变频调速技术在供热调峰锅炉中的应用及探讨

第一作者：宋景发（1968一）男，大学本科，高级工程师，黑龙江省牡丹江市西城供热公司工作，自1991年参加工作以来，一直从事供热锅炉设计、安装、调试、运行等科研工作。

变频调速技术在供热调峰锅炉中的应用及探讨宋景发，韩宇（牡丹江市西城供热公司，牡丹江157003）制应用在供热调峰锅炉中并加以探讨，达到高效节能的目的。

~6锅炉鼓、引风机电机容量190kW，7 9锅炉鼓、引风机电机容量340kW.配备4台锅炉给水泵，电机容量为260kW、630kW（2台）、800kW不等，加上其他辅助水泵，锅炉用水泵、风机的电机总容量3905kW占整个锅炉房用电量的90%以上。每个采1刖言在当今各种新型锅炉的开发设计中，高效率、节煤、节电、环保早已成为锅炉设计者的必然目标。其中，在解决锅炉原始设计中存在锅炉用风机、水泵的设计思路陈旧、选型不当、富裕量过大、实际工作点远离最佳工作点、运行效率低等问题时，具有节能率高、收回投资快等多种优点的变频调速技术已经应用到锅炉设计中，虽然已收到了明显的经济效益，但其带来节能效果绝非仅仅于此。

2变频调速节能实例我公司拥有供热调峰锅炉9台，其中，1~6炉风机耗电1100万度，费用近700万元，能源消耗之大可见一斑。

为了尽可能地做好节能增效，促进企业发展，我公司的各项节能措施已逐步实施，并于2002年底对*台SHW4fr1* *台DHL2屮1*6/150/90A11型炉（即西城2锅炉）风机安装了变频调速装置并投入使用。为了验证9锅炉收到的效果，我们取另一台同时安装、使用的同型锅炉（即西城8锅炉）进行了粗略测试比较，如表1.表1变频、工频运行情况对照表（2002年11月11日16设备名称额定功率kW平均电流A平均热功率MW小时耗电kWh输出热量GJ电单耗kWi/GJ相对节电率9炉引风电机（变频）鼓风电机8炉引风电机（工频）鼓风电机与8炉相比，9炉在输出热功率相同的情况下每小时节电：量已不能截然分开当锅锅炉的负荷改变时le要求送*lishil应调节台泵不能满足流量时或需增开或停开bookmark3 56019.6=2.9（月/台）用类似的方法也对2锅炉进行了粗略测试，在输出热功率相同的情况下，节电率也达到29.4%可以看出，节电率随着电机容量的增加而增加。

3节能分析及探讨3.1变频风机的节能分析由以上实例可以看出，变频风机的节能效果理想。

变频风机的节能原理：风机的工作特性是指风机在一定的转数和一定的介质密度的条件下，它所产生的全压H、消耗的功率N及效率n与风量Q之间的关系。烟、风道的特性是指烟、风道阻力和风量之间的关系。烟、风道的阻力随风量的增加而迅速增大，并可用下式表示：风机的全压曲线与烟、风道特性曲线的交点，即为风机的工作点。工作点应满足如下条件：设计工作点的风量应等于锅炉最高负荷下的烟、风量，这是锅炉对通风机的基本要求；其次，工作点应处于风机的最高效率区，以保证风机工作的经济性；工作点的风压起着克服烟、风道阻力，保证流量的作用，风压和风和引风量作相应的改变。但由于风机所产生的全压随风量的变化比较平缓，而烟、风道阻力随风量的变化相当急剧，并且它们的变化趋向基本是相反的。因此一旦风机的工作点偏离设计工作点，风量的供与求之间的不平衡就越来越大，因此必须采取调节措施来加以平衡。这时，与恒速风机的节流调节相比，变频调速风机的优点马上显示出来，如。

