【文章內(nèi)容簡介】 。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1,，管路阻力為R1時，輸送的總流量Q1，由點1決定，此時風(fēng)機(jī)的輸出的壓力為H1，所需的軸功率: （）若所需流量為Q2，在管路阻力不變的情況下，實際所需的壓力為H3，比H1下降，但如果此時的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速沒有改變，那么風(fēng)機(jī)的輸出壓力不但不能從H1降到H3，反而要增加到H2，而這個壓頭差值通常就是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門來實現(xiàn)，從而增加了管道阻力，使管道特性系數(shù)變?yōu)镽2來實現(xiàn)的，此時的損耗為: ()如果此時不采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法而是將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)低為n2，使風(fēng)機(jī)的輸出特性變?yōu)镠 (n2)，那么隨著風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量的減少，在輸送同樣的風(fēng)量Q2的情況下，原來消耗在風(fēng)門上的功率NS就可以完全可以避免了，這樣既滿足了生產(chǎn)的需要，又達(dá)到了節(jié)能的目的。從下表的幾種選擇可以看出，變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)能最顯著，擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量耗能最嚴(yán)重。 調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板、變頻調(diào)速的耗能分析表風(fēng)量（%）軸功率kw(標(biāo)牌)出口擋板（kw）入口擋板（kw）變頻、串級（kw）電機(jī)輸入總損失電機(jī)輸入總損失電機(jī)輸入總損失1001908070605030流量的調(diào)速方法很多，常用的有變極調(diào)速、二次電阻控制調(diào)速、變頻調(diào)速(V VVF)等，這些控制方法各具特點。當(dāng)流量調(diào)節(jié)在90%以上時，各種調(diào)速方法的效率差不多，也可不采用調(diào)速裝置。若流量調(diào)節(jié)在60%以下時，變頻和變極調(diào)速效率較高，其它方法不太適宜。在變頻、變極、串級三種高效調(diào)速方法中，由于后兩種調(diào)速方式要改變原有電極的定子繞組極對數(shù)和原有基礎(chǔ)位置等，不如變頻調(diào)速方法容易采用，因此變頻調(diào)速的方法目前應(yīng)用較廣。調(diào)速可以節(jié)能，但節(jié)能的多少，需視調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行工況、運(yùn)行時間(調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)流量的時間比)、流量調(diào)節(jié)范圍的大小而定。在運(yùn)行中，由于流量減少，電動機(jī)和調(diào)速裝置的效率也有所下降，但電能的節(jié)約量卻在增加。風(fēng)機(jī) 、 水泵調(diào)速節(jié)能效果大小，主要以節(jié)能率(即節(jié)能功率與額定功率之比)來反映。需要注意的是，上述離心機(jī)械設(shè)備的工作特性，雖然都遵守比例定律，但在工程實際中，風(fēng)機(jī)和水泵卻存在明顯的不同之處。對于風(fēng)機(jī)，在絕大多數(shù)情況下，其運(yùn)行時的基本特性接近理論值。而對于水泵，由于實際工況的存在，在同樣流量變化時，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果要低于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果。調(diào)頻變壓調(diào)速器是一種現(xiàn)代高技術(shù)節(jié)能裝置，即所謂VVVF，常稱變頻調(diào)速器。將其應(yīng)用到暖通空調(diào)制冷行業(yè)，能達(dá)到明顯的節(jié)能效果，被稱為80年代暖通制冷空調(diào)的兩大突破之一。變頻調(diào)速比其它調(diào)速方法具有高效性，它能實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速比一般可達(dá)20:1，調(diào)速起動能耗小、壽命長、可靠性高、維修方便、占地面積小、無噪聲、性價比高、一機(jī)多控、節(jié)能效率高、收回投資快等特點。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識和接受，隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它必將得到更加廣泛的應(yīng)用，也必將為認(rèn)識和接受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2. 供熱系統(tǒng)的計算依據(jù)(1)初調(diào)節(jié)依據(jù)根據(jù)流體力學(xué)和工程熱力學(xué)基本理論，供暖系統(tǒng)的熱量、流量和作用壓力的關(guān)系為: mH20 () w ()式中:用戶系統(tǒng)的作用壓頭，mH20。V用戶的熱水流量，m3/h。S用戶的阻力特性系數(shù)，h2/m5Q用戶的供熱量，w循環(huán)水的密度，kg/m3CP水的比熱，J/kg . ℃供回水溫差，℃。