燃气采暖热水炉风机变频试验研究

梁展程

（广东万和热能科技有限公司，广东 佛山 528325）

天然气中的主要成分为甲烷，属于烷烃，另还有其他的烷烃如：乙烷、丙烷和丁烷，加上H2S、CO2、N2和H2O和少量CO及微量的He和Ar融合而成的混合气体。“天然气”字面上的意思就是天然的存在于自然界中的一切气体，在生物圈内各种自然演变过程中形成的气体。从能量方面定义，天然气指天然的烃类气体与非烃类气体相互之间混合的形成的混合气体，且其中又包括现代工业的重要原料丙烷和丁烷。天然气是一种安全性较高的燃气，它比空气轻，如果发生泄漏，会立即向上扩散，不会像其他可燃气体一样积聚从而形成爆炸性气体。使用天然气作为能源时，可大大减少煤和石油的利用，将使环境污染问题得到改善，天然气作为一种清洁能源，能降低60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，显著降低酸雨产生，提升环境质量。

1 燃气采暖热水炉

燃气采暖热水炉亦称之为“燃气壁挂炉”，与热水器不同的是热水器主要功能是加热供给热水，无法提供暖气。而燃气采暖热水炉则具有供暖与生活用水双重功能的设备。能进行自动断水、断电、断气，安全性能可靠。

在燃气热水采暖炉使用时，观测系统压力显示正常后，水泵开始运转加速循环采暖媒介的水流动，将水流门阀或者水流传感器打开，将输出水流信号传输至主控器，主控器在接受到水流信号后，立即开启风机进行前清扫，同时做出相应的检测，检测各个安全设备是否正常工作，在所有装置能正常使用的前提条件下，才能开始点火，并分别将一、二级阀打开，燃气进入能进行燃烧的场所，燃烧器在电火花的助力下点燃燃气燃烧产生能量，依据离子感焰这一项技术感受燃气是否正常燃烧。循环流动的热水蒸发或辐射到空气中进行供暖，在到达设置的采暖温度时，感受器接受到信号，传送至主控器熄火进行待机，当温度下降时，开启燃气，水汽蒸发，提高温度，按此循环。

2 风机

风机作为通用性机械，具有应用量大、应用面广的特点，其常与电机配套使用，使用产生的电量占据了全国总发电量的20%之高。因此，需要对风机类的设备进行相应的改造，节约能源，一些耗能大的零件和使用方法采用耗能更小的零件和优化的方法进行替换，例如，阀门载流调节方式，这种方式就可以直接淘汰，在正常工作条件下进行研究改造，不断地提高能量的利用效率，以达到经济提升能量消耗减少的目的。在传统风机在初始设计中，以风量需求作为衡量标准，常用最大风量来设计，控制方式多为使用档板、回流、风门等，缺点是无法有效地形成闭环回路，难以进行控制，从不在能耗方面进行考虑，也无节能的思想观念，常使用Y-△或直接起动地方式控制电气，这种控制方式的缺陷是无法进行软起动，并且机械冲击力还很大，导致震动和噪音随之变大，所需电容量大，功率因数较低，系统使用的寿命较短。根据流体力学原理我们都知道，风机的风量是受风机的转速和风机的电机功率所影响的。风机风量的输出减少，作用于风机的转速，使速度衰减，根据定理电动机的输出功率也下降。如果将风机进行改良使用变频技术调整速度，从而使风机电动机的输入频率发生改变。

