李 昕

(太原市熱力公司，太原 030012)

熱電集中供熱系統(tǒng)變頻節(jié)能改造分析

李 昕

(太原市熱力公司，太原 030012)

針對(duì)熱電集中供熱系統(tǒng)人工調(diào)節(jié)對(duì)電網(wǎng)沖擊大、耗能高的問題，提出對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造，介紹變頻器應(yīng)用于集中供熱中的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合某熱力站運(yùn)行管理實(shí)際情況，分析供熱系統(tǒng)變頻節(jié)能改造的實(shí)施和變頻器控制方式，說明改造后的節(jié)能降耗效果和注意事項(xiàng)。

變頻器；集中供熱；節(jié)能降耗 ；循環(huán)水泵

隨著社會(huì)的發(fā)展和企業(yè)價(jià)值觀的轉(zhuǎn)變，企業(yè)如何合理使用能源，提高資源的綜合利用率，節(jié)能降耗被提到一個(gè)全新的高度，得到越來越多的人推崇，成為了社會(huì)的主旋律和發(fā)展主題，更是企業(yè)的生存之本，因此，樹立一種“點(diǎn)點(diǎn)滴滴降成本，分分秒秒增效益”的節(jié)能意識(shí)，能使企業(yè)以最好的管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。

1 供暖系統(tǒng)變頻節(jié)能改造的提出

隨著供熱面積逐年遞增，太原市換熱站由過去的十幾座發(fā)展到現(xiàn)在的幾百座。供熱系統(tǒng)是通過電機(jī)帶動(dòng)定量循環(huán)水泵來提供循環(huán)水的動(dòng)力。循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵的運(yùn)行都是以工頻的形式運(yùn)行，循環(huán)水泵輸出流量無法隨著供暖負(fù)荷的變化而增減，始終保持恒定的流量。當(dāng)需要調(diào)節(jié)供熱負(fù)荷而調(diào)節(jié)流量時(shí)，通常采用節(jié)流調(diào)節(jié)，即手動(dòng)開關(guān)循環(huán)水泵出口閥門開度來調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式是循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速不變，開關(guān)閥門，人為改變熱網(wǎng)系統(tǒng)特性阻力曲線，從而改變水泵的流量及揚(yáng)程。由于溫度是個(gè)滯后參數(shù)，反饋周期長(zhǎng)，而且難以調(diào)節(jié)好，在閥門上易產(chǎn)生附加損失，造成節(jié)流損失，影響閥門的壽命，同時(shí)浪費(fèi)大量能源[1]。

原來熱網(wǎng)溫度和流量分別采用的是人工調(diào)節(jié)、傳統(tǒng)全壓?jiǎn)?dòng)及工頻運(yùn)行(一種速度下運(yùn)行)方式，這種方式不僅對(duì)電網(wǎng)沖擊大、耗能高，而且縮短機(jī)電設(shè)備壽命。鑒于這種情況，太原市熱力公司投入資金對(duì)舊控制模式進(jìn)行技術(shù)改造，增加變頻器拖動(dòng)和自動(dòng)化控制技術(shù)，并加入全網(wǎng)平衡軟件遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)頻率赫茲數(shù)，使分散性的各供熱系統(tǒng)成為一個(gè)整體，根據(jù)各自系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)供熱能源的按需分配，確保熱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 變頻器的優(yōu)點(diǎn)

在供暖循環(huán)系統(tǒng)中，使用變頻器拖動(dòng)循環(huán)水泵有以下優(yōu)點(diǎn)：一是采用艾默生EV2000系列變頻器實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)——軟啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流在零至額定電流之間，減少電網(wǎng)沖擊電流的電磁應(yīng)力和對(duì)設(shè)備的損害，延長(zhǎng)使用壽命，從而減少設(shè)備故障率，減少維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省人力、物力[2]；對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持供回水壓差處于恒定，在DCS自動(dòng)控制狀態(tài)下，由壓力傳感器測(cè)得進(jìn)出口壓力值，計(jì)算進(jìn)出口壓差作為反饋值和進(jìn)出口壓差設(shè)定值比較，使系統(tǒng)在進(jìn)出口壓差恒定狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行；可實(shí)現(xiàn)減速停車，從而消除水錘效應(yīng)對(duì)水泵、閥門及管道的沖擊，同時(shí)可免去開機(jī)前關(guān)閉出水閥， 開機(jī)后再打開出水閥這一頻繁操作。二是利用變頻器 PID 功能實(shí)現(xiàn)開環(huán)閉環(huán)控制，對(duì)供水壓力、回水溫度進(jìn)行恒壓恒溫調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)約熱量、電量的目的；使供暖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的經(jīng)濟(jì)、合理、平穩(wěn)使用，減少由于能源消耗造成的環(huán)境污染。三是在PLC控制器和遠(yuǎn)程上位軟件的配合下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程序控制，可視化界面操作。

