文档介绍：前言
能源是国家重要的物质基础,能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针,就是依靠技术进步,把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
科技是第一生产力,依靠科技改造设备以节约能源并净化环境,是企业工程技术人员的职责。而风机、水泵在我国企业中应用量大、面广,是高耗能设备,节电潜力相当大。抓好风机、水泵的节能技术改造工作对节约能源有重大意义,国务院领导同志对此亦极为重视。
据不完全统计,全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机,用电量占全国总发电量的40~50%,这些电动机大多在低的电能利用率下运行,只要将这些电动机电能利用率提高10~15%,全年可节电300亿kW以上。根据火电设计规程SDJ-79规定,燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%~10%,风压裕度分别为10%和10%~15%。设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题,通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据,但风机的型号和系列是有限的,往往选取不到合适的风机型号时就往上靠,裕度大于20~30%比较常见。因此这些风机运行时,只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。
风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性,水泵运行时,靠阀门的开度调节流量来满足供水要求,工况与风机相似,靠调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量,水泵流量的方法、称为节流调节,在节流调节过程中,风机或水泵固有特性不变、仅仅靠关小风门、挡板或阀门的开度,人为地增加管路的阻力,由此增大管路系统的损失,不利于风机,水泵的节能运行。采用调速控制装置,通过改变风机水泵转速,从而改变风机风量,水泵流量以适应生产工艺的需要,这种调节方式称为风机水泵的调速控制。风机、水泵以调速控制方式运行能耗最省,综合效益最高。交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案,它可以实现,风机水泵的无级调速,并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量控制。
锅炉是各个行业日常生活、生产应用最多的一种设备,而由于燃料的构成及热负荷随季节和需求量的变化较大。因此,锅炉燃烧所需的空气量和各燃烧部位也相应有较大变化,而配置给锅炉的都按所需的最大量设计,如果控制不理想,会造成很大的能源损失,而变频调速器恰好能满足各方面的控制要求,从而达到理想的节能效果。
锅炉本身的控制系统较为复杂。传统中,锅炉的燃烧控制仅依靠人工调节给煤,人工调节风门对锅炉的鼓、引风量的进行控制,实现锅炉燃烧状态控制的目的。在传统的锅炉风机控制系统中,锅炉鼓风、引风控制采用接触器控制,故障率较高,影响了锅炉的正常稳定运行,制约了生产;风量调节控制靠改变风门挡板的开度来实现(点击恒速运行),能源耗费大;锅炉给水采用手动执行器控制,在用汽量波动大时。安全性不够高。
目前,国内很多电厂的机组经常处于低负荷运行。而电厂的锅炉引风机系统采用工频恒速运行方式,通过入口挡板节流调节流量来达到自动控制的目的,这样既会造成大量能源浪费,又会降低电机的寿命。另一方面国内许多电厂风机设备仍采用的传统控制方法即通过继电器控制,存在着启动电流大,运行安全可靠性差、抗干扰能力弱的问题。
本文内容即是针对国内锅炉引风机系统采用PLC控制器与变频器相结合的控制系统进行设计。
1 风机变频调速的节能原理
变频调速的方法
变频调速:就是通过改变输入到交流电机的电源频率,从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
交流异步电动机的输出转速由下式确定:
()
式中—电动机的输出转速;
—输入的电源频率;
—电动机的转差率;
—电机的极对数。
由公式()可知,电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系,因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)和变频调速(调整f)等。
变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电,经过恰当的强制变换方法,将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机,实现交流电动机的变速运行。
将工频交流电变换成为可变频的交流电输出的变换方法主要有两种:一种称为直接变换方式,又称为交—交变频方式,它是通过可控整流和可控逆变的方式,将输入的工频电直接强制成为需要频率的交流输出,因而称其为交流—交流的变频方式。另一种称为间接变换方式,又称为交-直-交变频方式,它是先将输入的工频交流电通过全控/半控/不控整流变换为直流电,再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。
调速节能的原理
风机变频调速的节能原理可以从两个方面来说明:风机水泵的节能原理和流体力学的观点。