3 风机变频的研究

大部分的电动机机械都是采用交流感应电动机作为电力传动方式，根据变频节电原理易知：这种电动机都是依照最大负荷期额定负荷确定功率的。但电动机在实际正常工作情况中，绝大部分是达不到满载运行的，这就导致了电动机在满电压、满速度状态下负载却很小，常常处于空载运行。依据电动机的物理特性，要想电动机的效率最高，那么电动机只有在满负荷状态下运行，功率因数COS￠也才达到最佳的数值。在轻载时，功率因数COS￠变小，在空载时甚至降到了0.3以下。前面提到电动机在实际工作中常处于负载小的状态，势必产生大量电能的浪费和损耗。在空载时定子满电压中的铁损耗，毫无下降，这就使得效率上不去，而一定程度上降低负载，可以减少定子电压这样能提高效率。当适当的降低定子电压时，根据电机定子感应电势公式：U1≈E1=4.44F1N1KN1￠m，其中，U1指的是—定子每相绕组串联匝数；KN1由于轻载、空载时定子电流很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以U1≈E1，当其他条件不变时，定子电压U1降低，右边的￠m比例下降,也就是励磁无功电流IM也成比例下降，这样降低了定子电流中的无功分量，功率因数COS￠就提高了，再加以适当控制就可以使功率因数COS￠达到最佳值。这是从电机定子感应电势公式上分析，当其他条件不变时，依据定子铁耗公式易知：PFel=pFeIN×(U1/UIN)2其中：PFel为—定子铁耗；pFeIN为—定子额定铁耗；UIN—定子额定端电压。由公式可得，当U1下降时，也就是在轻载或空载状态下，左边的PFel将以平方的比例形式下降，铁耗大量降低，铁耗一降低，电动机的工作效率就提高，这就达到了轻载降压且节电的效果。在传统电动机上，需要改变负载常采用档板或阀门来调节控制，这种方式对输入功率的影响不大，多余的能量就以压差的形式在档板、阀门上了进行损耗，这样不但对档板、阀门进行冲击大，导致容易损坏，而且会产生巨大的声响，形成噪音。依据公式可知，要想调节Q，可通过改变n，达到控制Q的目的，并且轴功率还可大大降低，在理想状态下如Q’=0.5，则P’=0.125P，轴上功率变成为额定时的12.5%，不仅降低了功率，同时节约了80%以上的电能，加上实际外部因素的干扰，节能率会降低一些。对于如活塞式空压机等其他拥有“恒定转速”特性的机械，也可以使用变频调速来改变负载，当速度下降后电动机与生产机械的多种损耗都会随转速风速减少而下降，效率也随即提高，甚至比机械方法具有更明显的节能效果。软起动节能的方式通常是感应电动机采用直接接入电网起动，这种模式下的电动机起动电流为额定时的5～7倍，此时损耗巨大，直接接入可对电网进行强的直接冲击，机械的磨损，振动都是巨大的，这种模式，也可采用变频调速起动，这样起动电流就能控制在很小区域，就算满载时起动，仅需要比额定电流稍大，能大大降低起动损耗，不会直接和间接冲击电网，也不会冲击机械。

4 燃气采暖热水炉风机变频的应用

燃气采暖热水炉风机变频在实际应用中，风机根据条件变速运行这是可以实现的，利用变频控制技术控制。实验可以通过安装氧气和一氧化碳的传感器在锅炉出口烟道上进行测试，测试完成后将结果传输到主控制器，主控制器将数据与理论数据对比后来控制送风的量。上文也说到变频运行的风机，具备耗电量低、节能效果显著的优势，可节约天然气，燃气采暖热水炉使用变频风机时能有效地解决天然气不完全燃烧的问题。

5 结语

能量的损耗致使资源的大量浪费，资源的有限，使得可持续发展道路的政策相对提出，资源的减少，势必将引导我们寻找新能源或者改善能源的利用方式。在燃气采暖热水炉的使用上，主要功能是加热供给热水，损耗能量大，而使用改善技术的变频后中小负荷下过剩空气系数和风机功率以及排烟温度均下降，CO2浓度的反之变大，不管热负荷多大多小，采暖的热效率基本上保持不变，抗风能力伴随着热负荷的减小而下降。虽然具有一定的成效，但是就此打住研究的进程，是万万不可行的，相反，这是研究的新起点，而不是研究的终点，资源的匮乏与有限，时时刻刻在促使我们不断探寻新的技术与新的能源，努力将能耗降低一点，仅一点，就能多养活生命，学无止境，一生研究，新技术的探寻永远在路上。