鍋爐主要的控制技術(shù)在於煤效率及用電效率,傳統(tǒng)方法使用風(fēng)門檔板及閥門控制鼓風(fēng)機(jī)、補(bǔ)水泵、循環(huán)泵的流量,其設(shè)計(jì)上并未考慮節(jié)能目的,同時(shí),生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)任務(wù)不同,蒸汽需求量變化時(shí),需改變給煤(噴降)量,以達(dá)到高效率燃燒,傳統(tǒng)的控制方式采用人工操作、耗電高、控制精度代,且需非常熟練的技術(shù)人員操作,煙囪才會(huì)冒出黑煙。鍋爐常因一臺(tái)不夠用,需再開一臺(tái)并聯(lián)使用,便當(dāng)蒸汽壓力需求量不足兩臺(tái)時(shí),常需排空放汽,以降低蒸汽壓力,既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境。
一、鍋爐供水控制系統(tǒng)的改造
傳統(tǒng)的鍋爐水位控制系統(tǒng)中,給水泵是連續(xù)恒速運(yùn)行的,并且流量的控制是通過調(diào)節(jié)水管道中調(diào)節(jié)閥和回流支路實(shí)現(xiàn)的。這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí),由于閥門的開度的減小,水泵出口的壓力會(huì)上升閥門兩邊的壓差將增大。當(dāng)增大到很大時(shí)不但會(huì)造成水泵的能量的浪費(fèi),而且使該水泵的振動(dòng)和磨損加大,進(jìn)而壽命縮短。采用回流支路調(diào)整時(shí),大量的水回流也同樣造成能量的消耗。
1、水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量與轉(zhuǎn)速N成正比,揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比,軸功率P與轉(zhuǎn)速N三次方成正比,電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率F成正比,因此改變電源頻率,可改變電動(dòng)機(jī)即給水泵的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量的目的。
2、系統(tǒng)組成及原理
本系統(tǒng)主要由一單片機(jī)和一臺(tái)變頻器組成,這里汽包水位是被控變量,給水量與蒸發(fā)量是兩個(gè)輔助的沖量,這三個(gè)變量是由電動(dòng)差壓變送器進(jìn)行檢測(cè),然后經(jīng)過單電機(jī)的計(jì)算輸出4~20mA的電流信號(hào)控制變頻器以實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),首先應(yīng)確定變頻器的輸出頻率,因?yàn)檫@一參數(shù)的選擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的控制效果,應(yīng)根據(jù)水泵流量,揚(yáng)程等參數(shù)和最大用水量和最小用水量確定。
3、變頻器的工作狀態(tài)
變頻器通過與外部電路相連的輸入輸出端子設(shè)置。手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài),手動(dòng)工作狀態(tài)通過調(diào)節(jié)電位器來給定變頻器輸出頻率,這種工作狀態(tài)是在單電機(jī)因某種情況停用時(shí)進(jìn)行操作的,自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)由單片機(jī)的輸出信號(hào)進(jìn)行控制。
在實(shí)際應(yīng)用中,該系統(tǒng)較傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥控制方式最實(shí)出的優(yōu)點(diǎn)是同期節(jié)電率高達(dá)近20%并且水泵磨損嚴(yán)重的問題得到解決,維修率明顯降低,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命而且能更好地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
二、鍋爐鼓(引)風(fēng)控制系統(tǒng)的改造
鍋爐的鼓(引)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也是經(jīng)常變動(dòng)的,由于汽量變化是經(jīng)常變化的,所以風(fēng)量就需要經(jīng)常調(diào)節(jié)如由閥門調(diào)節(jié),鍋爐的控制室到閥門的距離較遠(yuǎn),操作十分不便,也不可能調(diào)節(jié)得當(dāng),風(fēng)量調(diào)節(jié)過大,空氣含氧量超標(biāo),浪費(fèi)了熱能,風(fēng)量調(diào)節(jié)過小,煤渣殘留碳份超標(biāo)又浪費(fèi)了煤,因此為了提高控制水平,保證空氣含氧量和煤渣殘留的碳份達(dá)標(biāo),必須對(duì)風(fēng)量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的方式,必須方便、靈敏、可靠。
為了提高鍋爐風(fēng)量的控制水平,又能達(dá)到節(jié)能的效果,采用變頻調(diào)速方式對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),是首選的方案。由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可根據(jù)用汽量的變化,隨時(shí)調(diào)整鼓引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,減少了噪音對(duì)環(huán)境的污染(電機(jī)均運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以下,風(fēng)的噪音隨之下降)對(duì)提高工業(yè)衛(wèi)生水平起到一定的作用,由于鼓引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)之下運(yùn)行電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸承不易損壞,延長(zhǎng)了使用壽命,電機(jī)的發(fā)熱量也減少了,維修量下降。停機(jī)時(shí)間減少,節(jié)約了大量的維修費(fèi)用。
應(yīng)用變頻器的節(jié)能效果
一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備額定的風(fēng)量、流量,通常都超過實(shí)際需要的風(fēng)量流量,又因?yàn)楣に囈笮枰谶\(yùn)行中變更風(fēng)量、流量,而目前,采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量的調(diào)節(jié)方式較為普遍,雖然方法簡(jiǎn)單,但實(shí)際上是通過人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的,這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費(fèi)大量電能,回收這部分電能損耗會(huì)收到很大的節(jié)能效果。
從流體力學(xué)原理知道,風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系,用下述關(guān)系式表示式中,Q-風(fēng)量(流量)H-風(fēng)壓(揚(yáng)程)P-軸功率n-轉(zhuǎn)速
當(dāng)風(fēng)量減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí),其電動(dòng)機(jī)輸入功率迅速降低,例如風(fēng)量下降到80%,轉(zhuǎn)速(n)也下降到80%時(shí)其軸功率則下降到額定功率的51%;若風(fēng)量下降到50%,軸功率將下降到額定功率的13%,其節(jié)電潛力非常大,下圖兩條曲線之間的陰影部分表示了采用變頻調(diào)速方式的節(jié)電效果。
上述的原理也基本適用于水泵,因此對(duì)風(fēng)量流量調(diào)節(jié)范圍較大的風(fēng)機(jī)水泵,采用調(diào)速控制來代替風(fēng)門或閥門調(diào)節(jié),是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī),水泵,大多數(shù)為交流異步電機(jī),(大功率的多數(shù)為同步電機(jī)),異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比,改變定子供電頻率就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,變頻調(diào)速裝置,是將電網(wǎng)50Hz的交流電,變成頻率可調(diào)電壓可調(diào)的交流電去驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。
變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高,沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗,調(diào)速的范圍大,精度高、無級(jí)調(diào)速。容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制,由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī),所以特別適合于對(duì)舊設(shè)備的技術(shù)改造,它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果,是風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的較理想的方法。
采用菱科變頻器調(diào)速,可取代風(fēng)門檔板閥門控制流量,并控制給煤機(jī),給煤量改造效果如下:
1)節(jié)省用電約30%-80%,約6-9個(gè)月即回收投資。
2)提高燃燒效率,節(jié)省用煤10%左右。
3)降低排煙濃度,避免冒黑煙的環(huán)境污染。
4)不必依賴有經(jīng)驗(yàn)的操作人員,可以數(shù)據(jù)化控制。
5)可以開環(huán)或閉環(huán)控制,也可選用RS-485通訊接口作電腦集中控制。
6)多臺(tái)鍋爐并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制更方便。
7)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軟起動(dòng),沒有起動(dòng)的沖擊流。