供暖系统变频调速技术的应用

【摘 要】杨村煤矿供暖系统主要供暖设备包括：三台SZL 20-1.6-AⅢ型蒸汽锅炉、三台37kW鼓风机、三台110kW引风机，锅炉鼓风机和引风机采用变频控制。为了提高供暖系统运行的安全性和可靠性，减轻对供暖设施及管网的冲击损坏，杨村煤矿对供暖系统进行变频改造。改造后实现了锅炉鼓风机、引风机、热水循环泵和补水泵的变频运行，保持恒定供暖压力，大大提高了供暖系统运行的安全可靠性。

【关键词】供暖系统 控制 鼓风机 引风机 变频调速 节能

1 引言

杨村煤矿供暖采用热水供暖方式，锅炉产生的蒸汽分别输送至工广区热交换站和生活区热交换站，在热交换站通过热交换器汽水交换后产生热水，再通过管道输送至各用户。在工广区热交换站安装4台热交换器、两台45kW热水循环泵、两台5.5kW补水泵，生活区热交换站安装八台热交换器、三台55kW热水循环泵、2台4kW补水泵，水泵均为为工频启动、工频运行，运行中输出压力波动大，以及启动、停运对供暖管道冲击大，造成供暖设施损坏快、供暖压力不稳定。由于水泵始终处于全速运行，无法根据供暖管网的压力与用水量调节水泵的转速、出水压力，造成对供暖设施的冲击，而且造成电量的大量浪费。

2 方案确定

（1）供暖系统变频改造的方法：在工广区热交换站安装1台5.5KW变频器和1台变频控制柜、2台45kW变频器和2台变频控制柜，生活区热交换站安装3台55kW变频器和3台变频控制柜、1台4kW变频器和1台变频控制柜，在工广区和生活区热交换站的供暖管网各安装1只压力变送器，利用变频器和压力变送器实现热水循环泵及补水泵的变频起动、变频运行，变频器控制水泵的运行速度，压力变送器反馈给变频器供暖管网输出压力，实现控制水泵转速，方便根据供暖管网的压力与用水量调节水泵转速、供暖压力，把供暖出口压力控制在0.55MPa，保证供暖管网的供水压力及用水。

（2）供暖系统变频调速技术的原理：热水循环泵实现变频调速的原理是按照供暖管网循环水的压力，改变热水循环泵的电机频率，从而调整热水循环泵的转数和循环水量，实现供暖管网保持恒定的压力。补水泵实现变频调速的原理是按照供暖管网补给水的压力，改变补水泵的电机频率，从而调整补水泵的转数和管网的补给水量，实现供暖管网补给水恒定的压力。供暖管网安装的压力变送器将循环水和补给水的工作压力反馈到调节器内，与供暖管网设定的压力进行比较，经过计算输出一个信号输入到变频器内，变频器再根据输入的信号值，调整热水循环泵和补水泵电机的频率（一般为0-50Hz），从而实现调整热水循环泵和补水泵的转数和流量。

（3）供暖系统变频器的选择：变频器选用三垦力达电气有限公司生产的变频器，选择变频器时，变频器的功率要比热水循环泵的补水泵的电机功率稍高一些，这样节电效果要同功率的要好一些。为了能更好的节电，热水循环泵、补水泵要做到频率升高时，能迅速达到高频率、高速度，频率降低时，能迅速达到低频率、低速度，最终保持恒频低耗运行。如果选择的变频器功率与电机功率相同，会使变频器很难实现热水循环泵和补水泵的电机迅速升频或降频，而减少了节电效果。如果将变频器的功率选高一些，可使变频器实现热水循环泵和补水泵电机迅速升频或降频，大大减少升频和降频阶段的电能消耗，从而大大提高了节电效果。一般选择的变频器功率比热水循环泵和补水泵的电机功率高10%—20%即可。

3 锅炉风机的变频调速技术应用

锅炉风机的变频调速技术应用分为鼓风机的变频调速技术应用和引风机的变频调速技术应用。

3.1鼓风机的变频调速技术应用

鼓风机的变频调速技术应用，是为了合理调整锅炉燃烧，提高锅炉的经济运行，鼓风机和引风机的特性是指鼓风机和引风机在一定的转数和一定的介质密度下，风压、功率及效率与风量之间的关系。烟道、风道的特性是指烟道、风道的阻力和风量之间的关系。烟道、风道的阻力与风量成正比，风量增加，则烟道、风道的阻力也增大，所以必须采取适当的措施加以平衡。鼓风机的变频调速技术应用就是采取了保持用煤量与送风量一定的比例，再根据锅炉烟气的含氧量调整送风量。

