锅炉上水系统改造

摘要：本文分析了中心供热站锅炉运行实际现状，针对性地提出了蒸汽锅炉上水系统由执行器控制改为变频给水泵直接给水的方法，实现单炉单供达到节能的目的。

关键词：给水泵；变频调速

1 现状

我中心第一供热站共有4台蒸汽锅炉（2台10吨锅炉、2台20吨锅炉），总额定蒸发量60吨/小时，共有锅炉给水泵6台（15KW4台、30KW2台），系统给水为母管制。2004年由于负荷增加，公司新建第四供热站（3台35吨锅炉）。考虑到节能等因素，冬季第一供热站停运，其负荷移至第四供热站。夏季负荷为3~8吨/小时，由于负荷较小，故停运四站锅炉，运行一站一台10吨锅炉、一台15KW给水泵，现锅炉给水泵是连续恒速运行的，通过改变调节阀阀位实现锅炉自动上水（如图）。

1.1锅炉水系统图

1.2上水系统仪表方框图

2 改造的可行性

我们发现原上水系统虽能满足锅炉的给水需求，但给水系统运行压力比较高，一般在1.2-1.3MPa之间，大于锅炉锅筒压力0.5-0.6MPa，压损较大，此时泵的轴功率大部分都消耗在阀门上。又由于局部管道流速较快，造成比摩阻加大，使水泵的水功率较小，泵的效率也就不高，尤其表现在锅炉在小负荷运行状态下执行器阀门接近于关闭状态。除有上述现象外还造成给水系统的憋压，我们必须及时打开回流系统。针对上述情况进行分析得出这种运行状态能量损失比较大，给水泵做了很多无用功。在中心提倡清洁生产的前提下，促使我们寻求另一种方法进行给水流量的调节。取消执行器，将给水泵改成变频控制，实现单炉单供就能达到节能的目的。

众所周之，水泵运行在管路性能曲线的静扬程（或静压）等于零时遵循如下规律：流量Q与转速N成正比，扬程（压力）H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N的三次方成正比，电动机的转速N与电源的频率F成正比。由上得知，改变电源的频率就改变了电机的转速，从而改变了给水流量。

当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法，变频调速技术以其优异的调速特性在国门经济的各个领域获得了广泛应用，水泵采用变频调速后，给水流量的调节就可通过改变转速的方法来实现。

3 改造方案

3.1 锅炉水系统图

A点为系统工作最大流量点,Cn1是工频(50Hz)时的扬程曲线,A点的流量为QA。当流量减小到QB时,变频器的输出频率减小,泵的转速由n1降低到n2,Cn2是n2转速下的扬程曲线,Hy是A、B点所处的装置特性曲线。HA、HB是A、B两工况点的扬程。

给水泵变频调速运行特点是:不同的变频工况点位于同一装置特性曲线Hy上,也就是说不同的工况点装置情况不发生变化。

4.2 给水泵的变频节能分析

图中，欲使流量减小到QB，有两种方法：一是通过关小出口阀门的开度，工况点由A变为C，A、C 两点位于同一扬程曲线上；另外一种方法是，减小电源频率以降低转速，泵的工况点由A变为B，A、B两点位于同一装置特性曲线上。C点的轴功率为

PC=ρgQBHC/ηC

B点的轴功率为

PB=ρgQBHB/ηb

两种情况下泵的轴功率差为

△P=PC-PB=ρgQBHC/ηC-ρgQBHB/ηb

=ρgQB（HC/ηC-HB/ηb）

由于B、C两点的效率相差不大，令η=ηC=ηb，则

△P=ρgQB（HC -HB）/η

这就是变频调速的节能数值，它与图中阴影部分的面积成正比。

5 数据分析

工程竣工后我们对改造前后进行了同负荷下耗电的实际测量比较，结果见下表：

在上述工况下，按全天运行24小时，全年运行天数245天（8个月），电价0.6元/度进行计算，每年可节电合计人民币：（7.5-2.667）*24*245*0.6=17050.82元。

结论

（1）改造后降低了给水系统的运行压力，降低了给水系统的流速，彻底解决了锅炉给水系统的憋压现象。

（2）给水泵加变频器控制锅炉上水比用调节阀控制锅炉上水节电效果明显。

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