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱力穩(wěn)定后，記錄下各用戶供回水溫差和壓力差及熱源總供回水溫差，然后順序調(diào)節(jié)，應(yīng)使熱用戶調(diào)節(jié)后的供回水壓力差為： mH2O ()式中:調(diào)節(jié)前熱用戶記錄的供回水壓力差,mH2O調(diào)節(jié)前熱用戶記錄的總供回水溫差，℃調(diào)節(jié)前熱源記錄的總供回水溫差，℃a修正系數(shù)。當(dāng)用戶的供回水溫差大于熱源總供回水溫差時，a=，偏差大時取較大值，偏差小時取較小值。當(dāng)用戶的供回水溫差小于熱源總供回水溫差時，a=，偏差大時取較小值，偏差小時取較大值。初調(diào)后，待系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，再進(jìn)行讀數(shù)記錄、計算和調(diào)節(jié)，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到滿足要求為止。(2)運(yùn)行調(diào)節(jié)參數(shù)的計算供暖系統(tǒng)對建筑物供熱，既要保證在設(shè)計條件下(最不利情況)室溫符合要求，同時允許在一定的范圍內(nèi)波動。因此不僅要有正確的設(shè)計，而且要對系統(tǒng)進(jìn)行正確的運(yùn)行調(diào)節(jié)。但是目前大部分供暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負(fù)荷值大于需要值，選用的散熱器面積隨之增大，造成系統(tǒng)的供回水溫度達(dá)不到設(shè)計值，相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)值也不符合理論計算值。因此，在確定運(yùn)行參數(shù)時，要考慮散熱器的相對面積及系統(tǒng)的相對流量值。如采用質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，供回水溫度計算公式為: ℃ () ℃ ()式中: 室內(nèi)溫度，℃；散熱器的設(shè)計平均計算溫差，℃；用戶的設(shè)計供水溫差，℃；相對熱量，；相對況量，散熱器相對面積。B散熱器傳熱系數(shù)指數(shù)。（3）累計熱量計算根據(jù)熱力學(xué)基本原理，在某一時間內(nèi)，鍋爐的總供熱量為: （）式中:t 累計時間，S。tg，th鍋爐總供回水溫度，℃。其它符號同前。比熱CP和密度是溫度的函數(shù)，所以只要知道各時刻的流量和供回水溫差，即可求出某時間內(nèi)的熱量。供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我庹{(diào)節(jié)量時，也會影響到其他被調(diào)量。鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是是燃料燃燒所提供熱量適應(yīng)符合的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點：（1）穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量（負(fù)荷）的變化相關(guān)，以出水溫度為信號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致。同時測量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過低則適當(dāng)加大給煤量，反之則適當(dāng)減少給煤量；若爐膛溫度過高則適當(dāng)減少給煤量，反之則適當(dāng)加大給煤量。（2）保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。對于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和給煤量的比例，時好美兩盒鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時根據(jù)出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制，然后通過測定煙氣含氧量，運(yùn)用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒。（3）調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量和鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安全。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量過大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對引風(fēng)量進(jìn)行前饋控制。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測定爐膛負(fù)壓，運(yùn)行PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。鍋爐的工況如下:(1)完全手動控制方式，水位控制、給煤量的多少(即爐排轉(zhuǎn)速)、鼓風(fēng)量的多少(即鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速)和引風(fēng)量的多少都是操作工憑借經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣的控制方式造成操作工勞動強(qiáng)度大且增加了系統(tǒng)的不可靠性。(2)控制設(shè)備落后，通過擋風(fēng)板對鼓風(fēng)量和引風(fēng)量進(jìn)行控制，大量的能源浪費在擋風(fēng)板上，能源浪費嚴(yán)重。