換熱站的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用
2013/11/22 9:16:42??????點(diǎn)擊：
換熱站的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用
1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述
為節(jié)省能源，減少城市污染，在冬季，充分利用火力發(fā)電廠蒸汽輪機(jī)發(fā)電后的余熱，可對(duì)北方城市集中供熱。這種供熱的過(guò)程是，從發(fā)電廠送出來(lái)的熱水，到城市中的換熱站經(jīng)過(guò)熱交換器后，一次供水熱水溫度從90益左右，下降到60益左右，然后再流回發(fā)電廠。送到城市居民家中的熱水，流過(guò)各用戶的熱交換器，在熱交換器中進(jìn)行熱交換，然后流回?fù)Q熱站，進(jìn)入換熱站熱交換器的二次回水溫度有50益左右，二次供水溫度60益左右。陜西寶雞有許多這樣的換熱站，大部分換熱站設(shè)備比較簡(jiǎn)單，一般由數(shù)臺(tái)熱交換器，幾臺(tái)泵組成的循環(huán)泵組和一臺(tái)補(bǔ)水泵構(gòu)成。
而這些換熱站的循環(huán)泵和補(bǔ)水泵因?yàn)椴捎萌斯ら_(kāi)、關(guān)閥門控制流量，所以使管路的阻尼增大，從而造成電能浪費(fèi)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，采用變頻器對(duì)老舊換熱站進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制已經(jīng)被越來(lái)越多的供暖中心所接受。
2 換熱站的變頻調(diào)速控制
陜西寶雞一換熱站由4 臺(tái)熱交換器，4 臺(tái)37 kW 的管道泵組成的循環(huán)泵組，1 臺(tái)3.7 kW的補(bǔ)水泵組成。
陜西寶雞熱力公司在2003 年至2004 年對(duì)換熱站實(shí)施了自動(dòng)化改造，循環(huán)泵和補(bǔ)水泵用變頻調(diào)節(jié)，整個(gè)供熱系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了換熱站無(wú)人值守。
2.1 補(bǔ)水泵變頻調(diào)速控制
供熱時(shí)，熱水通過(guò)循環(huán)泵在供熱系統(tǒng)中運(yùn)行，管道、閥門的泄漏會(huì)引起循環(huán)水的水壓降低，如不及時(shí)補(bǔ)水，會(huì)造成供熱系統(tǒng)運(yùn)行不正常。補(bǔ)水泵的變頻泵補(bǔ)水方式比較簡(jiǎn)單，設(shè)定系統(tǒng)內(nèi)熱水的水壓為0.4 MPa，將壓力變送器安裝在回水主管上，管網(wǎng)上壓力的變化經(jīng)壓力變送器變換為4耀20 mA的信號(hào)反饋到變頻器的PI 調(diào)節(jié)器的輸入端。變頻器的給定值設(shè)置為4 kg。當(dāng)供熱系統(tǒng)的壓力低于4 kg時(shí)，變頻器的輸出頻率上升開(kāi)始補(bǔ)水；達(dá)到4 kg時(shí)，反饋信號(hào)與給定信號(hào)基本相等，變頻器輸出頻率下降停止補(bǔ)水。本例選用1 臺(tái)森蘭變頻器BT12S3.7kW，壓力變送器選用森納斯DG130WBZ-A 1MPa，變頻調(diào)速補(bǔ)水系統(tǒng)如圖1 所示。
2.2 循環(huán)泵的變頻調(diào)速控制
相對(duì)于補(bǔ)水泵的控制，對(duì)循環(huán)泵的控制要復(fù)雜一些。供熱系統(tǒng)的最終目標(biāo)是保持熱用戶的室內(nèi)溫度穩(wěn)定，但由于熱用戶沒(méi)有室溫調(diào)節(jié)器，且對(duì)眾多的熱用戶的室溫不可能形成閉環(huán)控制。為做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又保證供熱質(zhì)量，最有效的方法是控制換熱站的二次供水溫度。穩(wěn)態(tài)條件下，根據(jù)系統(tǒng)的供熱量，散熱器的散熱量及用戶的耗熱量相等的規(guī)律，可得到穩(wěn)態(tài)條件下的二次供水溫度。
式（2）為二次供水溫度給定值的計(jì)算方法。由式（2）確定的t2g能跟蹤室外溫度tw的變化，使熱用戶室內(nèi)溫度不受tw變化的影響，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供熱。
由于熱用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)采用的都是上供下回式單管供熱方式，從供熱理論可知，單管供熱最佳調(diào)節(jié)方式應(yīng)為溫度和流量的綜合調(diào)節(jié)。由式（1）可見(jiàn)，隨著室 外溫度tw的變化，不但要及時(shí)地調(diào)整二次供水溫度t2g，還應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整循環(huán)水的流量G，避免產(chǎn)生上部室溫嚴(yán)重偏高，下部室溫嚴(yán)重偏低的“垂直失調(diào)”現(xiàn)象。二次供水的水溫與一次供水的溫度和流量有關(guān)，與二次回水流量有關(guān)，還與環(huán)境溫度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，在這些因素中，一次供水的溫度和流量在換熱站不作調(diào)節(jié)，能夠調(diào)節(jié)的就是循環(huán)水的流量G。