锅炉变频节能的应用
锅炉变频节能的应用
变频调速的节能意义
风机水�*喔涸囟嗍歉萋汉晒ぷ餍栌昧坷囱⌒停导视τ弥写蟛糠质奔洳⒎枪ぷ饔诼汉勺刺捎诮涣鞯缁魉俸芾选３Ｓ玫卜绨濉⒒亓鞣Щ蚩�/停机时间，来调节风量或流量，同时大电机在工频状态下频繁开/停比较困难，电力冲击较大，势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击。采用变频器直接控制风机、�*喔涸厥�*种*科学的控制方法，当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即51.2%，去除机械损耗电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进*步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和*功损耗。为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。
阀门特性及变频调速节能原理
阀门的开启角度与管网压力，流量的关系示意图如图当电机以额定转速n0运行，阀门角度以a0（全开），a，a1变化时管道压力与流量只必须减小阀门开度到a1，能是沿A，B，C，点变化。即必须减小阀门开度到a1，这使得阀前压力由原来的P0提高到Pq，实现调速控制后，阀后压力由原来的P0降到Ph。阀前阀后存在*个较大
的压差△P=Pq-Ph。
如果让阀门全开（开度为a0），采用变频调速，使风机转速至n1，且流量等于Q1，压力等于Ph，那么在工艺上则与阀门调节*样，达到燃烧控制的要求。而在电机的功耗上则大不*样。风机水泵的轴功率与流量和扬程或压力的成绩成正比。在流量为Q1，用阀门节流时，令电动机的功率为Nf=KPhQ1。用变频调速比阀门节流节省的电能为：
Nj-Nf=K（Pq-Ph）Q1=Q1△P。
由图可见，流量越低，阀门前后以来差越大，也就是说用变频调速在流量小，转速低时，节能效果更好。
目前绝大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为了节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。
节能效果计算示例
*、锅炉现有鼓风机*台，配用160kw电机，。风量在80%―30%之间变化，，设电机全速供风量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)每天总供风量为60%Qn则全速Pp=(160－160×0.1)kw=144kw
1、变频时：每天只需功率
P m 2=(16+(60%)3×144)kw=47kw
节约的功率：Pj=(144－47)kw=97kw
2、如果电费按0.7元/kw小时计算，每年节约的电费：
97kw×24h×365×0.7元/kwh=594804元=59万元
二、锅炉现有引风机*台，配用185kw电机，。风量在90%―70%之间变化，，设电机全速供水量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)每天总供风量为80%Qn则全速Pp=(185－185×0.1)kw=166.5kw
1、变频时：每天只需功率
P m 2=(18.5+(80%)3×166.5)kw=103.748kw
节约的功率：Pj=(166.5－103.748)kw=63kw
2、如果电费按0.7元/kw小时计算、每年节约的电费：
63kw×24h×365×0.7元/kwh=386316元=38万元
三、每年总节约的电费：59＋38=97万元
由以上估算情况可知，半年内轻易可收回投资
*、 系统概述