同時電機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，只能通過啟停改變輸入，難以進(jìn)行有效控制，而且電機(jī)損耗嚴(yán)重。(3)控制效果差，鍋爐長期工作在大鼓風(fēng)大引風(fēng)狀態(tài)下，熱量損失嚴(yán)重、鍋爐熱效率低。通過調(diào)查，我們可以看出該營區(qū)鍋爐的整套控制系統(tǒng)是很落后的，這直接帶來了控制效果差、鍋爐熱效率低、能耗大環(huán)境污染比較嚴(yán)重等諸多問題。故需要設(shè)計新的控制系統(tǒng)以達(dá)到降低能耗，改善環(huán)境污染，減小操作人員的勞動強(qiáng)度和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。根據(jù)鍋爐供暖系統(tǒng)的工作特點，控制系統(tǒng)的基本控制任務(wù)和控制要求包括:燃燒控制(爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送煤控制):給水控制(供水壓力、供水溫度、供水流量等)。以及對各設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測，以便進(jìn)行顯示、報警、工況計算以及制表打印等。鍋爐是高壓運(yùn)行設(shè)備，保證安全性極其重要。在用戶供暖需要的情況下，S7300 PLC控制給水閥、輸煤量、鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，使保持鍋爐的出水溫度穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，煙氣穩(wěn)定，使燃料能量最充分地燃燒，以取得最大的熱效率。最優(yōu)燃燒控制則關(guān)系到鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。利用S7300 PLC對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行控制的整體結(jié)構(gòu)圖如圖33所示：圖33 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在鍋爐房供暖系統(tǒng)中，主要是對系統(tǒng)的總供回水溫度、循環(huán)水量、室內(nèi)外溫度、瞬時熱量和累計熱量等重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。這些參數(shù)可以反映供暖系統(tǒng)溫度、流量隨室外溫度變化的規(guī)律，它的準(zhǔn)確程度直接影響到方案的準(zhǔn)確性。圖34為鍋爐房供暖系統(tǒng)監(jiān)測示意圖。圖34鍋爐供暖檢測示意圖鍋爐計算機(jī)自動化控制系統(tǒng)，就是利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程自動化的系統(tǒng)。它的組成應(yīng)包括兩個部分，即控制器部分和鍋爐生產(chǎn)設(shè)備部分。其中控制器部分為系統(tǒng)的控制核心，它通過智能儀表對鍋爐的現(xiàn)場工況〔出回水溫度、爐膛溫度等)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣檢測，并通過總線將信號傳送至可編程序處理器(PLC)上，PLC按照事先編好的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，最后輸出控制信號控制鍋爐生產(chǎn)過程，同時還可實現(xiàn)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)也可通過接入總線實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制。鍋爐生產(chǎn)過程由鍋爐本體和爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及其變頻器等輔機(jī)組成，輔機(jī)的運(yùn)行就由PLC控制，從而實現(xiàn)對鍋爐生產(chǎn)過程的設(shè)計。鍋爐上位機(jī)變頻自動控制系統(tǒng)中，上位機(jī)及上位機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)軟件實現(xiàn)人機(jī)交換功能，操作人員可以通過組態(tài)軟件監(jiān)視鍋爐的運(yùn)行過程，同時也可以通過上位機(jī)，通過組態(tài)軟件對鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行干預(yù)控制。鍋爐生產(chǎn)過程部分是鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行場所，它由鍋爐本體及其輔機(jī)組成。鍋爐輔機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、上煤機(jī)和除渣機(jī)等設(shè)備。本設(shè)計中所用模糊自整定PID控制算法，通過對西門子公司的S7300PLC處理器編程來實現(xiàn)，采集誤差信號和誤差變化量信號，將其模糊化到語言變量的論域，采用離線計算的方法將模糊規(guī)則制成模糊查詢表，通過在線方式查詢模糊控制量輸出，最后將PID參數(shù)校正量與基準(zhǔn)量相加，獲得PID參數(shù)的即時值，最后進(jìn)行PID運(yùn)算計算得到控制對象執(zhí)行器。本設(shè)計綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場條件，確定采用PLC加上位機(jī)監(jiān)控工作方式同操作臺手動操作切換方式，其中PLC加上位機(jī)工作方式可用于自動狀態(tài)，操作臺工作方式用于人工調(diào)試或緊急情況下使用。