變頻器在風(fēng)機水泵上得應(yīng)用供參考學(xué)習(xí)

1、For pers onal use only in study and research; not for commercial use 1.1由于變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果,并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護量；隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越 高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，集成了具有實用的PI調(diào)節(jié)功能、簡易 PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機參數(shù)存儲選擇、頻率給定通道與運行命令通 道捆綁、零頻回差控制、 主輔給定控制等功能，這為變

2、頻控制裝置納入自動控制系統(tǒng)，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。變頻器已廣泛的應(yīng)用在冶金、電力、石化、供 熱和民用風(fēng)機水泵的控制領(lǐng)域。1.2鏈條爐簡介：鏈條爐是一種應(yīng)用最廣泛的火床爐，至今已有一百余年的歷史， 煤在火床一水平運動的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上， 經(jīng)過爐閘門時被刮成一定的厚度，隨后進入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣，目前在我國小型電廠和工、礦和供熱企業(yè)中使用很普遍，運行經(jīng)驗也比較豐富。但目前國內(nèi)鏈條爐運行中風(fēng)機和泵類負(fù)載變頻調(diào)速裝置 應(yīng)用程度不夠普遍，鍋爐運行過程能源浪費嚴(yán)重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化、 爐膛溫度低、排煙溫度較高、風(fēng)煤

3、比不能及時調(diào)整、爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引風(fēng)還采用閘板控制風(fēng)量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速裝置等問題，因此 用先進的變頻調(diào)速裝置來設(shè)計出合理的控制方法，不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造都具有很大的現(xiàn)實意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使供熱量適應(yīng)負(fù)荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。因而燃燒控制要通過調(diào)節(jié)給煤量來保持鍋爐分配到的負(fù)荷，調(diào)節(jié)送風(fēng)量使之隨時與給煤量保持恰當(dāng)?shù)谋壤达L(fēng)煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失；調(diào)節(jié)引風(fēng)使之隨時與送風(fēng)相適應(yīng)以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)，保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒的充分性。1.3 .鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速

4、方案的控制方法鏈條爐變頻控制包括：鼓風(fēng)機變頻調(diào)速裝置、引風(fēng)機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(diào)速裝置、 分層給煤變頻調(diào)速裝置、循環(huán)水變頻調(diào)速裝置、補水變頻調(diào)速裝置等。根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點、基本控制任務(wù)和控制要求包括：燃燒控制（煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送風(fēng)控制 ）;給補水控制（提供運行參數(shù)和回水壓力、 供水溫度、供水流量控制、補水壓力、補水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)：負(fù)荷控制系統(tǒng)（給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)）、送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)。變頻器在在風(fēng)機和泵類負(fù)載上的應(yīng)用2.1 由于變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機和泵類負(fù)載

5、上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護量;隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，集成了具有實用的 PI調(diào)節(jié)功能、簡易PLC、 靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機參數(shù)存儲選擇、頻率給定通道與運行命令 通道捆綁、零頻回差控制、主輔給定控制等功能，這為變頻控制裝置納入自動控制系統(tǒng)，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。變頻器已廣泛的應(yīng)用在冶金、電力、石化、 供熱和民用風(fēng)機水泵的控制領(lǐng)域。2 . 2 鏈條爐簡介： 鏈條爐是一

6、種應(yīng)用最廣泛的火床爐， 至今已有一百余年的歷史， 煤在火床水平運動的爐排 上燃燒， 空氣從爐排下方自下而上引入。 煤從煤斗落到爐排上， 經(jīng)過爐閘門時被刮成一定的 厚度， 隨后進入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣，目前在我國小型電廠和工、 礦和供熱企業(yè)中 使用很普遍， 運行經(jīng)驗也比較豐富。 但目前國內(nèi)鏈條爐運行中風(fēng)機和泵類負(fù)載變頻調(diào)速裝置 應(yīng)用程度不夠普遍， 鍋爐運行過程能源浪費嚴(yán)重， 出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化、 爐膛溫度低、排煙溫度較高、風(fēng)煤比不能及時調(diào)整、爐膛換熱效率低， 鍋爐鼓引風(fēng)還采用閘 板控制風(fēng)量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速裝置等問題，因此 用先進的變頻