我*是以煤作为主要能源的**，锅炉是耗能的主要设备，约占*总能耗量的二分之*左右，按照*际先进水平衡量我*能源的利用率很低。因此，节能的潜力很大。*般来说生产过程中的节能有三大途径：
（1） 改造设备节能；
（2） 改进工艺节能；
（3） 提高应用管理和自控技术节能。
为了使锅炉工作稳定、安全、经济，需要提高对锅炉的监控品质，提高平均热效率，节省能源和减少污染，减轻操作人员的工作负担，提高锅炉的科学管理水平。可以获得可观的经济效益。应用管理和自控技术节能可做到少投入多产出，见效快，效果好。*般采用自动化技术后，可以提高锅炉热效率3-5%，节煤5-8%，自动化技术的投资在2年左右时间既可收回。用户既可以收到节约能源节省资金的效果，由于减少了大量原煤的燃烧，还净化了空气，*化了环境，节省了资源，在贯彻可持续发展战略的今天，具有特殊的意义，因此而产生的社会效益，将是十分重大而深远的。
锅炉控制通常是采用人工结合常规仪表监控，*般较难达到满意的结果，原因是锅炉的燃烧系统是*个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制已很难达到*佳状态，如果靠人工手烧则要受人为因素（经验、责任*、白夜班）的影响，而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定等各种充分发挥计算机这*智能化、多功能的优势，是常规仪表和人力难以实现或*法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能 的重要措施。
本系统是针对链排式燃煤锅炉而设计开发，可以实现对*到五台锅炉及总供热系统进行自动控制和自动*测，能够实现锅炉系统的安全和经济运行，完成各项管理功能和报警保护功能，达到节约能源、减少环境污染、降低劳动强度的目的。锅炉吨位可从4－80T/h。
整套系统设计合理，设备选型先进，控制功能完善，通用性强，具有手动/自动*扰切换功能。控制设备可靠性高，拆装简便，维护方便，抗干扰能力强。本系统具备远程通讯功能，可以和上位计算机和下位换热站进行通讯。
二、自控系统构成
1. 系统控制功能描述
* 锅炉自动控制：鼓风、引风、炉排实现自动控制和仪表盘手动操作。
* 超压超温（汽锅炉为高低液位）报警及停炉自动联锁
* 循环水泵软启动软停止及故障报警联锁停炉
* 变频自动补水及手动操作
* 各电器控制设备的运行指示和故障停车
* 锅炉其它热工参数*测（详见表：系统测控点要求）
* 换热站热工参数
2. 调节系统控制功能描述
锅炉运行要达到以下要求：根据室外温度变化或负荷要求，使锅炉出水温度或出汽压力（流量）也随之变化；由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量，而实现锅炉的经济燃烧。
根据以上要求，可以将锅炉控制系统设置为汽包液位控制回路（水锅炉*此回路），锅炉定压补水系统（循环水定压补水控制回路）（蒸汽锅炉*此回路），炉膛负压控制回路，出汽压力（水锅炉为出水温度）控制回路（负荷控制回路），来分别控制锅炉给水量、锅炉引风量、锅炉进煤量、锅炉送风量。
1) 汽包液位调节控制系统（热水锅炉*此系统）
为锅炉安全运行，系统采用双侧水位变送器，*路进行报警联锁，*路进行调节控制。为保证控制精度，采用反馈－前馈调节系统，即引入蒸汽流量和给水流量进行三冲量水位调节。调节精度为 < ±10mm。
控制回路原理图：
2) 锅炉定压补水调节控制系统（循环水定压补水控制回路）
在锅炉水循环过程（直供）或循环水（间供）过程中，由于供水管道较长和采暖用户的排放，使回水量少于供水量，使回水压力降低，需要对供回水系统进行补水，以保证供回水压力平衡。为使系统平稳安全运行，采用变频器进行自动恒压补水。压力波动范围在±0.02Mpa以内.
