变频器在供热锅炉节能技术上的应用与研究

・５６・　铁路工程造价管理　２００８年７月　变频器在供热锅３Ｐ节能＇技术上的应用与研究　任怀平　，陈亦滔　（１．沈局房管所通化房管站，吉林通化１３４０００；　２．广铁集团长沙南北站迁建工程建设指挥部，湖南长沙４１０００１）　摘　要：根据风机与泵类轴功率与转速的立方成正比的特点，分析供热锅炉辅机泵与风机的流量、扬程（压　头）、功率与转速间的关系，阐述变频调速节能原理，并举例比较了水泵采用变频调速控制与阀门控　制所产生的效益情况。提出变流量运行时，泵与风机应采用变频技术，以降低成本，延长设备使用寿　命，提高经济效益。　关键词：水泵；风机；变频调速；节能　中图分类号：ＴＵ８３２．１　２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７—９８９０（２００８）０４—００５６—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｂｏｉｌｅｒｓ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｘｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ｂｅｉｎｇ　ｉｎ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｂｅ　ｏｆ　ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｂｌｏｗｅｒｓ　ａｎｄ　ｐｕｍｐｓ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｆｌｏｗ，ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｈｅａｄ　ｏｆ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｅｎｇｉｎｅ　ｐｕｎｌｐ　ａｎｄ　ｂｌｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｔｈｅｒｅｏｆ，ａｎｄ　ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ｉｓ　ｅｉｔｈｅｒ　ｒｅｇｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｖａｌｖｅ．Ｉｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ａｔ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｆｌｏｗ，ｔｈｅ　ｐｕｍｐ　ａｎｄ　ｂｌｏｗｅｒ　ｓｈｏｕｌｄ　ａｄｏｐｔ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｏ　ｃｕｔ　ｄｏｗｎ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ，ｌｅｎｇｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｅｃｏ・　ｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ；ｂｌｏｗｅｒ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ；ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　０　引言　随着国家和铁路系统内部改革步伐的加快，铁　路房产部门将逐步从铁路运输主业中分离出来，走　上自负赢亏的道路。从根本上降低成本是房产部门　发展的重要措施。　不会改变，电动机消耗的能量也并没有减少。锅炉这　样的运行方式不仅损失了能量，而且增大了设备损　耗，导致设备使用寿命缩短，维护、维修费用高。变频　调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速　或减速，实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精　度高，是电动机最理想的调速方式¨Ｊ。