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浅谈变频器在供暖设备中的应用

作者：李 建,刘正瑞

来源：《现代企业文化·理论版》2010年第13期

摘要:对于能耗大的企业来说节约能源就是创造利润,秦皇岛开发区动力公司引进变频技术和自控技术对原有动力系统进行了改造,达到了节能降耗的目的,为企业创造了巨大的利润。 关键词:供暖系统;自控技术; ABB变频器;节能降耗

秦皇岛经济开发区动力公司是秦皇岛开发区供暖服务单位,供暖面积逐年剧增。原来的供暖设备采用的是传统工频启动及运行(一种速度下运行),这种系统不仅对电网冲击大,影响设备寿命,而且不能调节负荷、能耗大。鉴于这种情况,动力公司下大力度投入资金对老设备进行改造更新并引入变频和自控技术。有幸我公司承接了这项工程。 一、供暖系统的构成及工作原理

供暖系统的生产系统概括的可分为燃料输送系统、燃烧系统、除灰系统、水循环系统等。燃料输送系统由振动给煤机、胶带机、振动筛、破碎机、煤闸板、炉排等组成,煤经过粉碎之后输送到炉排之上进行燃烧;燃烧系统由鼓风机、引风机、

通过循环泵送回到锅炉,系统循环过程中损失的水由补水泵补充软化水。如左图所示: 到换热器再进行热交换。如此循环下去。如果循环水在循环过程中发生丢失,补水系统自动启动,自动跟踪二次回水管的压力变化而变化,最后维持系统平衡。由此,可以看出,供暖换热系统的工作过程是一个不断的进行热交换的能量传递过程。在这里,循环水系统是能量的主要传递者。

二、供暖设备变频节能改造原理

原系统就是通过电机带动定量循环泵来提供循环水的动力。电机直接接市电一直以工频运行,循环泵输出流量也就无法随着供暖负荷的变化而变化,始终保持恒定的流量。当需要调节供暖负荷而调节流量时,通常采用开大阀门或关小阀门来人为调节,由于温度是个滞后参数,调节周期长,且难于调好。况且在阀门上产生了附加损失,浪费了大量能源。 对循环水系统进行变频的改造正是基于以上原因。改造后 -136 -

的系统,能够根据室外温度传感器,加上PLC控制器处理,通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速来调节循环泵的输出流量,满足供暖负荷要求。这就使电机在整个负荷和变化过程

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当中的能量消耗降到最小程度。再有,应用变频器还能提高系统的功率因数,减少电机的无功损耗,并提高供电效率和供电质量。综上所述,不难看出,对原供暖换热系统进行变频节能改造能够能够带来巨大的节能效果。

三、原有供暖电气设备变频节能改造方案

对原系统进行变频改造时,为确保安全可靠性,对原系统电控设备尽量不作变动。另外,保留循环泵电机运行回路,增加控制电路,保证用户可以方便地进行工频和变频运行的切换。 变频器采用ABB ACS-550系列,此类变频器有其独特的节能降耗、变频调速、可编程多操作模式、保护功能完善等特点。特别在供水、供风方面的应用最经济、最有特色。改造后电气原理图如下: 该系统有手动

除尘机、除渣机等组成,鼓风机将空气吹入炉膛提供足够的氧和自动两种变频功气使煤充分燃烧,燃烧后的烟气由引风机经过除尘之后排出,能和一种工频功燃烧后的煤渣由除渣机排出;水循环系统由锅炉循环泵、补水能。设立两种工作泵、盐泵等组成,网络循环水经过循环泵加压进入到锅炉加热模式,安全系数

率,控制循环泵的输出流量,调节供暖温度。自动时,变频器和PLC控制器进行通讯,PLC控制器根据室外温度传感器和二次供回水温度传感器传上来的信号进行处理,按照供热要求给变频器发出控制指令,控制电机转速调节循环泵输出流量,从而

除渣机补水泵达到调节温度的目的。在变频器出故障时,可手动切换到工频网络循环泵将网络循环水送到锅炉和锅炉循环水进行热交运行,保证继续供热不停产。此系统示意图如右图所示:

换,网络循环水再送到各个换热站。采暖回水又通过循环泵送 电

对于补水系统,采用自励补水和变频器补水相结合。平时自

励调节阀投入,若系统失水低于二次回水管网设定点压力时,自励调节阀自动调节,进行丢水补充。又若自励调节阀故障,或

水源不足;补水变频器自动启动,自动跟踪二次回水管网压力。补水变频器使用的是闭环系统,采用的是PID调节,传感器是压力传感器,安装于二次回水管网中。这是比较常用的方案,不再陈述。

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新上换热站的电气设备直接用改造旧设备的电路制作,成品进入系统。 四、原换热站变频节能改造实例

碧水园换热站地板机组,循环泵采用两台18.5 KW电机拖动。改造前,两台泵都是采用工频运行。因为地板采暖二次供水温度不宜过高,通常小于65℃。

所以,总是采用开大或关小阀门的办法来调节温度。调节周期长,效果不显著。改造后,变频调节电机转速来改变循环泵的流量,既节能有调温,效果很好。通过大量时间的观察和记录,变频器大部分工作在35～45Hz之间。下表为此机组改造前后耗能情况的对照: 工频工作与变频节能改造后耗电情况对照表

工频运行频率50Hz电流34.9A单位用电量444KW/天 节电率 变频运行40Hz17.8A226KW/天50% 五、供暖换热系统的变频改造节能分析

循环水泵是传递流体的装置,这类负载消耗的能量与流量的立方成正比,根据能量消耗与转速的关系式:Q=K1n;H= K2n2;P=Q×H=K1n×K2 n2=K3n3。式中,K1、 K2、 K3为常数, n为电机的转速。又三相交流异步感应电机n=120×f×(1-s)

/p,式中f为供电频率,s为滑差率,p为电机极数。电机一旦选定后,s、p基本确定,则n可近似为n=K0f,即与供电频率成线性正比例关系。当频率为50Hz时,n=K0×50转/分;功率P1=K3(K0×50) 3=K×503;当频率为40Hz时,n=K0×40转/分,功率 P2=K3(K0×40) 3=K×403。P2/P1×%=K×403/K×503×%= 51%,由此可见,当电源频率从50Hz降为40Hz时,就可以节电达49%。 六、结语

供暖换热系统采用变频器技术和自控技术,可实现电动机的软起动,启动平滑无冲击。这样一方面可以减少启动时对电机和电网的冲击,既保护了电动机,延长其使用寿命;另一方面调速变流量,达到了调节温度的目的;更重要的是节约了能源。和工频运行相比可节能40%～50%。 作者简介:李建,秦皇岛市发茂电力安装有限公司项目经理;刘正瑞;秦皇岛经济技术开发区动力公司高级工程师。