摘 要:根據(jù)高壓在熱電公司熱網(wǎng)循環(huán)泵上的應(yīng)用,分析改造之后的控制策略以及實(shí)際節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞:熱網(wǎng)循環(huán)泵 高壓變頻器 節(jié)能改造
1.項(xiàng)目背景
內(nèi)蒙古某熱電公司隸屬于中國華能集團(tuán)——北方聯(lián)合電力公司。是該地區(qū)重要的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè),發(fā)電裝機(jī)容量110兆瓦,供熱面積200萬平方米。截至目前,該熱電公司中心站設(shè)計為4臺800KW循環(huán)泵,1臺900 KW循環(huán)泵,揚(yáng)程為75米,單泵流量為3170m3/h四用一備,供熱能力為200萬平米。補(bǔ)水定壓為0.25MPa。
隨著城市供熱管網(wǎng)的改造工程逐步深化,小區(qū)鍋爐供暖的形式已在逐漸退出舞臺,由一個熱電廠負(fù)責(zé)幾個片區(qū)的供熱已經(jīng)成為目前城市供熱的發(fā)展趨勢。熱電廠通過輸汽管道將過熱蒸汽輸送到各換熱首站,在換熱首站中蒸汽經(jīng)熱交換器將采暖熱水加熱,循環(huán)泵通過供熱管道將熱水送到二次網(wǎng)及各熱用戶。因此,換熱首站作為熱源輸出的重要關(guān)口,其供熱品質(zhì)的好壞對改善熱網(wǎng)熱力工況,提高供熱質(zhì)量起著重要作用。
熱網(wǎng)循環(huán)泵改造前,供熱負(fù)荷變化時需要通過調(diào)節(jié)泵的出口門的開度來調(diào)節(jié)水量,實(shí)際上是靠壓損來減少給水流量,而電機(jī)的出力卻沒有變化。調(diào)速改造后,就可以將出口門全部打開,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制流量,可以方便的調(diào)整機(jī)組的供熱量,也具有非常大的節(jié)能潛力。
2.方案介紹
變頻控制為一拖一手動工/變頻方案。變頻調(diào)速系統(tǒng)接于6kV電壓等級的主動力電源系統(tǒng),用于電動機(jī)的變頻調(diào)速。為增加運(yùn)行安全性,變頻系統(tǒng)增加旁路,設(shè)計方案如下:
一拖一手動旁路
由于各用戶的建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質(zhì)量各不相同,很難確定一組典型的室內(nèi)溫度作為直接被控量,而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度,因此本系統(tǒng)采用根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同的供熱時段來控制供、回水平均溫度的方法來間接控制用戶室溫。控制框圖如下圖所示:
TO表示室外大氣溫度5min內(nèi)的平均值,TS表示供、回水溫度的設(shè)定值,T1表示供水溫度測量值,T2表示回水溫度測量值。
為了節(jié)約能源,可以根據(jù)具體情況將一天分為幾個供熱時段,不同的供熱時段設(shè)定不同的Ta。例如:7點(diǎn)至21點(diǎn)為正常供熱時段,設(shè)定Ta=18℃;23點(diǎn)至早晨5位夜間保溫時段,設(shè)定Ta=16℃;5點(diǎn)至7點(diǎn)為升溫時段,設(shè)定Ta=t+11,Ta線性增加; 21點(diǎn)至23點(diǎn)為降溫時段,設(shè)定Ta=39-t,Ta線性減少。Ta設(shè)定曲線如圖所示。
(1)室外溫度曲線
將一天分為幾個供熱時段,每一時段設(shè)定一期望室內(nèi)溫度。然后高壓變頻節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)室大氣溫度的變化來自動調(diào)節(jié)供、回水溫度的平均值,并根據(jù)典型用戶室內(nèi)溫度的平均值自動修正供熱系數(shù),從而保證室內(nèi)溫度等于設(shè)定值。操作員也可以任意設(shè)定供水溫度曲線或平移已有曲線。采用此方式可以足夠精確的設(shè)定用戶供水溫度曲線,同時不需要進(jìn)行曲率、斜率等復(fù)雜計算,從而降低工程和維護(hù)工作量。
(2) 溫度控制回路
根據(jù)室外溫度設(shè)定二次供水溫度設(shè)定值,調(diào)節(jié)流量滿足二次側(cè)供水溫度的要求。可以通過操作面板和監(jiān)控系統(tǒng)修改或上下平移溫度曲線;也可以通過時間程序移動溫度曲線。提供室外溫度傳感器故障保護(hù)。
(3) 二次網(wǎng)循環(huán)泵控制
通過采集系統(tǒng)總出、回水溫度的溫差、各區(qū)用戶系統(tǒng)回水溫度溫差與系統(tǒng)設(shè)計溫差進(jìn)行比較,通過變頻器自動調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)總流量和溫度的調(diào)節(jié)。使循環(huán)水泵按照實(shí)際負(fù)荷輸出功率,減少不必要的電能損失,實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。通過此舉,可以及時地把流量、揚(yáng)程調(diào)整到需要的數(shù)值上,消除多余的電能消耗,從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。
3.方案效果
系統(tǒng)采用變頻改造,顯著改善機(jī)組的運(yùn)行情況,降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)如下:
●工藝改善
--帶負(fù)荷直接啟動不會有較大的啟動電流,避免了通常泵組首先關(guān)閉出口閥后再啟動的要求;
●維護(hù)量減少
--采用變頻調(diào)速后,可以避免因通過閥門控制使泵過多偏離額定工作區(qū)而引起的振動。通常情況下,變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了降低泵的轉(zhuǎn)速,由于啟動緩慢及轉(zhuǎn)速的降低,相應(yīng)地延長了許多零部件,特別是密封、軸承的壽命;
●工作強(qiáng)度降低
--由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制,機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報警,操作工作由手動轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控,完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無人操作,大大降低了勞動強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率,為優(yōu)化運(yùn)營提供了可靠保證;
●減少對電網(wǎng)的沖擊
--泵工頻起動時,啟動電流達(dá)到額定電流的6—7倍,由于廠用電源串有電抗器供電,造成電抗器壓降過大,使廠用電系統(tǒng)母線電壓降低,對接于該母線上的負(fù)荷都會造成波動。采用變頻調(diào)節(jié)后,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動,電機(jī)啟動電流只是額定電流,啟動時間相應(yīng)延長,對電網(wǎng)無大的沖擊,同時減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷。
4.總結(jié)
采用高壓變頻節(jié)能系統(tǒng)后,充分發(fā)揮了變頻器的無極變速和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),充分發(fā)揮了節(jié)能控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點(diǎn),使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了可靠保障。通過對熱網(wǎng)首站自動控制系統(tǒng)的投運(yùn),熱網(wǎng)首站過去主要依靠人工調(diào)節(jié)的控制手段得到了徹底改善,熱網(wǎng)首站運(yùn)行得到合理控制,失調(diào)現(xiàn)象得到了有效地解決,消除了熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。按需供熱、節(jié)能降耗,改變了不合理的小溫差大流量運(yùn)行方式,即保證了遠(yuǎn)端客戶的供熱需要又避免了近端用戶的過熱現(xiàn)象這直給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益的提高。