控制回路原理图：
（3） 负压调节控制系统
炉膛负压的大小对于节能影响很大。负压大，被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，但由于系统有*定的滞后时间，为避免鼓风变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。调节精度可以控制在设定值±10Pa。
控制回路原理图：
（4）负荷调节控制系统
为了达到锅炉*佳燃烧效果而采用了负荷控制系统。由于室外温度的变化使负荷需求改变。这样既可以避免室外温度升高而室内供热量不减，使室内温度过高的热量浪费，又可以保证室外温度降低而室内温度恒定。系统中有五条不同的温度曲线可供用户选择。
由于负荷需求变化而改变锅炉的出水温度（蒸汽锅炉为蒸汽压力），*先要通过调节链排速度来改变燃料量，并改变送风量，再由烟道中安装的氧量*测仪测定烟气含氧量，调整送风量，以实现较好的风煤配比调节。由于烟气含氧量不是*个定值，在锅炉满负荷运行时含氧量较低，在低负荷运行时含氧量较高，所以在系统中设置了烟气含氧量设定值的自动修正，以保证风煤配比达到较好状态，实现锅炉的经济燃烧。系统调节精度：蒸汽锅炉压力调节为±5%；热水锅炉温度调节为±1℃。
控制回路原理图：
3. 系统构成
在控制系统中工控机作为上位机，可编程序控制器PLC作为下位机的微机自控系统。凭借可编程序控制器PLC高抗干扰能力、高可靠性以及工业控制机高可靠性，强大的通讯管理能力实现了对锅炉的自动化控制水平。共配置了2套S7-300现场控制单元及1台工业控制计算机,来控制2台锅炉及附属换热设备。S7－300现场控制单元分别控制各台锅炉及辅助系统，控制器和工控机进行通讯，由工控机对锅炉运行状态进行监控、管理和运行状态的优化，以实现对2台锅炉的自动控制。系统配备后备操作器，以备在锅炉准备运行时手动调节进行操作。
系统结构为积木插接式，通用性强，可使用附加模块对PLC进行扩展，可以很方便地适应今后系统扩充和改变的需求。由自动化仪表对现场工艺参数进行*测，并将*测信号转换成4－20mA标准信号传送到PLC，PLC通过MPI通讯接口和计算机进行数据交换。通过计算机对整个锅炉运行状态进行监控，并可以进行锅炉运行状态进行自动调整。
PLC通过开关量输入与输出模块，可以对锅炉电器设备运行状态进行监控，并在锅炉事�*刺苯型；远刂啤�
后备硬手操
后备硬手操 ? 采用我公司生产的TSF系列电子式操作器或其他厂*生产的电子式操作器。在锅炉设备开始运行或在紧急状态需要人为进行处理时，采用后备操作器来控制锅炉的运行。该操作器具有输入、输出及阀位反馈显示。
变频调速的节能意义
风机水�*喔涸囟嗍歉萋汉晒ぷ餍栌昧坷囱⌒停导视τ弥写蟛糠质奔洳⒎枪ぷ饔诼汉勺刺捎诮涣鞯缁魉俸芾选３Ｓ玫卜绨濉⒒亓鞣Щ蚩�/停机时间，来调节风量或流量，同时大电机在工频状态下频繁开/停比较困难，电力冲击较大，势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击。采用变频器直接控制风机、�*喔涸厥�*种*科学的控制方法，当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即51.2%，去除机械损耗电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进*步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和*功损耗。为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。
阀门特性及变频调速节能原理
阀门的开启角度与管网压力，流量的关系示意图如图当电机以额定转速n0运行，阀门角度以a0（全开），a，a1变化时管道压力与流量只必须减小阀门开度到a1，能是沿A，B，C，点变化。即必须减小阀门开度到a1，这使得阀前压力由原来的P0提高到Pq，实现调速控制后，阀后压力由原来的P0降到Ph。阀前阀后存在*个较大
的压差△P=Pq-Ph。
如果让阀门全开（开度为a0），采用变频调速，使风机转速至n1，且流量等于Q1，压力等于Ph，那么在工艺上则与阀门调节*样，达到燃烧控制的要求。而在电机的功耗上则大不*样。风机水泵的轴功率与流量和扬程或压力的成绩成正比。在流量为Q1，用阀门节流时，令电动机的功率为Nf=KPhQ1。用变频调速比阀门节流节省的电能为：
Nj-Nf=K（Pq-Ph）Q1=Q1△P。
由图可见，流量越低，阀门前后以来差越大，也就是说用变频调速在流量小，转速低时，节能效果更好。
目前绝大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为了节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。
节能效果计算示例
*、锅炉现有鼓风机*台，配用160kw电机，。风量在80%―30%之间变化，，设电机全速供风量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)每天总供风量为60%Qn则全速Pp=(160－160×0.1)kw=144kw