3.2引风机的变频调速技术应用

引风机的变频调速技术应用和鼓风机的变频调速技术应用相类似，引风机的变频调速技术是以锅炉炉膛负压作为反馈信号进行调节，因为需要以鼓风量为前进行校对，所以变频器只是作为操作器人为的对引风机的钻速进行调节，以实现节能的目的。当鼓风机和引风机使用变频调速电动机时，电动机的转速可以通过风量来进行调节，如果风量减少，电动机的转速就会降低，耗电量也会减少，从而达到节电的效果。

4 供暖系统变频调速技术的优点

供暖系统变频调速技术有许多优点，主要表现在以下几个方面：

（1）变频调速的效率较高，变频调速主要是利用改变电动机的频率后，电动机按照该频率的同步转速运行，这样转速损失不会增加，因此变频调速技术是一种高效率的调速方式。

（2）变频器的调速范围较大。变频器的调速范围可达1%—100%，并在整个调速范围内具有较高的调速效率，当调速范围小于30%时，变频器效率可达90%。因此变频调速技术对于调速范围广、常处于低负荷状态下运行的设备，非常适用。

（3）变频调速运行的启动电流较小。适用变频调速运行时，设备的启动电流较小，对设备起到很大的保护作用，可以提高设备的使用寿命。

（4）变频调速技术应用比较方便，使用变频调速技术，只需要对原设备的电动机进行变频调速改造，安装变频器、变频控制柜和变送器就可实现。

（5）变频调速装置可兼作启动设备。在实际运行中，通过变频电源将电动机启动到设定的转速，再断开变频电源，由工频电源把电动机加速到全速。

5 使用变频器的好处

使用变频器的好处很多，可以对设备起到很好的保护，主要体现在以下几个方面：

（1）变频器具有过电压保护作用：使用变频器后，可以自动调整输出电压，使设备不承受过电压，当设备的输出输出电压超过正常电压的110%时，变频器就会自动停止设备运行，从而对设备起到保护作用。

（2）变频器具有欠电压保护作用：当运行设备的电压低于正常电压的90%时，变频器也会自动停止设备运行，从而对设备起到保护作用。

（3）变频器具有过电流保护作用：当设备的运行电流超过额定电流的200%/10微秒，变频器就会自动停止设备运行，从而对设备起到保护作用。

（4）变频器具有缺相保护作用：变频器会自动监测输出电压，当输出出现缺相时，变频器就会报警，然后会自动停止该设备运行，从而对设备起到保护作用。

（5）变频器具有过负荷保护作用：使用变频器后，变频器就会自动监测设备的运行电流，当设备的运行电流超过额定电流的120%/1分钟时，变频器会自动停止该设备运行，从而对设备起到保护作用。

（6）变频器具有接地保护作用：变频器配置了专门的接地保护电路，由接地保护互感器和继电器组成，当发生一相或两相接地时，变频器会自动报警，从而对设备起到保护作用。

（7）变频器具有短路保护作用：当变频器输出发生短路后，必然引起过流，在10微秒内变频器就会自动停止该设备运行，从而对设备起到保护作用。

（8）变频器具有超频保护作用：变频器具有限制电机最大频率和最小频率的功能，使电机的频率只能在规定的范围内，从而起到超频保护的作用。

6 节能效果估算

（1）供暖系统应用变频调速技术后，实现锅炉鼓风机、引风机、热水循环泵和补水泵的变频运行，保持恒定供暖压力，减轻对供暖设施及管网的冲击损坏，每年可以节约维修费用26000元；

（2）实现供暖经济运行，实现节能，根据锅炉鼓风机、引风机和水泵实际运行情况，每天可节约用电700 KWh，每月可节约用电21000 KWh，每月可以节约资金10920元，一年可以节约资金131040元。

7 结语

（1）目前我国供暖、供电用设施使用的电动机大多数是交流电动机，应重点应用交流电动机的变频调速技术。设备的变频调速技术是目前较为理想的调速节能技术，应进行大力推广应用。（2）目前制约变频调速技术应用的主要因素是其投资较大，但从长远发展角度考虑，供暖系统变频调速技术的应用，既可以实现供暖经济运行，又可实现节能，具有广泛的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]陆耀庆.《供暖通风设计手册》.

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