浅议热源厂电气控制设计及节能增效
2020-11-11韩艳琴
韩艳琴
热力工程作为城市主要基础设施之一,在国民生活中起着举足轻重的作用,而为热力运行提供动力的热源厂电气控制系统起到心脏的作用, 中断供电将会造成较大的社会负面影响,所以电气设计技术关系到国民生活,必须精益求精,只有深入的研究,才能使电气技术在热力行业良好地发挥作用。
一、热源厂电气设计应用
热源厂作为城市主要基础设施之一,中断供电将会造成较大的社会负面影响,并使厂内生产秩序发生紊乱,需长时间才能恢复生产。因此其供电负荷等级不低于二级。
热源厂都会设置内附式或独立10/0.4kV变配电室。
为节约运行电能,引风机、鼓风机、循环水泵等采用变频调速装置。
二、热源厂电气设计需注意的要点
1、干式变压器设计应用
干式变压器通常安装在热源厂室内对防火要求比较高的场合,通常不会自燃,而且优质产品具有阻燃能力。特点是安全、干净,缺点是价格高、占地面积大、户外使用困难。
环氧树脂干式变压器具有良好的电气和机械性能、较高的耐热等级,并且是一种可靠的、安全性的、环保节能型新产品,能适应多种恶劣环境。
2、电气保护技术设计应用
微机保护集保护、控制、监视、人机接口、通讯等多种功能于一体。 一台装置即可完成开关柜内所有的自动化功能。工作稳定完善的自荐功能,异常自动报警,具有自保护能力,防止装置永久性损坏。
3、电缆敷设技术设计应用
热源厂风机房和水泵房等灰尘及水汽多的场所,采用电缆桥架架空、防水及桥架盖板防尘技术。
配电室采用双电缆沟设计, 前沟安装配电柜,后沟便于敷设电缆。
通过以上详细分析和研究,得到了热源厂电气设计应用技术几点心得,这些都是经过多年实践经验总结得出,希望对社会各行业均有所贡献,发挥它的最大作用。
三、变频器应用在热源厂的增效节能
随着热源厂建设规模越来越大,大型风机和水泵所配大功率电机在供热行业中的大量应用。北方采暖周期基本在4.5~6个月期间,在不同的时间段,锅炉有不同风量需求。每年最冷季节需全功率运行一个月;其余3.5个月需通过调节风门挡板调节引风风量,使炉内负压稳定在设定值,从而达到自动保持炉膛负压恒定目的。据现场工作人员提供数据,每年有3.5个月时间鼓、引风机的风量控制在60%左右。
阀门调节的缺点:设备易于老化,使用寿命短;耗能大、维护量大;难于实现系统的集成和自动化。
变频的优点:平滑启动,避免对电网和机械的冲击;节能效果明显,投资回报快;运行可靠,维护量少;易于实现过程控制和系统的集成和自动化;宽广的调速范围,适用场合广泛。
配置变频器后,就可以通过改变电机频率来调节风机和水泵的转速,实现增效节能。 在工业领域中,电机速度控制对于节约能源、提高经济效益具有重要意义。
变频调速:提高电机运行效率 、解决“大马拉小车”问题;风机和泵在各种行业中的大量应用,以及由其负载特性决定的巨大节能空间,使其成为了节能最有效的方法之一。
四、鼓、引风机电机改为变频调速后能效对比
以某热源厂单台29MW燃煤热水锅炉鼓、引风机电机改为变频调速后,做能效对比(老锅炉房节能改造)。
1、概述
该热源厂安装有单台29MW燃煤热水锅炉,已运行五年。年运行4.5个月,每年最冷季节需全功率运行一个月。鼓、引风机未安装调速设备。
2、工艺简介
锅炉鼓、引风机电机增加变频调速装置。
控制对象: 锅炉鼓风电机和引风电机。
设备参数: 现场的电机参数鼓风电机功率为75kW,引风电机功率为132kW。
控制目的: 改造并形成最佳的燃烧工况,提高燃烧效率,降低能耗。
1)、引风控制:通过采集设置在炉膛位置的压力变送器信号,将炉膛压力信号送入PLC逻辑的引风PID控制环节,经处理后与设定炉膛负压力比较,通过PID实时控制引风变频器频率调节电机转速,调节引风风量。使炉内负压稳定在设定值,从而达到自动保持炉膛负压恒定目的。引风电机速度随着炉膛负压值的变化而变化。即保证锅炉燃烧部分的自动运行。
2)、鼓风控制:根据煤源的特性以及锅炉末端氧化锆的数值确定合理的风煤比,设置比值调节回路,通过炉排的转速调节鼓风机及二次风机变频器以控制送风量,使锅炉达到最佳的燃烧效率。
3)、由于原锅炉为非节能型燃烧方式, 控制风量靠人工操作风道挡板, 热水压力单靠人工控制燃烧不好。因此电机全速运转产生的风量不能全部使用,采用挡板截流造成约30%的电能损耗。使用变频器可根据生产需求任意调整电机速度,使输出风量可以调节,提高生产工效并且节能降耗。
3、风机节能原理
过去锅炉的风机一直是按照工频50Hz运行的,但是在不同的时间段,锅炉是有不同风量需求的,但是却没有办法调速,现在配置上变频器后,就可以改变频率,实现节能增效。
流量正比于电机轴转速:
Q1/Q2=n1/n2
风压或扬程正比于电机轴转速的二次方:
H1/H2=(n1/n2)2
功率正比于电机轴转速的三次方:
P1/P2=(n1/n2)3
上式表明,风机的流量与其转速成正比,风机的扬程与其转速的平方成正比,风机的轴功率与其转速的立方成正比。
节电率计算表格:
根据上述原理可知改变风机的转速就可改变风机的功率。
例如:
将供电频率由50Hz降为45Hz,
则P45/P50=453/503=0.729,即P45=0.729P50
将供电频率由50 Hz降为40Hz,
则P40/P50=403/503=0.512,即P40=0.512P50
4、该热源厂风机运行情况如下:
4.1、鼓、引风机及电机数据
1)、引风机型号:Y5-56-11 16D,全压2402-3812 Pa ,转速990 r/min
配套电机功率132kW, 电压380V,电流244A, 额定频率50HZ
2)、鼓风机型号:Z6-62 12 7D,全压2891-2317 Pa,转速990 r/min
配套电机功率74kW, 电压380V,电流141A, 额定频率50HZ
4.2、全年的运行状况
全年运行4.5个月
4.3、经济数据
能源价格:0.97元/度
变频设备服务年限:10年
5、节能计算
在风机铭牌上,风机压力增加值是一个范围,比如:1139-724Pa, 我在计算过程中采用平均值。
额定流量也是一个范围:111-225 m3/min, 我在计算过程中采用平均值。
风机效率取85%
计算过程考虑变频器工作状态为:10%时间流量为90%,70%时间流量为80%, 20%时间流量为70%。
经过总结,总的节能量,投资回报等如下表所示:
根据中国国情,我们通常认为每节约1MW度電=减排1吨CO2.
据统计:全国用电总量的三分之一用于风机、泵和压缩机之类的负载。这类机械的传统控制方法采用恒速交流电动机驱动。采用闸门、挡板等方法实现流量的调节方式导致生产效率低下、能源浪费严重。
在风机、泵类领域推广变频调速技术可大大提高这类机械的运转效率,电机效率提高2%,每年节电200亿千瓦时。