应用案例|变频器在供热系统中的应用
提示：
我国北方冬季供暖中，用于集中供热的链条式燃煤热水锅炉是比较常见的设备。其电气系统主要由引风机、鼓风机、上煤炉排、分层给煤机、拔渣机及循环水泵组成。根据风机和水泵的变转矩特性，电机输出功率正比于转速的三次方，采用变频器控制系统中的风机、水泵，具有显著的节能效果。而大功率引风机若采用高压变频器，由于国内外高压变频器价格奇高，且国内技术不够成熟，高压变频器投资成本大。四方V系列低压变频器（功率范围：0.75kW~900kW），可满足锅炉大功率风机水泵的需求，成熟的技术和稳定的生产工艺，确保了产品的可靠性和稳定性。价格是高压变频器的一半，有很高的性价比。从而燃煤锅炉采用低压变频器有很好的推广和使用价值。
一、工程概况
河北L市某热力公司新建供暖工程采用5台70WM（100吨）链条式燃煤热水锅炉，1台锅炉配置1台引风机630kW，1台鼓风机185kW，1台铺排5.5 kW，1台分层给煤机4kW和2台除渣机22 kW、11 kW。5台70WM热水锅炉共用一套循环水系统和一套补水系统，即2台循环水泵315 kW，2台补水泵30 kW。该项目所有变频器全部配套使用深圳四方电气生产的V560系列产品，整个控制系统采用DCS集中控制，能够实现锅炉的自动燃烧及供热运行（如下图1所示）。
二、供热系统变频方案介绍
1、引风机和鼓风机
引风机和鼓风机控制着锅炉炉膛内的压力，引风量随着鼓风量的变化作相应的调整，使锅炉内部始终保持一定负压值，确保整个燃烧系统的稳定性。引风机采用1台V560-4T6300G变频器驱动，鼓风机采用1台V560-4T1850G变频器驱动。控制方式采用本柜（手动控制）/DCS（自动控制）控制，变频器通过DI端子选择频率源，手动调节频率采用本柜电位器给定0~10V信号（模拟输入AI1-GND）控制电机转速，自动控制频率采用DCS给定4~20mA信号（模拟输入AI2-GND）控制电机转速，起/停由本柜端子控制，同时具有起/停、故障报警状态指示，急停装置；电机转速值和电流值分别以4~20mA信号（模拟输AO1-GND、AO2-GND）输出反馈给DCS控制器作为运行状态监控。以引风机为例，V560系列变频器的控制线路如下图2所示：
引风机变频器参数设置如下表1
注：大功率风机或水泵启动惯量大，启动时间适当的设置长些，确保启动平稳。
2、循环水泵和补水泵
循环水泵配有2台315kW离心水泵，分别采用2台V560-4T3150G变频器驱动，保持供回水压差处的恒定。控制方式与引风机相同，本柜控制变频器起/停，手动/自动控制运行频率，在DCS自动控制状态下，可使系统供回水压差在恒定状态下运行。补水泵配有2台30kW离心水泵，一备一用，其中1 台采用V560-4T0300G变频器驱动，正常时由变频器与压力传感器构成闭环系统可以自动定压补水，同时将变频器运行状态反馈给DCS系统监视。当故障时又可以手动切换到工频状态，进行手动补水，确保供热系统中水循环系统的可靠运行。
3、炉排和分层给煤机
炉排和分层给煤机控制着锅炉进煤的变化，驱动部分采用V560系列5.5kW和4.0kW变频器驱动，采用联动控制，分层给煤机运行频率通过比例系数可微调。控制方式与引风机相同，在DCS自动控制状态下，可以根据燃烧情况自动调节进煤的速度。
三、供热系统方案优势
1、节能降耗，综合节能达40%以上
随着科技与经济的发展，北方冬季集中供暖需达到恒温供暖、节能减排的要求，从而热源厂供热量就得随着需热量的波动而随时调整，同时保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。同时供热循环水泵也得睡着供热需求变流量、压力运行。对此，根据流体力学理论可知，离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）采用变频器调试控制其转速方式调节流量，当流量下降时，电能消耗将以三次方的比较下降。根据热力站引风机、鼓风机、循环水泵控制特点，综合节能达40%以上。
2、丰富I/O端口，支持多种通讯协助，便于工业自动化控制
四方V系列变频标配6路数字输入（DI），2路数字输出（DO），2路模拟量输入（AI），
2路模拟量输出（AO）；支持MODBUS/PROFIBUS/CANopen通讯协议，便于连接PC、
PLC、HMI等，组成工业以太网，实现智能化集中控制。
3、四方V系列变频器保护功能完善，对电机的保护监控、机械部件寿命、电网的电流和电压波动都能做到有效控制。
变频启动较工频直接启动相比，启动电流仅工频启动的1/8，减小启动电流对电网系
统的冲击。同时，电流引起的电机绕组电应力和热量大大降低，延缓电机寿命和损坏。电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量，电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。而变频调速由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。
四方V系列变频器保护功能完善，可实施的保护包括：a、主电路的欠压、过电压保护；b、输出电流的欠电流、过电流保护；c、电动机或变频器的过载、过热保护；d、电机或变频器异常保护等。
在机械部件的损耗上，变频调试对电机停止方式的选择（减速停止、自由停止、减速停止配合直流制动等）能够减少电机和其联动机械部件的冲击；有效减少水泵的水锤效应。
4、V系列是一款功率范围为0.75kW~900kW的全系列变频器，满足锅炉引风机、鼓风机低压大功率需求。
为了满足北方城市集中供暖的需求，燃煤热水锅炉选型上多选择大吨位锅炉。例如，廊坊热力站新建项目，选用100吨燃煤热水锅炉，配备1台630kW引风机。而国内大功率低压变频器成熟的生产商为数不多，四方电气专注于低压变频器十几年，配套向麦克维尔、特灵、美的中央空调供大功率低压变频器，技术成熟、产品可靠。
四、结束语
经过了一个采暖季的运行，整个锅炉燃煤系统运行良好，鼓风机、引风机调速响应快，炉膛压力和温度控制稳定，循环水系统供出水压差恒定，使用效果受到客户的一致好评。对此，该热力公司把该项目作为样本工程，为今后的北京第二机场等大型集中供暖项目提供参考。四方V系列变频器在集中供暖中有很好的推广和使用价值。
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