如果将水泵、　风机的非调速电动机改造为变频调速电动机，其耗电　量就能随负荷变化，从而节约大量电能。本文介绍的　就是变频调速在水泵、风机节能上的研究与应用。　在我国北方，锅炉是比较常见的用于集中供热设　备，冬季供暖所消耗的成本占整个企业生产成本的比　例很大，其中水泵风机所消耗的电能占整个锅炉消耗　电能的９５％以上。通常情况下，由于气温和负荷的　变化，需对锅炉燃烧情况进行调节，传统的调节方式　是，水泵采用调节阀门来控制流量，风机采用调节风　门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀　门、挡板的方式是，不论供热需求大小，水泵、风机都　要满负荷运转，拖动水泵、风机的电动机的轴功率并　１　变频调速的的技术特点　Ｊ　（１）变频调速是在频率发生变化后，电动机仍　在该频率的同步转速附近运行，转速损失不增加的　调速方式。所以变频调速是一种高效的调速方式。　（２）变频器的调速范围可达１％一１００％，并在整　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２３卷第４期　任怀平，等：变频器在供热锅炉节能技术上的应用与研究　・５７・　个调速范围内具有较高的调速效率。变频调速方式尤　２可以看出，流（风）量Ｑ　时，采用阀门（挡板）控制　其适合于调速范围宽、负荷经常变化运行的设备。　（３）选择最佳运转速度，可实现低速启动、平滑　调速。　（４）最高速度不受电源影响，电动机可以高速　化、小型化。　２水泵、风机的运行特性　（１）水泵（风机）的电动机轴功率Ｐ与流（风）　量Ｑ、扬程（风压）　之间的关系为　－４］：Ｐ。ｃＱＨ。　（２）水泵（风机）的负载属于平方转矩负载，转　矩　与转速ｎ的平方成正比：即Ｔｏｃｎ　。　（３）水泵（风机）电机轴功率Ｐ与转速的三次方　成正比：即Ｐ。Ｃｎ　。　（４）当流（风）量由Ｑ　变化到Ｑ：时，电动机的　转速由ｎ　变为ｎ：，Ｑ、Ｈ、Ｐ相对于转速的关系如下：　Ｑ２＝Ｑ１１１，２／ｎ】　１－１２＝Ｈ１（ｎ２／ｎ１）　Ｐ２＝Ｐ１（ｎ２／ｎ１）　３水泵、风机的节能原理　图１为水泵（风机）的Ｈ—Ｑ关系曲线。图１中，　曲线　：为水泵（风机）在给定转速下满负荷时，阀门　（挡板）全开运行时阻力特征曲线；曲线　为部分负　荷时，阀门（挡板）部分开启时的阻力特性曲线；曲　线Ｈ（ｎ　）和Ｈ（ｎ：）表示不同转速时的Ｑ＝　Ｈ）曲　线　图１水泵Ｉ风机）的Ｈ—Ｑ关系曲线　采用阀门（挡板）控制时，流（风）量从Ｑ：减小　到Ｑ　，阻力曲线从　：移到　，扬程（风压）从　移　到Ｈ　；采用调速控制时，Ｈ（ｎ：）移到Ｈ（ｎ　），流（风）　量从Ｑ：减小到Ｑ　，扬程（风压）从　移到　。　图２为水泵（风机）的Ｐ—Ｑ的关系曲线。由图　的功率为Ｐ　；采用变频调速控制的功率为Ｐ　。ＡＰ　＝Ｐ　一Ｐ　就是节省的功率。　图２水泵（风机）的Ｐ—Ｑ关系曲线　如果不计风机的效率卵，则采用阀门（挡板）时　的功率消耗在图中由面积ＯＨ　ＢＱ　所代表，而采用　调速控制时的功率消耗由面积ＯＨ　ＣＱ　所代表，后　者较前者面积相差为　Ｈ８ＢＣ，即采用调速控制流　（风）量比采用阀门（挡板）控制可节约能量。　４水泵、风机的节能计算和分析　通常转速ｎ与频率．厂成正比，若将电动机的运行　频率由原来的５０　Ｈｚ降至４０　Ｈｚ时，其实际转速则降　为额定转速的８０％，即ｎ　＝（４０／５０）ｎ　＝０．８　ｎ　。设　Ｋ为电动机过载数，则电动机的额定功率Ｐ　＝Ｋｎ　。　因此，电动机运行在４０　Ｈｚ时的实际功率Ｐ　＝Ｋｎ　＝　Ｋ（０．８　ｎ　）　＝０．５１２Ｋ　ｎ　＝０．５１２　Ｐ　节能率＝（额定功率一实际功率）／额定功率＝　（Ｐ　一Ｐ　）／Ｐ　＝（Ｐ　一０．５１２Ｐ　）／Ｐ　＝４８．８％　表１为各种转速下的电动机节能表。　表１　电动机节能率　％　实际转速／额定转速　实际功率／额定功率　节能率　５０　１２．５　８７．５　６０　２１．６　７８．４　７０　３４．３　６５．７　８０　５１．２　４８．４　９０　７２．９　２７．１　１ｏｏ　１ｏｏ　０　５　案例分析　通化东岭锅炉房在２００５年将所有电动机改为　变频调速，笔者对其中１台７５　ｋＷ循环水泵改为变　频调速前后的数据进行了实测对比（见表２）。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・５８・　铁路工程造价管理　２００８年７月　表２在定速和变速２种不同的情况下测出的数据　（２）保护功能可靠，消除了电动机因过载或单　相运行而烧坏的现象，延长了使用寿命。　