1、变频时：每天只需功率
P m 2=(16+(60%)3×144)kw=47kw
节约的功率：Pj=(144－47)kw=97kw
2、如果电费按0.7元/kw小时计算，每年节约的电费：
97kw×24h×365×0.7元/kwh=594804元=59万元
二、锅炉现有引风机*台，配用185kw电机，。风量在90%―70%之间变化，，设电机全速供水量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)每天总供风量为80%Qn则全速Pp=(185－185×0.1)kw=166.5kw
1、变频时：每天只需功率
P m 2=(18.5+(80%)3×166.5)kw=103.748kw
节约的功率：Pj=(166.5－103.748)kw=63kw
2、如果电费按0.7元/kw小时计算、每年节约的电费：
63kw×24h×365×0.7元/kwh=386316元=38万元
三、每年总节约的电费：59＋38=97万元
由以上估算情况可知，半年内轻易可收回投资
*、 系统概述
我*是以煤作为主要能源的**，锅炉是耗能的主要设备，约占*总能耗量的二分之*左右，按照*际先进水平衡量我*能源的利用率很低。因此，节能的潜力很大。*般来说生产过程中的节能有三大途径：
（1） 改造设备节能；
（2） 改进工艺节能；
（3） 提高应用管理和自控技术节能。
为了使锅炉工作稳定、安全、经济，需要提高对锅炉的监控品质，提高平均热效率，节省能源和减少污染，减轻操作人员的工作负担，提高锅炉的科学管理水平。可以获得可观的经济效益。应用管理和自控技术节能可做到少投入多产出，见效快，效果好。*般采用自动化技术后，可以提高锅炉热效率3-5%，节煤5-8%，自动化技术的投资在2年左右时间既可收回。用户既可以收到节约能源节省资金的效果，由于减少了大量原煤的燃烧，还净化了空气，*化了环境，节省了资源，在贯彻可持续发展战略的今天，具有特殊的意义，因此而产生的社会效益，将是十分重大而深远的。
锅炉控制通常是采用人工结合常规仪表监控，*般较难达到满意的结果，原因是锅炉的燃烧系统是*个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制已很难达到*佳状态，如果靠人工手烧则要受人为因素（经验、责任*、白夜班）的影响，而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定等各种充分发挥计算机这*智能化、多功能的优势，是常规仪表和人力难以实现或*法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能 的重要措施。
本系统是针对链排式燃煤锅炉而设计开发，可以实现对*到五台锅炉及总供热系统进行自动控制和自动*测，能够实现锅炉系统的安全和经济运行，完成各项管理功能和报警保护功能，达到节约能源、减少环境污染、降低劳动强度的目的。锅炉吨位可从4－80T/h。
整套系统设计合理，设备选型先进，控制功能完善，通用性强，具有手动/自动*扰切换功能。控制设备可靠性高，拆装简便，维护方便，抗干扰能力强。本系统具备远程通讯功能，可以和上位计算机和下位换热站进行通讯。
二、自控系统构成
1. 系统控制功能描述
* 锅炉自动控制：鼓风、引风、炉排实现自动控制和仪表盘手动操作。
* 超压超温（汽锅炉为高低液位）报警及停炉自动联锁
* 循环水泵软启动软停止及故障报警联锁停炉
* 变频自动补水及手动操作
* 各电器控制设备的运行指示和故障停车
* 锅炉其它热工参数*测（详见表：系统测控点要求）
* 换热站热工参数
2. 调节系统控制功能描述
锅炉运行要达到以下要求：根据室外温度变化或负荷要求，使锅炉出水温度或出汽压力（流量）也随之变化；由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量，而实现锅炉的经济燃烧。
根据以上要求，可以将锅炉控制系统设置为汽包液位控制回路（水锅炉*此回路），锅炉定压补水系统（循环水定压补水控制回路）（蒸汽锅炉*此回路），炉膛负压控制回路，出汽压力（水锅炉为出水温度）控制回路（负荷控制回路），来分别控制锅炉给水量、锅炉引风量、锅炉进煤量、锅炉送风量。
1) 汽包液位调节控制系统（热水锅炉*此系统）
为锅炉安全运行，系统采用双侧水位变送器，*路进行报警联锁，*路进行调节控制。为保证控制精度，采用反馈－前馈调节系统，即引入蒸汽流量和给水流量进行三冲量水位调节。调节精度为 < ±10mm。
控制回路原理图：
2) 锅炉定压补水调节控制系统（循环水定压补水控制回路）
在锅炉水循环过程（直供）或循环水（间供）过程中，由于供水管道较长和采暖用户的排放，使回水量少于供水量，使回水压力降低，需要对供回水系统进行补水，以保证供回水压力平衡。为使系统平稳安全运行，采用变频器进行自动恒压补水。压力波动范围在±0.02Mpa以内.