当恒速风机从设计点1转到新的工作点2时，风机的压力是依靠挡板的节流后才得以与烟、风道阻力相平衡，此时通风量从Q，转变到所需要的风量Q2造成节流损失。如果采用变频调速装置从转速*1降低《2时，工作点从1变为么相应的风量也从Qi降为Q2却可以节约压力损失%，这样共节约压力损失AH1+AH2.也可以得出轴功率的输出大大减小，风机的工作点仍在高效率区，达到节电的目的。

3.2变速泵的并联运行探讨在冬季供热的过程中，由于季节甚至昼夜的变化，供热负荷变化无常，由采暖初期的锅炉逐台递增到高峰期后的锅炉逐台递减。锅炉要求的流量也相中的圆滑曲线1是本来需要的热负荷曲线，但是实际输出热负荷曲线却是如中的阶梯曲线2斜线部分的能源被白白浪费掉了。同时，不同型、不同转数恒速泵并联运行的问题也就暴露出来了，其中一台泵处于最佳工作点时，而另一台泵必然偏离工作点，工作效率降低，输出轴功率增大，耗电量增大，很不经济，如。

从可以看出，CE为管路曲线，它与泵并联运行总性能曲线的交点A，就是并联运行的工作点，其流量为Qa，压头为Ha，它代表联合运行的最终效果；过A点作水平虚线与各泵性能曲线交于Di和D2，它们代表参加联合运行时每台泵所“贡献”工况，各自所提供的流量是Qi和Q2各自所供压头皆为Ha.但此种方式是否经济合理高效，要通过研究各泵的效率而定。如，当管路性能曲线为CE时，两泵联合下各泵的工作点Di与D2所对应的效率为Ei与五2.这时泵Bi处于最高效率Ei下工作，而另一泵B2则不在最高的效率下运行。如管路性能曲线改为CE'时，泵Bi的工作点di对应的效率ei低于其最高效率，而泵B2则在最高效率*2下工作。可见，两泵同时达到高效节电是不可能的。

两台变频调速泵并联运行时工况则与此不同，当并联运行所需的压头或流量给出之后，两台泵可以通过改变转数来改变各自泵的压头或流量，使各自的性能参数向目标值靠拢，并且可以同时调整至各自高效工作区。此种情况类似于相同型号及转数水泵并联运行，这时运行工况才是高效节能的。

3.3应用到微机自动控制系统中由上可知，变频技术应用到人工控制的调峰锅炉中，已经取得了明显的节能效果。但是，其节能程度含有人工的主观因素，毕竟人工调整变化的频率是有限的。如果将其应用到微机控制系统中，更能体现其价值，如。

室外温度T的采集及供热面积的输入数据汇集到微机数据处理软件系统，绘制出供热曲线，计算出瞬时供热量。一方面根据计算出的流量值（也可以设定）为自变量传输给泵的选择、流量自控系统，变频器执行操作，泵在要求流量数值工况下运转；另一方面可根据各锅炉运行参数的提示设定锅炉的选择、各台炉的负荷分配。启炉运行至稳定状态后，自动切入锅炉负荷控制系统。同时引入以锅炉负荷为依据的燃煤层厚度前馈、以燃煤层厚度为依据的风量前馈、以实时监测锅炉排烟氧量为依据的过量空气系数前馈，锅炉控制器完成对鼓、引风机电机变频器的控制，实现对锅炉负荷、风量的自动调节。

需要说明的是，设定数据必须满足的条件：在设计参数范围之内；成熟可靠的经验数据；报警提示和连锁控制功能。

4结束语变频调速技术应用到类似我公司的这种负荷变化大的调峰锅炉中，不仅仅会节约大量的电能，而且能大大减轻司炉工的劳动强度；能及时调整燃烧工况，真正做到锅炉燃烧的“微调”，使燃烧始终处于最佳工况；提高了锅炉热效率；有助于解决环保问题；能适应锅炉其它方面的节能改造，如分层布煤、受热面吹灰改造等；有助于发现并排除锅炉故障，如风、烟道泄漏、受热面积结焦或堵灰严重、排烟温度过高等；解决锅炉使用受地理位置限制等问题，提高供热锅炉管理水平。变频调速技术虽然实现起来难度较大，但其前景非常看好。