我在計(jì)算過(guò)程中采用平均值。

額定流量也是一個(gè)范圍：111-225 m3/min， 我在計(jì)算過(guò)程中采用平均值。

風(fēng)機(jī)效率取85%

計(jì)算過(guò)程考慮變頻器工作狀態(tài)為：10%時(shí)間流量為90%，70%時(shí)間流量為80%， ?20%時(shí)間流量為70%。

經(jīng)過(guò)總結(jié)，總的節(jié)能量，投資回報(bào)等如下表所示：

根據(jù)中國(guó)國(guó)情，我們通常認(rèn)為每節(jié)約1MW度電=減排1噸CO2.

據(jù)統(tǒng)計(jì)：全國(guó)用電總量的三分之一用于風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)之類的負(fù)載。這類機(jī)械的傳統(tǒng)控制方法采用恒速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用閘門、擋板等方法實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)方式導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

在風(fēng)機(jī)、泵類領(lǐng)域推廣變頻調(diào)速技術(shù)可大大提高這類機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，電機(jī)效率提高2%，每年節(jié)電200億千瓦時(shí)。