兩種方式間可自由切換，且處于操作臺工作方式時，PLC及上位機(jī)仍采集現(xiàn)場信號，但輸出不對現(xiàn)場作用。本設(shè)計主要設(shè)計PLC加上位機(jī)的控制方式。在整個系統(tǒng)運(yùn)行時，上位機(jī)完成參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控，PLC負(fù)責(zé)實時控制程序的運(yùn)行。系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成:水位控制子系統(tǒng)、出回水壓力控制子系統(tǒng)、最優(yōu)風(fēng)煤比控制子系統(tǒng)和負(fù)壓控制子系統(tǒng)。根據(jù)工程實際情況本系統(tǒng)對鍋爐進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)所采用主要部件如下:安裝有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計算機(jī)一臺，PLC控制器1套、壓力信號傳感變送器2個、液位信號傳感變送器2個、溫度信號傳感變送器2個、回水流量傳感變送器2個、給水流量傳感變送器2個、變頻器4臺和其它附件。器件類型選擇型號備注PLCS7300可通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展PLC CPUCPU315可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至35點模擬量I/OPLC擴(kuò)展模塊SM321 SM322 SM331 SM332壓力信號傳感變送器PT100供電電壓 傳感器:10VDC(612VDC) 變送器:24VDC(9～36 V)液位信號傳感變送器PTP602420mA,05V,15V,010V溫度信號傳感變送器TG100VNB測量精度高。感器壽命極長?；厮髁總鞲凶兯推鱎LAVS24VDC，工作壓力：0—給水流量傳感變送器RLAVS24VDC，工作壓力：0—變頻器VLT5000丹麥的丹佛斯系列帶有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計算機(jī)將系統(tǒng)所用各控制設(shè)備及檢測儀表組態(tài)到一起，可實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的監(jiān)視操作，并可將運(yùn)行程序通過MPI網(wǎng)傳輸?shù)絇LC中，以實現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)的控制。PLC:本系統(tǒng)以SIEMENS公司的S7300系列PLC為主控制器，由現(xiàn)場智能傳感變送器對鍋爐的爐膛溫度、爐膛負(fù)壓給水壓力和回水壓力等現(xiàn)場信號進(jìn)行檢測并變送后通過I/O模塊送往PLC，其后PLC按照預(yù)訂程序處理并通過I/O模塊返回控制信號。變頻器:變頻器采用丹麥的丹佛斯系列變頻器的VLT5000，工作時變頻器根據(jù)PLC運(yùn)算得到的控制信號或操作臺轉(zhuǎn)速設(shè)定控制信號對給水泵、爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。其它附件包括1個操作臺，1個配電柜、2個控制柜等。圖35 控制系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)可以工作于手動方式和自動方式下。系統(tǒng)工作在手動方式下時，司爐工對系統(tǒng)進(jìn)行控制，司爐工根據(jù)操作臺上顯示儀表顯示的現(xiàn)場信號(爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓)，根據(jù)需要，分別調(diào)節(jié)操作臺面板上的給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)調(diào)速旋鈕，調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)相應(yīng)變頻器的輸出大小，而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，從而實現(xiàn)控制鍋爐運(yùn)行過程。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動方式下時，PLC作為核心控制器，根據(jù)查表控制算法對鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制(調(diào)節(jié)變頻器)，從而對鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制。操作臺采用儀表控制系統(tǒng)，必要時進(jìn)行兩種運(yùn)行方式的相互切換，以便在不同鍋爐控制需要間切換。控制系統(tǒng)中，由鍋爐變頻控制系統(tǒng)通過控制變頻器對給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)速。除了對變頻器的調(diào)節(jié)外，整個鍋爐控制系統(tǒng)還包括，鍋爐啟停控制部分、保護(hù)系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)(包括熄火報警等)及各閥門控制以及積灰處理分系統(tǒng)。這些系統(tǒng)也全都通過手動或自動方式控制、鍋爐運(yùn)行過程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護(hù)，啟停過程控制，正常的燃燒過程調(diào)節(jié)三