供暖系統變頻調速技術的應用

胡敏

【摘 要】楊村煤礦供暖系統主要供暖設備包括：三臺SZL 20-1.6-AⅢ型蒸汽鍋爐、三臺37kW鼓風機、三臺110kW引風機，鍋爐鼓風機和引風機采用變頻控制。為了提高供暖系統運行的安全性和可靠性，減輕對供暖設施及管網的沖擊損壞，楊村煤礦對供暖系統進行變頻改造。改造后實現了鍋爐鼓風機、引風機、熱水循環泵和補水泵的變頻運行，保持恒定供暖壓力，大大提高了供暖系統運行的安全可靠性。

【關鍵詞】供暖系統 控制 鼓風機 引風機 變頻調速 節能

1 引言

楊村煤礦供暖采用熱水供暖方式，鍋爐產生的蒸汽分別輸送至工廣區熱交換站和生活區熱交換站，在熱交換站通過熱交換器汽水交換后產生熱水，再通過管道輸送至各用戶。在工廣區熱交換站安裝4臺熱交換器、兩臺45kW熱水循環泵、兩臺5.5kW補水泵，生活區熱交換站安裝八臺熱交換器、三臺55kW熱水循環泵、2臺4kW補水泵，水泵均為為工頻啟動、工頻運行，運行中輸出壓力波動大，以及啟動、停運對供暖管道沖擊大，造成供暖設施損壞快、供暖壓力不穩定。由于水泵始終處于全速運行，無法根據供暖管網的壓力與用水量調節水泵的轉速、出水壓力，造成對供暖設施的沖擊，而且造成電量的大量浪費。

2 方案確定

（1）供暖系統變頻改造的方法：在工廣區熱交換站安裝1臺5.5KW變頻器和1臺變頻控制柜、2臺45kW變頻器和2臺變頻控制柜，生活區熱交換站安裝3臺55kW變頻器和3臺變頻控制柜、1臺4kW變頻器和1臺變頻控制柜，在工廣區和生活區熱交換站的供暖管網各安裝1只壓力變送器，利用變頻器和壓力變送器實現熱水循環泵及補水泵的變頻起動、變頻運行，變頻器控制水泵的運行速度，壓力變送器反饋給變頻器供暖管網輸出壓力，實現控制水泵轉速，方便根據供暖管網的壓力與用水量調節水泵轉速、供暖壓力，把供暖出口壓力控制在0.55MPa，保證供暖管網的供水壓力及用水。

（2）供暖系統變頻調速技術的原理：熱水循環泵實現變頻調速的原理是按照供暖管網循環水的壓力，改變熱水循環泵的電機頻率，從而調整熱水循環泵的轉數和循環水量，實現供暖管網保持恒定的壓力。補水泵實現變頻調速的原理是按照供暖管網補給水的壓力，改變補水泵的電機頻率，從而調整補水泵的轉數和管網的補給水量，實現供暖管網補給水恒定的壓力。供暖管網安裝的壓力變送器將循環水和補給水的工作壓力反饋到調節器內，與供暖管網設定的壓力進行比較，經過計算輸出一個信號輸入到變頻器內，變頻器再根據輸入的信號值，調整熱水循環泵和補水泵電機的頻率（一般為0-50Hz），從而實現調整熱水循環泵和補水泵的轉數和流量。

（3）供暖系統變頻器的選擇：變頻器選用三墾力達電氣有限公司生產的變頻器，選擇變頻器時，變頻器的功率要比熱水循環泵的補水泵的電機功率稍高一些，這樣節電效果要同功率的要好一些。為了能更好的節電，熱水循環泵、補水泵要做到頻率升高時，能迅速達到高頻率、高速度，頻率降低時，能迅速達到低頻率、低速度，最終保持恒頻低耗運行。如果選擇的變頻器功率與電機功率相同，會使變頻器很難實現熱水循環泵和補水泵的電機迅速升頻或降頻，而減少了節電效果。如果將變頻器的功率選高一些，可使變頻器實現熱水循環泵和補水泵電機迅速升頻或降頻，大大減少升頻和降頻階段的電能消耗，從而大大提高了節電效果。一般選擇的變頻器功率比熱水循環泵和補水泵的電機功率高10%—20%即可。

3 鍋爐風機的變頻調速技術應用

鍋爐風機的變頻調速技術應用分為鼓風機的變頻調速技術應用和引風機的變頻調速技術應用。

3.1鼓風機的變頻調速技術應用

鼓風機的變頻調速技術應用，是為了合理調整鍋爐燃燒，提高鍋爐的經濟運行，鼓風機和引風機的特性是指鼓風機和引風機在一定的轉數和一定的介質密度下，風壓、功率及效率與風量之間的關系。煙道、風道的特性是指煙道、風道的阻力和風量之間的關系。煙道、風道的阻力與風量成正比，風量增加，則煙道、風道的阻力也增大，所以必須采取適當的措施加以平衡。鼓風機的變頻調速技術應用就是采取了保持用煤量與送風量一定的比例，再根據鍋爐煙氣的含氧量調整送風量。

