1 概述

供暖就是利用鍋爐將燃料的化學能轉化為熱能后供給用戶。在鍋爐的燃燒室中，燃燒釋放出來的熱量通過熱輻射和煙氣對流與水產(chǎn)生了熱交換，水被加熱成具有一定溫度和壓力的蒸汽或熱水。再將蒸汽或熱水送到各個用戶單位，達到供暖的目的。如圖1所示。

整個供暖行業(yè)的核心就是供暖中心(鍋爐房)，而根據(jù)鍋爐的類型不同，如燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、垃圾鍋爐、余熱鍋爐、電鍋爐等，變頻器的應用也不盡相同。這里就以中國北方廣泛應用的燃煤型鍋爐為例詳細說明變頻器在供暖行業(yè)中的節(jié)能應用。

近年來，國家大力提倡建設節(jié)能環(huán)保型社會，堅持走可持續(xù)發(fā)展的路線，更為重要的是變頻器在供暖行業(yè)中的應用帶來的巨大經(jīng)濟利益已經(jīng)逐漸被廣大同仁所認同。那么，變頻器到底在供暖行業(yè)中怎么應用，才能發(fā)揮其最大的效能，并且它的節(jié)能效果如何?本文以下部分，將就變頻器應用前后的差別，對比說明其優(yōu)劣性，同時詳細舉例說明變頻器的使用方法，并且也從理論上定量計算其節(jié)能效果。

2 變頻在供暖行業(yè)中的應用范圍

變頻技術在供暖行業(yè)中的應用，可以說是無處不在，大到鍋爐所用的幾百kW鼓引風機、循環(huán)水泵，小到幾百kW 的水系統(tǒng)所用的加藥泵、補水泵。如圖2、圖3、圖4 所示。

1)在供暖中心(鍋爐房)，應用變頻器的設備有：

(1)輸煤系統(tǒng)傳送帶于、粉煤機淤、翻車機;

(2)供水管路給水泵(蒸汽爐)余、一次循環(huán)水泵(熱水鍋爐)盂、補水泵榆;

(3)鍋爐鼓風機俞、引風機虞、爐排愚、除渣輿。

2)在換熱站中應用變頻器設備是二次循環(huán)水泵、補水泵逾。

3 應用事例及節(jié)能分析

3.1 鼓風機⑨、引風機⑤

3.1.1 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)上，鍋爐的鼓風機和引風機均為滿負荷定速運轉，通過調(diào)節(jié)風檔來控制鼓風量和引風量，以保持爐內(nèi)的微負壓，提高燃燒比。然而隨著風檔限制了空氣流量，風管壓力也隨之開始上升。在傳統(tǒng)設計中，通過進氣、排氣風檔改變管網(wǎng)特性以調(diào)節(jié)風量，在一定的程度上是節(jié)能了，但是增加了管網(wǎng)的設計余量成本，同時，整個管網(wǎng)的壓力有可能產(chǎn)生波動，甚至會產(chǎn)生最不希望見到的系統(tǒng)震蕩，這無形中也對管網(wǎng)的負壓能力提出嚴格要求。

3.1.2 自動變頻控制方式

如果采用變頻調(diào)速器，則可以減少復雜性，改進系統(tǒng)控制狀況，節(jié)約能源。變頻調(diào)速器不是人為地降低風檔的壓力來調(diào)節(jié)風量，而是通過改變鼓風機和引風機電機的速度直接控制風機的速度和流量，以得到所需要的準確空氣流量和壓力，從而使空氣滿足整個系統(tǒng)的需要。采用變頻調(diào)速器，可以輕而易舉地糾正規(guī)格過大的風機以及簡單易控的平衡系統(tǒng)。

現(xiàn)在由于從煤源及品質(zhì)無法進行定量的衡量，所以目前實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全自動化控制存在一定的難度，現(xiàn)在可行的控制方式為，引風機變頻器先啟動，鼓風機變頻器再啟動，由現(xiàn)場操作工人人為通過數(shù)字或模擬給定控制鼓、引風機的轉速，相對于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速免去了設備的維護及其費用。

3.1.3 預計節(jié)能效果

以90 kW 的引風機和37 kW 的鼓風機為例進行計算，傳統(tǒng)風閥控制一年費用為

90 kW伊5個月伊30天伊8 小時伊95%伊1 元/kW·h=102 600元

37 kW伊5個月伊30天伊8小時伊95%伊1 元/ kW·h=42 180元

其中，95%為采用風擋控制風量所節(jié)約的能源百分比。

變頻節(jié)能控制一年的費用為

90 kW伊5個月伊30天伊8小時伊51.2%伊1元/ kW·h=55 296元

37 kW伊5個月伊30天伊8小時伊51.2%伊1元/ kW·h=22732元

其中，51.2%為變頻器低速運行時所節(jié)約的能源百分比。

一年節(jié)省的費用為(102 600+42 180)-(55 296+22 732)=66 752元

3.2 傳送帶②、粉煤機①、爐排⑥、除渣⑦

3.2.1 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)控制方式下，傳送帶、粉煤機、爐排、除渣四部分獨立控制，完全由經(jīng)驗豐富的老師傅統(tǒng)一調(diào)配，傳送帶、粉煤機和除渣機均采用軟啟動或星角啟動方式，爐排采用滑差電機的控制方式，其結果是：

1)傳送帶走煤量無法精確控制，這樣就造成大量的煤堆積在粉煤機上加重其負荷，嚴重影響粉煤機的正常工作，或者上煤量不足嚴重影響煤層的均勻分布;

2)粉煤量無法精確控制，粉煤量完全依賴于傳送帶的送煤量，一旦出現(xiàn)異常，就只能調(diào)整爐排的轉速，而爐排又是通過滑差電機來驅(qū)動，根本無法實現(xiàn)均勻給煤，致使煤層厚度不均勻;