7、調(diào)速裝置來設(shè)計出合理的控制方法， 不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造 都具有很大的現(xiàn)實意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使供熱量適應(yīng)負(fù)荷需要， 還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐 運行的安全性。 因而燃燒控制要通過調(diào)節(jié)給煤量來保持鍋爐分配到的負(fù)荷， 調(diào)節(jié)送風(fēng)量使之 隨時與給煤量保持恰當(dāng)?shù)谋壤达L(fēng)煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失;調(diào)節(jié)引風(fēng)使之隨時與送風(fēng)相適應(yīng)以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)， 保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒 的充分性。2.3 .鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方案的控制方法鏈條爐變頻控制包括 :鼓風(fēng)機變頻調(diào)速裝置、引風(fēng)機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(diào)速裝置、 分層給煤變頻調(diào)速裝置、循環(huán)水

8、變頻調(diào)速裝置、補水變頻調(diào)速裝置等。 根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點、基本控制任務(wù)和控制要求包括:燃燒控制 （煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送風(fēng)控制）;給補水控制 （提供運行參數(shù)和回水壓力、供水溫度、供水流量控制、補水壓力、補水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng):負(fù)荷控制系統(tǒng) （給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)）、送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)。3.1 給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng) 給煤調(diào)節(jié)的任務(wù)在于通過調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速改變進入鍋爐的燃料量的大小。 這一任務(wù)由給煤 變頻調(diào)節(jié)來完成?？紤]到燃煤鍋爐運行中經(jīng)常產(chǎn)生煤量的自發(fā)性擾動（煤的阻塞和自流 ），因此

9、，調(diào)節(jié)器中引入鍋爐出口水溫作為鍋爐的反饋信號， 以盡快消除由于設(shè)備結(jié)構(gòu)造成的給煤 量自發(fā)擾動的情況， 同時，還引入煙氣含氧量作為給煤量的修正。 所以，給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)。3.2 爐膛負(fù)壓控制爐膛負(fù)壓是一個快過程，只要 PID 參數(shù)整定合適，一般單回路即可達到目的。但其控制的 品質(zhì)受鼓風(fēng)量的影響較大， 于是把鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速作為前饋,提高響應(yīng)速度。 其控制框圖如圖 4所示?？紤]到引風(fēng)電機的抗沖擊性,負(fù)壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū),在該負(fù)壓范圍內(nèi)保持上次的輸出 ,調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)為控制目標(biāo)的土 2Pa.,控制精度達到土 5Pa。3.3送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)送風(fēng)調(diào)節(jié)的根本任務(wù)在于保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，要使鍋爐燃燒熱效率最高

10、， 使鍋爐運行在最佳工作狀態(tài)下， 即送風(fēng)量與給煤量的比例最佳。 送風(fēng)調(diào)節(jié)由送風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)來完成， 采用 以燃燒經(jīng)濟性能指標(biāo)為被調(diào)量的單回路結(jié)構(gòu)。為了使送風(fēng)量迅速跟上給煤量B 的變化，送風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)中引入給煤量 B 的變化量 dB 作為前饋信號，通過前饋補償系數(shù) f（dB） 來確保 送風(fēng)量快速跟上給煤量的變化。爐負(fù)荷擾動停止時， 同樣從給煤變頻調(diào)節(jié)引入給煤量的變化量作為前饋信號送至送風(fēng)變頻控 制器，實驗證明這時 f（dB） 近似為常值，用 K1 近似表示。燃燒的經(jīng)濟性指標(biāo)是煙氣中最佳 含氧量02%，最佳含氧量 02 %同樣也是負(fù)荷的函數(shù)，函數(shù)關(guān)系通過鍋爐熱效率試驗確定。送風(fēng)機控制原理 :采集爐膛

11、溫度或煙氣含氧量信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器 內(nèi)置的 PID 參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風(fēng)機，控制參數(shù)為爐膛溫度?？刂?回路是根據(jù)實際的爐膛溫度數(shù)值進行調(diào)節(jié)的， 其目的是保持合適的爐膛溫度。 當(dāng)爐膛溫度發(fā) 生變化時，裝置通過變送器將測出的爐膛溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過PID 控制算法計算后輸出給變頻器。 變頻器再通過輸出不同的電壓及頻率來控制鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風(fēng)機的風(fēng)量。3.4 引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是保證爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)，爐膛負(fù)壓過大會降低爐膛溫度， 耗費燃煤，嚴(yán)重時會造成爐膛滅火等事件 ;負(fù)壓過小則危及人員和設(shè)備的安全。由于引風(fēng)調(diào) 節(jié)對象的

