熱交換站供暖循環(huán)水運行控制現(xiàn)狀
熱交換站的二次供暖循環(huán)水運行系統(tǒng)都是通過電機(jī)帶動定量循環(huán)泵來提供循環(huán)水的動力。通常設(shè)計人員在電機(jī)選型時,由于電機(jī)按一定模數(shù)分級,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),無論那種系統(tǒng),電機(jī)都是直接接市電一直以工頻運行,電機(jī)都要全速運轉(zhuǎn),無法隨著供暖負(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)荷變化需要對循環(huán)水流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時,通常的控制手段是開大閥門或關(guān)小閥門來人為調(diào)節(jié),這樣在閥門上產(chǎn)生了附加損失,使得能量因為閥門的節(jié)流損失消耗掉了,浪費了大量能源。又由于溫度是個滯后參數(shù),調(diào)節(jié)周期長,用閥門調(diào)節(jié)控制精度受到限制。泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運行,存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點,時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象,不但浪費能源而且加快了設(shè)備損耗。
循環(huán)水泵采用變頻控制能較好地解決這個問題。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??梢钥闯龈淖冸姍C(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)磁極對數(shù)),由于s、p對某一電機(jī)是固定值,因此通過改變電動機(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,通過變頻器適時適量地控制循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(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)在整個負(fù)荷和變化過程當(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,對原供暖換熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。
對原系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造時,為確保安全可靠性,對原系統(tǒng)電控設(shè)備盡量不作變動。另外,保留循環(huán)泵電機(jī)運行回路,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,n=K0×50轉(zhuǎn)/分;此時功率P1=K3(K0×50)3=K×503;當(dāng)電機(jī)輸入頻率為40Hz時,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,從理論上計算,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低20%時,就可以節(jié)電49%。
熱交換站二次供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵變頻控制的實際應(yīng)用
我們在換熱站安裝了為了節(jié)電控制設(shè)備,采暖循環(huán)泵由軟起動控制改為變頻控制,該系統(tǒng)有手動和自動兩種變頻功能和一種工頻功能。在變頻模式下,手動時,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。自動時,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的信號進(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,可手動切換到工頻運行,保證繼續(xù)供熱不停產(chǎn)。
驗證變頻控制的實際節(jié)電效果,在熱交換站進(jìn)行了相關(guān)對比試驗。采暖循環(huán)水泵型號TB/9616-1999,額定功率35kW額定電流:69A,試驗方法:采暖循環(huán)泵由軟起動控制改為變頻控制,檢測手段:以48小時為一檢測周期,試驗結(jié)果:原系統(tǒng)在380V50Hz狀態(tài)下運行,按照兩天試驗(48小時)的記錄,總耗電量為1585.9kWh,平均每小時所消耗的電能為33.04kWh,每天耗電量為792.96kWh。改造后系統(tǒng)在380V變頻狀態(tài)下運行,按照兩天試驗(48小時)的記錄,在同等供暖效果的情況下,總耗電量為1186.2kWh,每小時所消耗的電能為24.71kWh,每天耗電量為598.1kWh。在30Hz狀態(tài)下運行每小時的電度為13.7kWh;改造后的設(shè)備每小時節(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)在電費收取標(biāo)準(zhǔn)0.7元/度計算,每天節(jié)省電費約為140元,按照通常的標(biāo)準(zhǔn),采暖季應(yīng)從11月至3月,共計140天,一個采暖期一臺水泵節(jié)約電費約為19592元。
通過上面的試驗,我們可以看出變頻控制可以有效的節(jié)電,尤其對于老供熱系統(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行費用。
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