高壓變頻器在熱網(wǎng)循環(huán)泵的應(yīng)用

摘   要：根據(jù)高壓在熱電公司熱網(wǎng)循環(huán)泵上的應(yīng)用，分析改造之后的控制策略以及實(shí)際節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)循環(huán)泵 高壓變頻器 節(jié)能改造

1.項(xiàng)目背景

內(nèi)蒙古某熱電公司隸屬于中國(guó)華能集團(tuán)——北方聯(lián)合電力公司。是該地區(qū)重要的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，發(fā)電裝機(jī)容量110兆瓦，供熱面積200萬(wàn)平方米。截至目前，該熱電公司中心站設(shè)計(jì)為4臺(tái)800KW循環(huán)泵，1臺(tái)900 KW循環(huán)泵，揚(yáng)程為75米，單泵流量為3170m3/h四用一備，供熱能力為200萬(wàn)平米。補(bǔ)水定壓為0.25MPa。

隨著城市供熱管網(wǎng)的改造工程逐步深化，小區(qū)鍋爐供暖的形式已在逐漸退出舞臺(tái)，由一個(gè)熱電廠負(fù)責(zé)幾個(gè)片區(qū)的供熱已經(jīng)成為目前城市供熱的發(fā)展趨勢(shì)。熱電廠通過(guò)輸汽管道將過(guò)熱蒸汽輸送到各換熱首站，在換熱首站中蒸汽經(jīng)熱交換器將采暖熱水加熱，循環(huán)泵通過(guò)供熱管道將熱水送到二次網(wǎng)及各熱用戶。因此，換熱首站作為熱源輸出的重要關(guān)口，其供熱品質(zhì)的好壞對(duì)改善熱網(wǎng)熱力工況，提高供熱質(zhì)量起著重要作用。

熱網(wǎng)循環(huán)泵改造前，供熱負(fù)荷變化時(shí)需要通過(guò)調(diào)節(jié)泵的出口門的開度來(lái)調(diào)節(jié)水量，實(shí)際上是靠壓損來(lái)減少給水流量，而電機(jī)的出力卻沒(méi)有變化。調(diào)速改造后，就可以將出口門全部打開，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，可以方便的調(diào)整機(jī)組的供熱量，也具有非常大的節(jié)能潛力。

2.方案介紹

變頻控制為一拖一手動(dòng)工/變頻方案。變頻調(diào)速系統(tǒng)接于6kV電壓等級(jí)的主動(dòng)力電源系統(tǒng)，用于電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。為增加運(yùn)行安全性，變頻系統(tǒng)增加旁路，設(shè)計(jì)方案如下：

一拖一手動(dòng)旁路

由于各用戶的建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質(zhì)量各不相同，很難確定一組典型的室內(nèi)溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度，因此本系統(tǒng)采用根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同的供熱時(shí)段來(lái)控制供、回水平均溫度的方法來(lái)間接控制用戶室溫。控制框圖如下圖所示：

TO表示室外大氣溫度5min內(nèi)的平均值，TS表示供、回水溫度的設(shè)定值，T1表示供水溫度測(cè)量值，T2表示回水溫度測(cè)量值。

為了節(jié)約能源，可以根據(jù)具體情況將一天分為幾個(gè)供熱時(shí)段，不同的供熱時(shí)段設(shè)定不同的Ta。例如:７點(diǎn)至２１點(diǎn)為正常供熱時(shí)段，設(shè)定Ta=18℃;23點(diǎn)至早晨５位夜間保溫時(shí)段，設(shè)定Ta=16℃;5點(diǎn)至7點(diǎn)為升溫時(shí)段，設(shè)定Ta=t+11，Ta線性增加; 21點(diǎn)至23點(diǎn)為降溫時(shí)段，設(shè)定Ta=39-t，Ta線性減少。Ta設(shè)定曲線如圖所示。

(1)室外溫度曲線

將一天分為幾個(gè)供熱時(shí)段，每一時(shí)段設(shè)定一期望室內(nèi)溫度。然后高壓變頻節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)室大氣溫度的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)供、回水溫度的平均值，并根據(jù)典型用戶室內(nèi)溫度的平均值自動(dòng)修正供熱系數(shù)，從而保證室內(nèi)溫度等于設(shè)定值。操作員也可以任意設(shè)定供水溫度曲線或平移已有曲線。采用此方式可以足夠精確的設(shè)定用戶供水溫度曲線，同時(shí)不需要進(jìn)行曲率、斜率等復(fù)雜計(jì)算，從而降低工程和維護(hù)工作量。

(2) 溫度控制回路

根據(jù)室外溫度設(shè)定二次供水溫度設(shè)定值，調(diào)節(jié)流量滿足二次側(cè)供水溫度的要求?？梢酝ㄟ^(guò)操作面板和監(jiān)控系統(tǒng)修改或上下平移溫度曲線;也可以通過(guò)時(shí)間程序移動(dòng)溫度曲線。提供室外溫度傳感器故障保護(hù)。

(3) 二次網(wǎng)循環(huán)泵控制

通過(guò)采集系統(tǒng)總出、回水溫度的溫差、各區(qū)用戶系統(tǒng)回水溫度溫差與系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫差進(jìn)行比較，通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)總流量和溫度的調(diào)節(jié)。使循環(huán)水泵按照實(shí)際負(fù)荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。通過(guò)此舉，可以及時(shí)地把流量、揚(yáng)程調(diào)整到需要的數(shù)值上，消除多余的電能消耗，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。

3.方案效果

系統(tǒng)采用變頻改造，顯著改善機(jī)組的運(yùn)行情況，降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)如下：

●工藝改善

--帶負(fù)荷直接啟動(dòng)不會(huì)有較大的啟動(dòng)電流，避免了通常泵組首先關(guān)閉出口閥后再啟動(dòng)的要求；

●維護(hù)量減少

--采用變頻調(diào)速后，可以避免因通過(guò)閥門控制使泵過(guò)多偏離額定工作區(qū)而引起的振動(dòng)。通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了降低泵的轉(zhuǎn)速，由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命；

●工作強(qiáng)度降低

--由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無(wú)人操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了可靠保證；

●減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊

--泵工頻起動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的6—7倍，由于廠用電源串有電抗器供電，造成電抗器壓降過(guò)大，使廠用電系統(tǒng)母線電壓降低，對(duì)接于該母線上的負(fù)荷都會(huì)造成波動(dòng)。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流只是額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)大的沖擊，同時(shí)減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷。

4.總結(jié)

采用高壓變頻節(jié)能系統(tǒng)后，充分發(fā)揮了變頻器的無(wú)極變速和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了節(jié)能控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了可靠保障。通過(guò)對(duì)熱網(wǎng)首站自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)，熱網(wǎng)首站過(guò)去主要依靠人工調(diào)節(jié)的控制手段得到了徹底改善，熱網(wǎng)首站運(yùn)行得到合理控制，失調(diào)現(xiàn)象得到了有效地解決，消除了熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。按需供熱、節(jié)能降耗，改變了不合理的小溫差大流量運(yùn)行方式，即保證了遠(yuǎn)端客戶的供熱需要又避免了近端用戶的過(guò)熱現(xiàn)象這直給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益的提高。