二次供水溫度自動(dòng)化系統(tǒng)的控制策略是，如果二次供水溫度低，循環(huán)水的流量G 增加；反之，如果二次供水溫度高，循環(huán)水的流量G 減少。但這里沒(méi)有考慮到環(huán)境溫度變化的影響，如果室外溫度改變，要使室內(nèi)的溫度基本恒定，一種控制策略是用二次進(jìn)水與回水的溫差來(lái)控制循環(huán)泵變頻器的轉(zhuǎn)速，設(shè)定二次進(jìn)水與回水的溫差為12益。當(dāng)二次進(jìn)水與回水的溫差躍12益時(shí)，循環(huán)泵變頻器加速，循環(huán)水的流量G 增加；當(dāng)二次進(jìn)水與回水的溫差約12益時(shí)，循環(huán)泵變頻器減速，循環(huán)水的流量G 減少。再考慮到循環(huán)水的流量G 較小時(shí)，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速較低，循環(huán)水不能供應(yīng)給最高層的用戶。因此，在溫差控制的基礎(chǔ)上根據(jù)熱用戶所處的高度要求的最低揚(yáng)程，可以在一定范圍內(nèi)對(duì)溫差的目標(biāo)值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。變頻器調(diào)速的控制信號(hào)由自動(dòng)化系統(tǒng)給出。循環(huán)泵變頻調(diào)速系統(tǒng)圖如圖2 所示。
圖中，BP1 為森蘭BT12S37kW變頻器，BU 為軟起動(dòng)器（自耦減壓起動(dòng)器），系統(tǒng)采用循環(huán)投切方式，溫差信號(hào)送入PLC，經(jīng)過(guò)PLC 處理后，到變頻器作為調(diào)速控制信號(hào)。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)M1變頻調(diào)速，頻率升到50 Hz時(shí)，循環(huán)水流量達(dá)不到給定要求，則電機(jī)M1 投工頻，M2變頻運(yùn)行；如果循環(huán)水流量仍達(dá)不到給定要求，則電機(jī)M2投工頻，M3 變頻運(yùn)行……由于某種原因，循環(huán)水流量超過(guò)給定要求，那就停止電機(jī)M1，M2……任何時(shí)候只有1臺(tái)循環(huán)泵電機(jī)在變頻運(yùn)行。若只有1臺(tái)電機(jī)M3 在變頻運(yùn)行，循環(huán)水流量達(dá)不到給定要求時(shí)，則電機(jī)M3 投工頻，M4變頻運(yùn)行；M4 投工頻，M1 變頻運(yùn)行，又到了初始狀態(tài)。電機(jī)M1~M4總是在工頻—變頻之間循環(huán)投切。BU1 用于備用，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信息由PLC 送到計(jì)算機(jī)上。
3 循環(huán)泵的節(jié)能
換熱站設(shè)計(jì)過(guò)程中過(guò)多考慮建設(shè)前、后長(zhǎng)期供熱容量，并考慮長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，所以使裕量過(guò)大。實(shí)際上大多數(shù)換熱站的供熱并非一開(kāi)始就達(dá)到設(shè)計(jì)的最大容量，而是隨著城市建設(shè)的發(fā)展，供熱的面積逐步達(dá)到設(shè)計(jì)容量；另一方面，設(shè)計(jì)過(guò)程中很難準(zhǔn)確地計(jì)算出供熱容量，通常總把系統(tǒng)的最大供熱容量作為循環(huán)泵選型的依據(jù)，但循環(huán)泵的系列是有限的，往往是選不到合適的循環(huán)泵型號(hào)就往上靠，故而使裕量進(jìn)一步增大。而在實(shí)際操作時(shí)，常用閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，這樣就增加了系統(tǒng)的阻力，耗能較大。
循環(huán)泵變頻調(diào)速后，所有的閥門開(kāi)度最大，系統(tǒng)的阻力最小。根據(jù)用二次進(jìn)水與回水的溫差和熱用戶所處的高度要求的最低揚(yáng)程來(lái)控制循環(huán)泵變頻器的轉(zhuǎn)速，可大大地減少循環(huán)泵的流量，當(dāng)平均流量是設(shè)計(jì)流量的80%時(shí)，節(jié)電率可按B12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式計(jì)算。節(jié)約電能的效益十分可觀。
4 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)是能源貧乏的國(guó)家之一，節(jié)能降耗是我們的國(guó)策。在全國(guó)各城市中集中取暖的換熱站成千上萬(wàn)，如果都進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)約的電量不可小視。而且，既可使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，又實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。
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