3 供暖系統(tǒng)變頻改造分析

3.1 改造情況

某熱力站為2013年新建落成小區(qū)，只有1 棟30層高層建筑，樓內(nèi)采暖系統(tǒng)以地板輻射為主。小區(qū)建筑基本符合山西省建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]，入住率達(dá)到了95%以上，采暖方式采用熱力站分高、低區(qū)采暖系統(tǒng)分別供熱，高區(qū)采暖系統(tǒng)供熱面積為1.5萬m2，低區(qū)采暖系統(tǒng)供熱面積為1.035萬m2，總采暖供熱面積2.535萬m2。高、低區(qū)供熱機(jī)組均按照無人值守、定期巡檢運(yùn)行管理模式設(shè)計(jì)。該熱力站采用了4臺(tái)15 kW的循環(huán)水泵拖動(dòng)循環(huán)水系統(tǒng)，所有循環(huán)水泵的控制采用的是艾默生EV2000 15 kW的低壓交流變頻器。在“遠(yuǎn)程”控制狀態(tài)時(shí)，通過DCS控制系統(tǒng)采集管網(wǎng)壓力和溫度等信號(hào)，按照供熱需求給變頻器發(fā)出4～20 mA的控制指令，調(diào)整變頻頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)水泵輸出流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的；在“本地”控制狀態(tài)時(shí)，操作人員可以通過現(xiàn)場(chǎng)控制柜上的按鈕進(jìn)行啟動(dòng)/停止，加/減速控制，人為調(diào)整變頻的輸出頻率，控制循環(huán)水泵的輸出流量，調(diào)節(jié)供暖溫度。熱力站在采暖期運(yùn)行無故障情況下，保證24 h連續(xù)運(yùn)行，維持始端及末端用戶供熱穩(wěn)定。

3.2 變頻器控制方式

變頻器控制方式分頻率控制和流量控制2種，熱力站采用頻率控制，變頻器頻率按全天24 h分7個(gè)時(shí)段(即4：30-7：30，7：30-9：30，9：30-16：30，16：30-18：30，18：30-21：30，21：30-23：30，23：30-4：30)進(jìn)行浮動(dòng)控制，把循環(huán)水泵由“本地”狀態(tài)切換至“遠(yuǎn)程”狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)熱力站的供熱面積、二次網(wǎng)及庭院管網(wǎng)的長(zhǎng)度以及管網(wǎng)的耐壓程度確定基礎(chǔ)頻率和循環(huán)水泵變頻浮動(dòng)范圍。

4 改造效果及注意事項(xiàng)

4.1 改造效果

熱力站采暖系統(tǒng)在初寒期和末寒期根據(jù)室外氣候變化和用戶熱負(fù)荷變化情況，在保證供熱品質(zhì)前提下，調(diào)整循環(huán)水泵變頻頻率的浮動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)供熱參數(shù)與室外氣候變化之間的聯(lián)動(dòng)性，達(dá)到既節(jié)約燃料又保證供熱質(zhì)量的要求，這樣就使得循環(huán)水泵的負(fù)荷大部分時(shí)間運(yùn)行在最佳流量狀態(tài)?，F(xiàn)對(duì)2個(gè)采暖期12月份的水耗量、動(dòng)力電耗量進(jìn)行比較，分別見表1、表2。

表1 12月用水耗量 t

2013年2014年月耗量每百平米耗量月耗量每百平米耗量超+(節(jié)-)用量每百平米耗量超節(jié)155.930.615660.2603-89.93-0.3547

表2 12月動(dòng)力用電量 kWh

2013年2014年月耗量每百平米耗量月耗量每百平米耗量超+(節(jié)-)用量每百平米耗量超節(jié)7999.131.55510020.12-2899.1-11.43