12、動態(tài)響應(yīng)快， 易于測量， 所以引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負(fù)壓作為一個被調(diào)量。 實際 控制中，保持引風(fēng)量與送風(fēng)量的比例關(guān)系，引入送風(fēng)量的大小的標(biāo)志送風(fēng)機轉(zhuǎn)速的變化dK 作為前饋信號。這樣當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時， 給煤量改變導(dǎo)致送風(fēng)量相應(yīng)變化， 引風(fēng)環(huán)節(jié)隨著前兩個環(huán)節(jié)的 改變而先行改變引風(fēng)量， 既抑制了強干擾的影響， 又保證爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。 采集爐膛負(fù)壓信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID 參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)引風(fēng)機轉(zhuǎn)速。上各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案形成總的控制系統(tǒng)框圖， 如圖 8 所示。為了使給煤機、送風(fēng)機、 引風(fēng)機 協(xié)調(diào)動作， 以克服耦合的影響， 必須采用多變量輸入多變量輸出的協(xié)調(diào)控

13、制方式控制燃煤鍋 爐的燃燒過程。3.5 除氧補水調(diào)節(jié)系統(tǒng)補水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用 :(1) 補充水量 ;(2) 維持鍋爐入口水壓。補水泵變頻調(diào)節(jié)采用簡單 PID 調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)被控鍋爐入口水壓。4 鍋爐鼓引風(fēng)機實現(xiàn)變頻控制每年節(jié)約電能估算以一臺 45T 蒸汽鍋爐為例，引風(fēng)機 200kW 一臺、送風(fēng)機 200kW 一臺、二次風(fēng)機 110kW 一 臺。鍋爐風(fēng)機屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，過去經(jīng)常用的閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量的弊端是浪費電能;同行業(yè)測試的風(fēng)機變頻調(diào)速運行節(jié)能率，一般在1540%左右；風(fēng)機風(fēng)量為Q1時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為n1、消耗功率為P1；當(dāng)根據(jù)需要風(fēng)量降低為 Q2時，轉(zhuǎn)速為n2、消耗的功率為P2 ;根據(jù)風(fēng)機水泵相似

14、定 律有下述公式成立 :(1)kW (2)因為在鍋爐風(fēng)機選型時，選用風(fēng)機的額定風(fēng)量至少留有 10%的富裕量 ；所以我們假設(shè)風(fēng)機經(jīng) 常在94%的額定轉(zhuǎn)速上運行；電動機的需用系數(shù)取 0.8,日運行24h，年運行300天，電價按 0.53元/kWh計算年節(jié)約電量。 根據(jù)公式(1)和公式(2)，計算風(fēng)機變頻運行比工頻運行每年節(jié) 約電量如下 :(1) 引風(fēng)機和送風(fēng)機年耗電量、年節(jié)約電量計算 工頻運行時，引風(fēng)機、送風(fēng)機年耗電量 :A1=A2=200kWX 0.8 忽4h >300d=1152000 kWh變頻運行時，引風(fēng)機、送風(fēng)機耗電量 :A1.1=A2.1=200>0.8 >0.943

15、 >24>300=956833kWh引、送風(fēng)機變頻比工頻運行時每年節(jié)約電量 : A2=1152000 -956833=195167kWh(2) 二次風(fēng)機年耗電量、節(jié)約電量計算 二次風(fēng)機工頻運行時年耗電量 :A3=110kWX 0.8 14h X300d=633600kWh二次風(fēng)機變頻運行時年耗電量 :A3.仁110 >0.8 0.943 24 X300=526258kWh二次風(fēng)機變頻運行比工頻運行時每年節(jié)約電量 : A3=633600-526258=107342 kWh(3) 鍋爐送、引風(fēng)機變頻運行每年總節(jié)約電量 :刀 A=195167+195167+107342=497676 kWh(4) 鍋爐送、引風(fēng)機變頻運行每年節(jié)約電費 : C=0.53 元/kWh X 497676=263768.3 元=26.4 萬元以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途to員bkogA.nrogeHKO TOpMenob3ymm0ai6yHeHuac egoB u HHue肉go 員冶hbiucno 員 B3OBaTbCEb KOMMepqeckuxqe 員 ex.For personal u