浅议热源厂电气控制设计及节能增效

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。