熱交換站供暖循環(huán)水運(yùn)行控制現(xiàn)狀
熱交換站的二次供暖循環(huán)水運(yùn)行系統(tǒng)都是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)定量循環(huán)泵來(lái)提供循環(huán)水的動(dòng)力。通常設(shè)計(jì)人員在電機(jī)選型時(shí)，由于電機(jī)按一定模數(shù)分級(jí)，往往選擇功率比水泵輸入功率大的電機(jī)，功率留有一定余量。我們知道熱交換站內(nèi)二次供暖系統(tǒng)根據(jù)流量情況可分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)，無(wú)論那種系統(tǒng)，電機(jī)都是直接接市電一直以工頻運(yùn)行，電機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法隨著供暖負(fù)荷的變化而變化，循環(huán)泵輸出流量是恒定的，當(dāng)根據(jù)天氣溫度或供暖負(fù)荷變化需要對(duì)循環(huán)水流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時(shí)，通常的控制手段是開大閥門或關(guān)小閥門來(lái)人為調(diào)節(jié)，這樣在閥門上產(chǎn)生了附加損失，使得能量因?yàn)殚y門的節(jié)流損失消耗掉了，浪費(fèi)了大量能源。又由于溫度是個(gè)滯后參數(shù)，調(diào)節(jié)周期長(zhǎng)，用閥門調(diào)節(jié)控制精度受到限制。泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象，不但浪費(fèi)能源而且加快了設(shè)備損耗。
循環(huán)水泵采用變頻控制能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。在滿足供熱的條件下，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證一定的系統(tǒng)壓差，可獲得可觀的節(jié)電效果。
變頻調(diào)速節(jié)能原理
通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：循環(huán)泵屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其n（轉(zhuǎn)速）、Q（流量）、H（壓力）以及P（軸功率）具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。可以看出改變電機(jī)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)循環(huán)泵的流量的方法，要比采用閥門調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比，即： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）,由于s、p對(duì)某一電機(jī)是固定值，因此通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率能達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。
對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行變頻的改造正是基于以上原理。改造后的系統(tǒng)，將室外溫度、系統(tǒng)供回水壓差及回水溫度作為輸入?yún)?shù)，加上PLC控制器處理下達(dá)變頻調(diào)速指令，通過(guò)變頻器適時(shí)適量地控制循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的輸出流量，滿足供暖負(fù)荷要求。這就使電機(jī)在整個(gè)負(fù)荷和變化過(guò)程當(dāng)中的能量消耗降到zui小程度。再有，應(yīng)用變頻器還能提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電機(jī)的無(wú)功損耗，并提高供電效率和供電質(zhì)量。綜上所述，不難看出，對(duì)原供暖換熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來(lái)巨大的節(jié)能效果。
對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造時(shí)，為確保安全可靠性，對(duì)原系統(tǒng)電控設(shè)備盡量不作變動(dòng)。另外，保留循環(huán)泵電機(jī)運(yùn)行回路，增加控制電路，保證系統(tǒng)可以方便地在工頻和變頻兩種運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行切換。
供暖換熱系統(tǒng)的變頻改造節(jié)能分析
循環(huán)水泵是傳遞流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流量的立方成正比，根據(jù)能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式：Q＝Kn；H＝K2n2； P＝Q×H＝K3n3。式中，K1、K2、K3為常數(shù)，n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。又，三相交流異步感應(yīng)電機(jī)n =60 f（1-s）／p，式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。電機(jī)一旦選定后，s、p是固定常數(shù)，則n可表示為：n＝K0f，即與供電頻率成線性正比例關(guān)系。當(dāng)電機(jī)輸入頻率為工頻50Hz時(shí)，n＝K0×50轉(zhuǎn)／分；此時(shí)功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；當(dāng)電機(jī)輸入頻率為40Hz時(shí)，n＝K0×40轉(zhuǎn)／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。P2／P1％＝K×403／K×503％＝51％，由此可見，從理論上計(jì)算，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低20％時(shí)，就可以節(jié)電49％。
熱交換站二次供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵變頻控制的實(shí)際應(yīng)用
我們?cè)趽Q熱站安裝了為了節(jié)電控制設(shè)備，采暖循環(huán)泵由軟起動(dòng)控制改為變頻控制，該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種變頻功能和一種工頻功能。在變頻模式下，手動(dòng)時(shí)，可以人為隨意給定頻率，控制循環(huán)泵的輸出流量，調(diào)節(jié)供暖溫度。自動(dòng)時(shí)，變頻器和PLC控制器進(jìn)行通訊，PLC控制器根據(jù)系統(tǒng)供回水壓差及回水溫度傳感器傳上來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，按照供熱要求給變頻器發(fā)出控制指令，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)循環(huán)泵輸出流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在變頻器出故障時(shí)，可手動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，保證繼續(xù)供熱不停產(chǎn)。
驗(yàn)證變頻控制的實(shí)際節(jié)電效果，在熱交換站進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比試驗(yàn)。采暖循環(huán)水泵型號(hào)TB/9616-1999，額定功率35kW額定電流:69A，試驗(yàn)方法：采暖循環(huán)泵由軟起動(dòng)控制改為變頻控制，檢測(cè)手段：以48小時(shí)為一檢測(cè)周期，試驗(yàn)結(jié)果：原系統(tǒng)在380V50Hz狀態(tài)下運(yùn)行，按照兩天試驗(yàn)（48小時(shí)）的記錄，總耗電量為1585.9kWh，平均每小時(shí)所消耗的電能為33.04kWh，每天耗電量為792.96kWh。改造后系統(tǒng)在380V變頻狀態(tài)下運(yùn)行，按照兩天試驗(yàn)（48小時(shí)）的記錄，在同等供暖效果的情況下，總耗電量為1186.2kWh，每小時(shí)所消耗的電能為24.71kWh，每天耗電量為598.1kWh。在30Hz狀態(tài)下運(yùn)行每小時(shí)的電度為13.7kWh；改造后的設(shè)備每小時(shí)節(jié)電度為8.33kWh，每天節(jié)約電量為194.86kWh。節(jié)電率為25％。按照現(xiàn)在電費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)0.7元/度計(jì)算，每天節(jié)省電費(fèi)約為140元，按照通常的標(biāo)準(zhǔn)，采暖季應(yīng)從11月至3月，共計(jì)140天，一個(gè)采暖期一臺(tái)水泵節(jié)約電費(fèi)約為19592元。
通過(guò)上面的試驗(yàn)，我們可以看出變頻控制可以有效的節(jié)電，尤其對(duì)于老供熱系統(tǒng)和大負(fù)荷的供熱系統(tǒng)而言，變頻控制可有效降低熱交換站的運(yùn)行費(fèi)用。
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