3.2引風機的變頻調速技術應用

引風機的變頻調速技術應用和鼓風機的變頻調速技術應用相類似，引風機的變頻調速技術是以鍋爐爐膛負壓作為反饋信號進行調節，因為需要以鼓風量為前進行校對，所以變頻器只是作為操作器人為的對引風機的鉆速進行調節，以實現節能的目的。當鼓風機和引風機使用變頻調速電動機時，電動機的轉速可以通過風量來進行調節，如果風量減少，電動機的轉速就會降低，耗電量也會減少，從而達到節電的效果。

4 供暖系統變頻調速技術的優點

供暖系統變頻調速技術有許多優點，主要表現在以下幾個方面：

（1）變頻調速的效率較高，變頻調速主要是利用改變電動機的頻率后，電動機按照該頻率的同步轉速運行，這樣轉速損失不會增加，因此變頻調速技術是一種高效率的調速方式。

（2）變頻器的調速范圍較大。變頻器的調速范圍可達1%—100%，并在整個調速范圍內具有較高的調速效率，當調速范圍小于30%時，變頻器效率可達90%。因此變頻調速技術對于調速范圍廣、常處于低負荷狀態下運行的設備，非常適用。

（3）變頻調速運行的啟動電流較小。適用變頻調速運行時，設備的啟動電流較小，對設備起到很大的保護作用，可以提高設備的使用壽命。

（4）變頻調速技術應用比較方便，使用變頻調速技術，只需要對原設備的電動機進行變頻調速改造，安裝變頻器、變頻控制柜和變送器就可實現。

（5）變頻調速裝置可兼作啟動設備。在實際運行中，通過變頻電源將電動機啟動到設定的轉速，再斷開變頻電源，由工頻電源把電動機加速到全速。

5 使用變頻器的好處

使用變頻器的好處很多，可以對設備起到很好的保護，主要體現在以下幾個方面：

（1）變頻器具有過電壓保護作用：使用變頻器后，可以自動調整輸出電壓，使設備不承受過電壓，當設備的輸出輸出電壓超過正常電壓的110%時，變頻器就會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（2）變頻器具有欠電壓保護作用：當運行設備的電壓低于正常電壓的90%時，變頻器也會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（3）變頻器具有過電流保護作用：當設備的運行電流超過額定電流的200%/10微秒，變頻器就會自動停止設備運行，從而對設備起到保護作用。

（4）變頻器具有缺相保護作用：變頻器會自動監測輸出電壓，當輸出出現缺相時，變頻器就會報警，然后會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（5）變頻器具有過負荷保護作用：使用變頻器后，變頻器就會自動監測設備的運行電流，當設備的運行電流超過額定電流的120%/1分鐘時，變頻器會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（6）變頻器具有接地保護作用：變頻器配置了專門的接地保護電路，由接地保護互感器和繼電器組成，當發生一相或兩相接地時，變頻器會自動報警，從而對設備起到保護作用。

（7）變頻器具有短路保護作用：當變頻器輸出發生短路后，必然引起過流，在10微秒內變頻器就會自動停止該設備運行，從而對設備起到保護作用。

（8）變頻器具有超頻保護作用：變頻器具有限制電機最大頻率和最小頻率的功能，使電機的頻率只能在規定的范圍內，從而起到超頻保護的作用。

6 節能效果估算

（1）供暖系統應用變頻調速技術后，實現鍋爐鼓風機、引風機、熱水循環泵和補水泵的變頻運行，保持恒定供暖壓力，減輕對供暖設施及管網的沖擊損壞，每年可以節約維修費用26000元；

（2）實現供暖經濟運行，實現節能，根據鍋爐鼓風機、引風機和水泵實際運行情況，每天可節約用電700 KWh，每月可節約用電21000 KWh，每月可以節約資金10920元，一年可以節約資金131040元。

7 結語

（1）目前我國供暖、供電用設施使用的電動機大多數是交流電動機，應重點應用交流電動機的變頻調速技術。設備的變頻調速技術是目前較為理想的調速節能技術，應進行大力推廣應用。（2）目前制約變頻調速技術應用的主要因素是其投資較大，但從長遠發展角度考慮，供暖系統變頻調速技術的應用，既可以實現供暖經濟運行，又可實現節能，具有廣泛的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

[1]陸耀慶.《供暖通風設計手冊》.