改造后的系統(tǒng)，能夠根據(jù)室外溫度的變化，通過PLC控制器對(duì)變頻器實(shí)時(shí)適量的控制循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的輸出流量，滿足供熱負(fù)荷要求。這就使電動(dòng)機(jī)在供熱負(fù)荷變化過程中的能量消耗降到最小程度。應(yīng)用變頻器還能提高系統(tǒng)的功率因素，減少電動(dòng)機(jī)的無功功率，并提高供電設(shè)備效率和質(zhì)量。綜上所述，對(duì)原供暖換熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造節(jié)能效果顯著。

4.2 改造后運(yùn)行注意事項(xiàng)

初寒期，循環(huán)水泵由“本地”狀態(tài)切換至“遠(yuǎn)程”狀態(tài)后，該熱力站的2個(gè)區(qū)變頻器的頻率設(shè)定及反饋值均在“二次網(wǎng)循環(huán)水泵變頻調(diào)節(jié)”上位軟件中不可控。通過主機(jī)輸入數(shù)值后，發(fā)現(xiàn)該站變頻器輸出頻率無變化。實(shí)地查看后發(fā)現(xiàn)，低區(qū)的變頻器由于站內(nèi)夏季施工條件有限安裝完成未對(duì)設(shè)備運(yùn)行調(diào)試，變頻器參數(shù)設(shè)置與現(xiàn)場(chǎng)控制模式不符，導(dǎo)致循環(huán)水泵切換至“遠(yuǎn)程”控制狀態(tài)不可控。經(jīng)過對(duì)頻率給定曲線選擇F1.00=010，曲線基準(zhǔn)值F1.08=20，AO2端子輸出功能選擇F7.27=01,變頻器可控，但頻率的設(shè)定值與反饋值之間的偏差較大，則將AO1、AO2輸出增益F7.30/F7.31調(diào)整為95，偏差減小；高區(qū)變頻切換至遠(yuǎn)程狀態(tài)后無輸出頻率顯示，用萬能表測(cè)得電流輸入AI+/AI-兩端子間的電流值為12 mA，但電流反饋103(+)、104(-)兩端子間的電流值為0 mA。將接線盒打開，按照變頻器的接線圖校線后，發(fā)現(xiàn)隔離器模塊只有輸入，無輸出，更換新隔離模塊后，再次用萬用表測(cè)隔離模塊的輸入、輸出電流電流值均為12 mA，電流輸出值顯示正常。

5 結(jié)束語

自2013年該公司大力推進(jìn)利用變頻器和自控技術(shù)調(diào)節(jié)整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)后，各熱力站循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵按要求啟停平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，實(shí)現(xiàn)了出水溫度的自動(dòng)控制；各個(gè)測(cè)控儀表信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性好；節(jié)省了熱力、電力、人力、物力等資源，運(yùn)行噪聲低，實(shí)現(xiàn)了大量熱力站的無人值守，降低了運(yùn)行成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的，保證了整個(gè)采暖系統(tǒng)運(yùn)行的合理性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

[1] 李 建，劉正瑞.淺談變頻器在供暖設(shè)備中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代企業(yè)文化，2010(20):136.

[2] 張雙詞.變頻器在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[A].北京機(jī)械工程學(xué)會(huì).首屆七省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)科技論壇論文集[C],北京：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，2005.301-305.

[3] GB 50178-1993，建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)[S].

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Saving Energy Analysis of Frequency Converter in Central Heating System

Li Xin

(Taiyuan Thermotics Inc,Taiyuan 030012，China)

For thermoelectric central heating system of artificial adjusting big impact to power grid,the problem of high energy,raised variable frequency energy saving reconstruction of heating system,this paper introduces the principle and advantages of frequency converter used in central heating,in combination with the practical situation of a thermal station operation management,the implementation of the heating system energy saving reconstruction and inverter control mode,the energy saving effect after use frequency converter and the matters needing attention.

frequency converter;central heating;saving energy and reducing consumption;circulating pump

2016-05-05

李 昕(1984-)，女，工程師，主要從事自控設(shè)備調(diào)試、日常維護(hù)管理工作。

TM621.73

B

1001-9898(2016)06-0054-03