控制回路原理图：
（3） 负压调节控制系统
炉膛负压的大小对于节能影响很大。负压大，被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，但由于系统有*定的滞后时间，为避免鼓风变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。调节精度可以控制在设定值±10Pa。
控制回路原理图：
（4）负荷调节控制系统
为了达到锅炉*佳燃烧效果而采用了负荷控制系统。由于室外温度的变化使负荷需求改变。这样既可以避免室外温度升高而室内供热量不减，使室内温度过高的热量浪费，又可以保证室外温度降低而室内温度恒定。系统中有五条不同的温度曲线可供用户选择。
由于负荷需求变化而改变锅炉的出水温度（蒸汽锅炉为蒸汽压力），*先要通过调节链排速度来改变燃料量，并改变送风量，再由烟道中安装的氧量*测仪测定烟气含氧量，调整送风量，以实现较好的风煤配比调节。由于烟气含氧量不是*个定值，在锅炉满负荷运行时含氧量较低，在低负荷运行时含氧量较高，所以在系统中设置了烟气含氧量设定值的自动修正，以保证风煤配比达到较好状态，实现锅炉的经济燃烧。系统调节精度：蒸汽锅炉压力调节为±5%；热水锅炉温度调节为±1℃。
控制回路原理图：
3. 系统构成
在控制系统中工控机作为上位机，可编程序控制器PLC作为下位机的微机自控系统。凭借可编程序控制器PLC高抗干扰能力、高可靠性以及工业控制机高可靠性，强大的通讯管理能力实现了对锅炉的自动化控制水平。共配置了2套S7-300现场控制单元及1台工业控制计算机,来控制2台锅炉及附属换热设备。S7－300现场控制单元分别控制各台锅炉及辅助系统，控制器和工控机进行通讯，由工控机对锅炉运行状态进行监控、管理和运行状态的优化，以实现对2台锅炉的自动控制。系统配备后备操作器，以备在锅炉准备运行时手动调节进行操作。
系统结构为积木插接式，通用性强，可使用附加模块对PLC进行扩展，可以很方便地适应今后系统扩充和改变的需求。由自动化仪表对现场工艺参数进行*测，并将*测信号转换成4－20mA标准信号传送到PLC，PLC通过MPI通讯接口和计算机进行数据交换。通过计算机对整个锅炉运行状态进行监控，并可以进行锅炉运行状态进行自动调整。
PLC通过开关量输入与输出模块，可以对锅炉电器设备运行状态进行监控，并在锅炉事�*刺苯型；远刂啤�
后备硬手操
后备硬手操 ? 采用我公司生产的TSF系列电子式操作器或其他厂*生产的电子式操作器。在锅炉设备开始运行或在紧急状态需要人为进行处理时，采用后备操作器来控制锅炉的运行。该操作器具有输入、输出及阀位反馈显示。