电源　功率　电压　电流　频率　功率因数　流量／　水压　电机转速　／ｋＷ　，、　／Ａ　，Ｈｚ　５０　ｃｏｓ（ｂ　（ｍ３／ｈ）　／ＭＰａ　／（ｒ／ｍｉｎ）　０．９０８　２４０　０．４８　２　９２０　工频　６４．９　３８０　ｌ１０　变频　３６．７　３８０　６２　４０　０．９３３　２ｌ０　０．３６　２　４８３　（３）电动机实现软起动，起动电压电流降低，减　小了对电网的冲击。　（４）节能省电，燃煤效率提高。　根据表２的数据，一个采暖期按１６０天计算，工　业电费单价为０．８９￣／ｋＷｈ，１台水泵１年可节电　（６４．９—３６．７）×２４×１６０＝１０８　２８８　ｋＷｈ，节省电费　１０８　２８８×０．８９＝９．６万元，节能效果明显。而与其　因此，铁路房产部门应尽快将供暖设备中的电　配套的变频器和相应的控制设备一共投入９万元，　投资回收期仅为一个采暖期。改造后的变频调速系　统在这几年的运行当中，运行一直非常稳定，没有出　现任何异常问题。　动机改造为变频控制，节能降耗，为下一步走向市场　打好坚实的基础。　参考文献　［１］车长源．锅炉风机节能技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９９．　［２］吴民强．泵与风机节能技术问答［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　１９９８．　［３］周谟仁．流体力学泵与风机［Ｍ］，北京：中国建筑工业出版社，　ｌ９９４．　６　结束语　通过上述分析和实际应用，锅炉水泵、风机采用　变频调速后具有以下优点。　［４］郭立君．泵与风机［Ｍ］，北京：中国电力出版社，１９８６．　［５］赵斌，莫桂强．变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用［Ｊ］，广　西电力，２００３（３）：４０—４２．　（１）水泵、风机的电动机工作电流下降，温升明　显下降，同时减少了机械磨损，维修工作量大大减　少　，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，收稿日期：２００８—０４—０１　审稿人：李鸿兴　，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，　（上接第４６页）　６００　ｔ吊车单车吊住新钢混梁并可调整工作半　径至１２　ｉｎ，起升吊钩至新梁底超过桥墩顶面５００　ｍｍ　求。每条支腿下应严格按要求支垫承载板或道木。　若支腿位于水沟、暗渠或其他地下隐蔽工程上方，则　应铺设钢板进行保护。　后停止起升，在保持工作半径不大于１２　ｉｎ的情况下　向桥孔方向行走（行走距离约８．１　ｉｎ），在行走过程　（４）吊车站位后应确保在吊车回转范围内没有　与吊车相碰或影响吊装的设备、架空电线、构筑物　中吊车需不断缓慢地逆时针回转调整主臂方位，至　桥墩上方后将设备缓缓下放，在安装人员和起重人　员的配合下进行新梁就位。新梁固定牢靠后拆除吊　装索具及胎具。　在吊装绳扣拆除时，　１１０钢丝绳及钢丝绳连接　等。多台吊车在同时使用时应统一信号，统一指挥。　吊装工作进行时严禁在吊车扒杆下站人或行走。　（５）五级风以上和雨、雪、雾、雷天气严禁吊装。　件不需拆除，将＋９０钢丝绳与连接件相连的绳弯曲　侧与连接件脱开，两个绳鼻分别挂在连接件上，用　３　结束语　丰沙大线永定河８号桥采用６００　ｔ履带吊架设　５０　ｔ吊车配合将绳弯曲侧放下即可。　２．４吊装注意事项　（１）工件吊装中应严格按吊装方案选用、绑扎　４０　ｉｎ钢混结合梁，安全、正点地完成了换梁施工任　绳扣。高空构件吊装应设置溜绳。对选用的吊装卡　务。该工程方案的成功使用对在山区既有铁路线更　换高桥墩、大跨度及大吨位桥梁施工具有指导意义。　参考文献　［１］ＳＨ／Ｔ３５１５—２００３，大型设备吊装工程施工工艺标准［ｓ］．　［２］ＧＢ６０６７—８５，起重机械安全规程［ｓ］．　具与吊装绳扣应在每天使用前认真检查，确保机具　的完好率，保证施工地顺利进行。　（２）吊装前应认真核查设备的质量。　（３）对６００　ｔ履带吊站位处的地基处理应进行　认真勘察、加固、复核，保证加固后的承载力满足要　收稿日期：２００８—０５—２８　审稿人：刘柏刚