3)由于煤的質(zhì)量多少存在一些差別，固定的給煤量有時無法達到規(guī)定的燃燒比，這樣無形中就浪費了大量的能源，而且加大后續(xù)脫硫、降低排污量的工作。

3.2.2 自動變頻控制

如我國新疆地區(qū)某供暖中心，完全可以實現(xiàn)根據(jù)煤的品級和外界環(huán)境溫度等因素，自動計算傳送帶、粉煤機、爐排、除渣的運行轉速，全自動地完成上煤、粉煤、爐排、除渣等操作。針對我國大部分地區(qū)的實際情況，做到在正常供暖短時間人工設定四部分的運轉速度，完成半自動化的操作還是切實可行的，而且節(jié)能環(huán)保效果，都是可以預見的。由于此處不定因素過多，這里就節(jié)能潛力不作定量的計算。

3.3 補水泵④、給水泵⑧

3.3.1 傳統(tǒng)控制方式

傳統(tǒng)控制方式采用電接點壓力表，設置壓力上限和下限，當壓力低于下限啟動循環(huán)水泵，高于上限停止循環(huán)水泵，其缺點是：

1)補水泵頻繁啟動，造成系統(tǒng)壓力波動，起停瞬間產(chǎn)生嚴重的水錘效應，增大了系統(tǒng)的維護量，同時電機的頻繁起停也將嚴重縮短其使用壽命，如果設置不當，甚至有可能燒毀電機;

2)每次啟動電機都是滿負荷運行，耗費電能;

3)當系統(tǒng)壓力升高到極限值時，無法完成泄壓功能，只能通過安全閥泄壓。

3.3.2 自動變頻恒壓補水

補水泵的正常工作直接影響到鍋爐的安全與用戶管網(wǎng)的安全，根據(jù)工程設計經(jīng)驗以及實際工程運行狀況，使用丹佛斯品牌的VLT7000 系列的變頻器控制補水系統(tǒng)，通過安裝在回水管道上距循環(huán)水泵3-5 m的壓力傳感器，實時將壓力信號反饋給變頻器，通過變頻器內(nèi)部的PID 運算控制水泵的轉速維持恒定壓力，并且監(jiān)測管網(wǎng)壓力。一旦補水泵停止補水，由于熱脹效應使管網(wǎng)的壓力達到臨界上限值時，變頻將輸出信號，控制電磁閥動作完成超壓瀉水動作并報警。這樣，最終使得管網(wǎng)壓力維持在一個恒定的值上，不但保證了安全供暖，而且最大限度的節(jié)約了能源。

由于補水變頻的重要性，這里簡單說明一下變頻器的參數(shù)設置，如表1 所列。

3.4 二次循環(huán)水泵

3.4.1 傳統(tǒng)控制方式

換熱站內(nèi)的循環(huán)水泵何時開始換熱，什么時候停止換熱完全由專人控制，并且換熱站內(nèi)的部分循環(huán)水泵采用星角、軟啟動控制方式。

1)這樣只有縮時換熱才能保證正常供暖，如果循環(huán)水泵超時換熱，由于主管網(wǎng)的溫度下降，故超時部分不僅起不到換熱的目的，還浪費大量的電能，另外，循環(huán)水泵的啟動/停止及其運轉，完全沒有量化，這樣由于人為因素產(chǎn)生大量不必要的浪費是必然的。

2)由于起動循環(huán)水泵時是滿負荷運轉，并且電機總是以在極端的條件下滿足系統(tǒng)要求而設計的，所以實際使用中有很大余量，這樣無形之中又帶來了大量的浪費。

3)水泵滿負荷運轉，使得管網(wǎng)壓力升高，增加管網(wǎng)的維護費用，而且專人負責需要非常大的人工費用。

3.4.2 自動變頻控制方式

以一個換熱面積為30 萬m2，配兩臺55 kW循環(huán)水泵(二用一備)的中型換熱站為例。

1)在一次管網(wǎng)供水端(進入板式換熱器端)加裝溫度開關，設定溫度為35益，一旦溫度達到35益，自動控制循環(huán)水泵啟動，當溫度低于30益時，自動控制循環(huán)水泵停止。當然在循環(huán)水泵控制柜內(nèi)也得加裝響應控制組件，并且柜內(nèi)接線也要做相應的變動。

2)將星角、軟啟動器更換為具有自動能量優(yōu)化功能的變頻器，即使在變頻器達到50 Hz運行的情況下，仍可以根據(jù)負載的變化自動調(diào)節(jié)能量輸出。將星角、軟啟動器更換為滿足電網(wǎng)諧波污染、電磁輻射相關標準的變頻器，預防諧波污染同電網(wǎng)下的其它電器，預防變頻器產(chǎn)生的電磁波干擾儀器儀表正常工作，為以后的智能升級做準備，節(jié)省二次改造，二次投資。

3.4.3 預計節(jié)能效果

改造前一年費用為

55 kW伊5個月伊30天伊8小時伊2臺伊1元/kW·h+800 元伊5 個月= 136 000 元

改造后一年的用電量為

55 kW伊5 個月伊30 天伊(8-1)小時伊2 臺伊72.5%伊1 元/kW·h= 83 737.5元

其中，72.5%為變頻器低速運行時所節(jié)約的能源百分比。

一年將節(jié)省136 000-83 737.5=52 262.5元。

4 結語

變頻器在供暖行業(yè)中應用，控制方式優(yōu)良節(jié)能效果顯著。

所以隨著供暖行業(yè)中的工藝需要、節(jié)能需要和環(huán)保需要，使得變頻技術在供暖行業(yè)的應用會越來越普遍。