概述
集中供熱是城市能源建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，它是以熱水和蒸汽為熱媒，通過熱網(wǎng)向城鎮(zhèn)或區(qū)域用戶供應(yīng)熱能的方式。在東北地區(qū)逐步以集中供熱取締供熱范圍內(nèi)分散的供熱小鍋爐，避免因大量新增負(fù)荷而將要建設(shè)的小鍋爐。同時(shí)增加了自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，既提高了供熱系統(tǒng)的安全可靠性，又保證了供熱質(zhì)量，適應(yīng)了大城市日益增長的熱負(fù)荷需要，具有顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。下面是森島SD900系列變頻器在沈陽風(fēng)城市集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。該鍋爐燃煤控制系統(tǒng)所涉及的爐排和給煤機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵用變頻器全部采用森島SD900系列的產(chǎn)品，功率范圍從7.5KW到280KW電壓等級(jí)是380V，整個(gè)控制系統(tǒng)采用DCS集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐的自動(dòng)燃燒及供熱運(yùn)行。如圖所示：
綜合性能比較
自動(dòng)化控制系統(tǒng)配備了現(xiàn)場各類傳感器，所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)均通過專用電纜傳到計(jì)算機(jī)及二次顯示儀表。水泵、鼓引風(fēng)機(jī)等設(shè)備均通過變頻器、PLC等來驅(qū)動(dòng)。這樣，司爐工完全不必到現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)擋板及閥門等。只需在中央控制室里即可完成全部控制、記錄。這樣，減輕了工人的工作量又減少了人力資源的浪費(fèi)。并且操作簡單，維護(hù)方便，減少事故率。
由于自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而也就大量的節(jié)省了電能的浪費(fèi)。在原系統(tǒng)中，每年要有大量的電費(fèi)浪費(fèi)在鼓引風(fēng)機(jī)上，這是由其本身 調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定的。大多數(shù)鼓引風(fēng)都采用老式的降壓起動(dòng)，起動(dòng)之后投入工頻全負(fù)荷運(yùn)行，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門來達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。這樣既把過多的電能消耗在風(fēng)門上，又對(duì)機(jī)械造成了損害。而本系統(tǒng)采用了變頻器來達(dá)到無級(jí)調(diào)速改善對(duì)機(jī)械上的損害。又由于變頻器本身的功率因數(shù)又較高，并可根據(jù)供熱系統(tǒng)需要來隨時(shí)隨地改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。這樣就降低了所需的電量，節(jié)省了電能。對(duì)于水泵也如此，尤其循環(huán)水泵。作為向外網(wǎng)供熱并回收冷卻水的主力，老式也都是降壓起動(dòng)，全壓運(yùn)行。對(duì)于居民來說，并不是所有天氣都要求較高的室溫。而且對(duì)于逐年的暖冬及變化莫測(cè)的天氣來說，由變頻器來隨時(shí)調(diào)節(jié)流量來改變室溫，以適應(yīng)日益苛刻的居民對(duì)供暖的要求，實(shí)在是迫在眉睫。另外對(duì)于補(bǔ)水泵的變頻調(diào)節(jié)，又對(duì)鍋爐實(shí)現(xiàn)了較為準(zhǔn)確和安全的壓力控制。而對(duì)于爐排的變頻控制更是節(jié)省了大量的煤炭資源。例如：我公司在吉林地區(qū)某45噸鍋爐房內(nèi)3臺(tái)15噸供熱鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化改造后，當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門曾多次更換鍋爐房內(nèi)電表來確認(rèn)節(jié)電的準(zhǔn)確性。并最終計(jì)算得出，每個(gè)采暖期節(jié)省的電費(fèi)要占往年總電費(fèi)的25%~30%。從而被定為當(dāng)?shù)貥?biāo)桿暖房。
3 控制原理
該系統(tǒng)的控制算法為模糊控制及智能PID，分析如下
當(dāng)外部負(fù)荷變化時(shí)，出水溫度隨之變化，為了確保鍋爐出水水溫不隨供水量的變化而變化，調(diào)節(jié)爐排變頻器頻率輸出，控制鏈條的前進(jìn)速度，改變進(jìn)煤量，送風(fēng)量也隨之變化，從而使鍋爐出水水溫恢復(fù)到給定值。
爐膛負(fù)壓是表征送風(fēng)量是否平衡的一個(gè)物理量。當(dāng)出水溫度變化時(shí)，煤量、鼓風(fēng)量也隨之變化，同時(shí)引風(fēng)量也作相應(yīng)的調(diào)整，以維持爐膛負(fù)壓在額定值，從而保證工業(yè)鍋爐的安全運(yùn)行。為了確保鍋爐能在爐膛處于微負(fù)壓狀態(tài)下燃燒，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)變頻器頻率輸出，進(jìn)行爐膛負(fù)壓的控制。
鼓風(fēng)變頻轉(zhuǎn)速的控制非常重要。當(dāng)爐排轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，鼓風(fēng)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨之變化，以期達(dá)到最佳燃燒效果。鼓風(fēng)變頻轉(zhuǎn)速的控制通過固定風(fēng)煤比經(jīng)驗(yàn)公式加煙氣含氧量模糊較正來實(shí)現(xiàn)。
① 爐排和分層給煤機(jī)
爐排和給煤機(jī)控制著鍋爐進(jìn)煤量的變化，為雙爐排分層給煤機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用森島SD900系列3.7KW和2.2KW變頻器控制，正常運(yùn)行時(shí)同步調(diào)速，也可以單臺(tái)調(diào)試，控制方式采用本柜/現(xiàn)場/DCS三地控制，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)起/停和電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，并有起停指示，故障報(bào)警和急停裝置。同時(shí)可以通過變頻器反饋給DCS系統(tǒng)來監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。
② 鼓風(fēng)和引鳳機(jī)
鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)控制著鍋爐爐膛內(nèi)的壓力，引鳳量隨著故風(fēng)量的變化做相應(yīng)的調(diào)整，使鍋爐內(nèi)部始終保持在一定的壓力值，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中鼓風(fēng)機(jī)采用森島SD900-4T1850G,引風(fēng)機(jī)采用森島SD900-4T2800G的變頻器控制。故引風(fēng)機(jī)通過外部電路互鎖控制，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)三地控制，并且能通過DCS監(jiān)控到電機(jī)的工作狀況。
以引風(fēng)機(jī)為例下面是SD900-4T2800G變頻器的控制線路圖：
（5） 循環(huán)泵和補(bǔ)水泵
循環(huán)水泵采用森島SD900-4T1600G的變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，保持供回水壓差處于恒定，在DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)下，有壓力傳感器測(cè)得進(jìn)出空壓力值，計(jì)算進(jìn)出口壓差反饋，和設(shè)定值比較，使系統(tǒng)保持恒壓狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)變頻器具有電機(jī)軟啟、軟停的功能，因此也避免了“水錘”效應(yīng)對(duì)管網(wǎng)及設(shè)備產(chǎn)生的沖擊，保證了管網(wǎng)系統(tǒng)安全地運(yùn)行。
（6）綜述
本自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)過多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的補(bǔ)充、完善，以逐漸形成較為系統(tǒng)、可靠、可行的方案，在北方得到大力推廣。尤其以其優(yōu)良的節(jié)能效果，成為社會(huì)發(fā)展的日益趨勢(shì)。
