锅炉供热变频应用  简化结构更节能

来源：大连普传科技有限公司

前言

十月到了，冬天还会远吗？对于北方地区来说，冬季采暖是我国北方居民的生活需求。供暖是解决我国北方居民冬季采暖的基本生活需求的社会服务。城市供热是利用集中热源，通过供热管网等设施向热能用户供应生产或生活用热能的供热方式。我国城市供热热源的型式有热电厂、集中锅炉房、分散锅炉房、工业余热、核能、地热、太阳能、热泵、家庭用电暖器和小燃煤（油、气）炉等。集中供热广泛应用的热源主要是热电厂和集中锅炉房，其主要应用设备是锅炉系统。

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

工作原理

锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度诼渐降低，最后由烟囱排出。

变频器在锅炉控制系统中的主要目的

变频器在工业锅炉自动控制系统中，主要用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统、转矩之间的关系。这些关系是：

   流量∝转速，压力∝转矩∝转速的平方，功率∝转速的三次方。

即：风机或水泵流量与转速的一次方成正比，压力与转速的二次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。因而，理想情况下有如下关系：

流量（%）

转速（%）

压力（扬程）（%）

功率（%）

100

100

100

100

90

90

81

72.9

80

80

64

51.2

70

70

49

34.3

60

60

36

21.6

50

50

25

12.5

由上述关系可见，当需求流量下降时，通过调节转速可以节约大量能源。例如：当流量需求减半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额度功率的12.5%，即可节约87.5%的能源。如采用传统的挡板方式调节风量，虽然也可相应降低能源消耗，但节约效果与变频相比，则是天壤之别。

变频器在锅炉调速控制系统各个环节上的应用

1：鼓、引风机控制

鼓、引风机采用变频控制，这是锅炉系统中变频应用的重头戏。即是节电最显著的部分，同时也是变频投资最大的部分。这主要是由于鼓、引风机调节的幅度相对也较大。变频器在工业锅炉调速控制系统中，主要应用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统。其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理，是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。这些关系如公式：P2（n2/n1)3P1=0.512P1即可降低能耗近50%。在鼓、引风机的风量裕度问题，以使变频器可以适当提高频率（大于50Hz）即提高转速运行，以保证锅炉系统有足够的风量，否则，极易造成原系统大负荷时风量够用（但裕度小），变频改造后，大负荷时风量不够的尴尬局面。其原因在于变频本身也消耗一部分功率，其输出功率比标称功率略小的缘故。

2：炉排变频控制

炉排电动机很小，因而采用变频器控制。其主要目的是稳定运行。当然节电也很大只是绝对数值占的比重很小。炉排变频控制的特殊性在于：

2.1：炉排由于经常处于低速运行，所以电动机散热会出现问题，解决的方法是选用变频专用电动机。

2.2：由于低速运行时变频器输入电流很小，但输出电流很大，远大于电机额定电流。此时变频器是采用低压大电流保证电动机恒转矩运行。因此，变频器必须提高一档选型。否则，无法保证炉排电动机的低速运行。

3：恒压供水

在锅炉供水系统中，采用变频控制，既能大量节约能源，又能稳定供水系统的压力，保障锅炉系统的安全运行，是非常有实际意义的，并且供水系统的电动机相对鼓、引风机而言容量较小，投资不大。因此，非常值得推广采用。

供水系统变频应用的特殊性：锅炉供水系统一般采用多台电动机，并联母管式供水，没有必要每台电动机都采用变频。既经济又可靠的方法是：只有两台电动机由变频自动控制且这两台电动机为一用一备方式工作。主要是利于电动机检修。其他供水电动机仍采用常规控制方法，其原因有两点：

4：冲渣泵的变频控制

冲渣泵采用变频控制，其目的有两点：节约电力，节约水。

方法是采用高、低速分时控制。高速运行一段时间，然后，低速运行一段时间，自动交替运行。高速运行时把炉渣冲走，低速运行时保证炉渣灭火。

普传变频器在锅炉应用中的优点:

1：实现了自动控制

通过变频控制，使难以控制的燃烧过程实现了自动化，减少劳动强度。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。

2：控制电机的启动电流

当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立， 变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。

3：降低电力线路电压波动

在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如传感器、接近开关和接触器等均会动作出错，而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。

4：实现电机无极调速

可对风机的风量作平滑的无级调速，风机工作在最佳工作点，工况曲线更符合系统，可提高风机效率，避免了“喘振”现象，稳定了炉膛压力，满足工作环境的要求。

5：有效延长设备使用寿命

低速运行可以减少磨损，降低噪音，有利于延长电机和风机的使用寿命。

6：节能效果显著

由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频后，大大地节约了成本，投资回报更快，用户也愿意接受。

应用案例

梅河口市某供热站的2台10T/H热水炉进行了变频改造，并取得了良好的节能效果。未改造前采用软启动方式，这种方式启动虽有减少启动电流的功能，但速度无法调节，所以根据公司提出，进行变频改造： 

1#炉配置如下：引风机 P=55kw I=102.5A r=1480r/min 

               鼓风机 p=18.5kw I=35.9A r=1470r/min 

               炉排 p=1.3/1.8kw I=3.8/4.4kw r=940/1440r/min   分别采用的普传PI9000变频器为55kw 、18.5kw 、2.2 kw

2#炉与1#炉的配套完全相同。

改造方案

主电路由两部分组成，即变频回路和软启动回路，在控制回路加个中间继电器控制1KM或2KM的闭合与断电其辅助触点控制变频器的启动与停止。由于公司要求三地操作即风机、炉排机旁，中央控制室，低压配电间（变频柜都已经放低压配电间），根据现场考察，因低压配电间与中央控制室较近，所以改为二地操作即中央控制室与风机旁边。将每一台变频器的启动与停止按钮、电流转速信号（从变频器引出）、模拟电位器信号均单独从桥架通过RVVP屏蔽线引到中央控制室的总控制台上的数字显示仪表中。由于未要求使用负压闭环控制及循环泵与引风机、鼓风机的连锁，所以炉膛在设计中未使用。假如变频器出现故障将转入软启动或工频回路继续运行。

节能分析

北方供热由10月15日到4月5日共计六个月，大约运行半年时间。引风机 P未=55KW 鼓风机 P未=18.5KW 改造后，引风机运行在45Hz左右，即P改=(45/50)3*55=42kw 鼓风机运行在42Hz 左右，即P改=(42/50)3*18.5=11kw 每个采暖期大约运行180天，每天运行20小时，这样节能量为每度电0.8元。共节电： 引风机 (55-42)*180*20*0.8=37440.00元鼓风机 (18.5-11)*180*20*0.8=21600.00元每台炉共节能 37440+21600=59040.00元两台炉共节能 59040*2=118080.00元

结束语

由于采用了普传变频器进行锅炉引风机、鼓风机、炉排机改造。既可以节约电能，降低使用煤炭的数量，延长各种锅炉及配套辅机的使用寿命，减少维修量，又可避免冒黑烟，减少对环境的污染，减少工人劳动强度。变频调速使电机运行明显改善，维护量明显减少，同时大大减少和机械系统变速机构和控制机构，使系统更加方便操作，设备工作效率明显提高，系统采用过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因此造成电机烧损而影响生产所带来的直接和间接经济损失，更为重要是它的节能效果取得了可观的经济效益。