一種蒸汽鍋爐變頻給水控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鍋爐給水控制方法，特別涉及一種蒸汽鍋爐的變頻給水控制方 法，屬于鍋爐控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前蒸汽鍋爐給水控制方式較為普遍的是采用工頻給水泵配電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制給 水大小，也有采用變頻器調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制給水量，但水泵轉(zhuǎn)速與產(chǎn)生的水量不是 線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，造成調(diào)節(jié)穩(wěn)定性差，因此需要對(duì)變頻給水控制方法進(jìn)行改進(jìn)。首先對(duì)以上兩 種工作方法進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明，常見的給水系統(tǒng)框圖如附圖2所示，整個(gè)控制核心是閉環(huán)式 PID控制器對(duì)變頻頻率或調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)整，從而改變給水量的大小，工作過(guò)程中PID控 制器通過(guò)對(duì)比水位的"給定值"與"過(guò)程值"來(lái)計(jì)算PID輸出的大小，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐給 水的目的。以下是這種兩種給水方式的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)： 1、電動(dòng)閥調(diào)節(jié)給水量： a) 給水泵電機(jī)始終處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，流量越小水泵電機(jī)的效率越低，不符合節(jié)能的 需求； b) 鍋爐壓力變化時(shí)，調(diào)節(jié)閥相同開度的情況下鍋爐壓力越低流量越大，而太大流量會(huì) 影響鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性，因此鍋爐使用壓力越低，可調(diào)節(jié)范圍越小、電機(jī)的效率越低，穩(wěn)定性 也隨著壓力降低而變差。
[0003] 2、變頻器調(diào)節(jié)給水量： a) 水泵不同轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生不同的壓力，只有水泵產(chǎn)生壓力超過(guò)鍋爐壓力時(shí)才能產(chǎn)生流 量，因此在低頻率段調(diào)節(jié)變頻是無(wú)效調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生流量，且鍋爐工作額定設(shè)計(jì)壓力下時(shí)最 為嚴(yán)重，隨著鍋爐工作壓力降低，無(wú)效調(diào)節(jié)的區(qū)間也會(huì)變??； b) 當(dāng)鍋爐壓力設(shè)定在較低壓力且水泵不變的情況下，不能產(chǎn)生流量的區(qū)間隨著壓力降 低而變小，但變頻高頻率時(shí)產(chǎn)生壓力遠(yuǎn)大于鍋爐壓力，會(huì)引起流量劇增而嚴(yán)重影響鍋爐內(nèi) 的水氣平衡，導(dǎo)致鍋爐壓力及水位產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)，使鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性變差； c) 因給水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速的三次方與功耗存在倍率關(guān)系，所以變頻器使轉(zhuǎn)速下調(diào)后的節(jié) 能效果非常明顯。變頻節(jié)能原理應(yīng)用已很普遍，此處不再熬述。
[0004] 總結(jié)來(lái)看目前的鍋爐給水方式的結(jié)果如下：a) 使用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)效果相對(duì)較好， 但能耗比高，且鍋爐工作壓力低時(shí)可調(diào)節(jié)范圍會(huì)變小，現(xiàn)在已逐漸被變頻器調(diào)節(jié)給水方式 替代；b)使用變頻器調(diào)節(jié)給水可以起到很好的節(jié)能效果，但有效調(diào)節(jié)區(qū)間較小，且鍋爐壓 力變化時(shí)也會(huì)使調(diào)節(jié)區(qū)間變化，導(dǎo)致變頻有效調(diào)節(jié)范圍不能確定，工作穩(wěn)定性差。
[0005] 在蒸汽鍋爐給水方式上，需要一種既能靈敏調(diào)節(jié)、又能保證鍋爐工況溫度的給水 控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的主要針對(duì)水泵變頻調(diào)節(jié)區(qū)間不確定、調(diào)節(jié)流量不準(zhǔn)確進(jìn)行改進(jìn)，改 善變頻給水系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種蒸汽鍋爐的變頻給水控 制方法，包括以下步驟： A :在鍋爐額定工作壓力以下從低到高劃分出若干個(gè)壓力點(diǎn)，最高壓力點(diǎn)為鍋爐額定工 作壓力； B :測(cè)定對(duì)應(yīng)于以上劃分的各壓力點(diǎn)的變頻給水最低頻率和變頻給水最高頻率，其中： 某壓力點(diǎn)的變頻給水最低頻率對(duì)應(yīng)的泵后出口水壓為該壓力；某壓力點(diǎn)變頻給水最高頻率 對(duì)應(yīng)的泵后出口水壓為該壓力加上ΡΔ 2，ΡΛ 2為水泵最高揚(yáng)程時(shí)對(duì)應(yīng)的出口水壓與鍋 爐額定壓力的壓力差； C :變頻給水時(shí)，測(cè)定當(dāng)前鍋爐的實(shí)際工作壓力，根據(jù)鍋爐的實(shí)際工作壓力找出對(duì)應(yīng)于 步驟B內(nèi)的變頻給水頻率工作區(qū)間，當(dāng)鍋爐的實(shí)際工作壓力與步驟B中的某個(gè)壓力點(diǎn)一樣 時(shí)，該壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的變頻給水最低頻率和變頻給水最高頻率即為實(shí)際的變頻工作區(qū)間， 當(dāng)鍋爐的實(shí)際工作壓力與不在步驟B中的壓力點(diǎn)上時(shí)，找出步驟B中與鍋爐的實(shí)際工作壓 力最接近的上下兩個(gè)壓力點(diǎn)，根據(jù)這兩個(gè)壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的變頻給水最低頻率和變頻給水最 高頻率按照線性方法計(jì)算出當(dāng)前鍋爐實(shí)際壓力下的變頻給水最低頻率和變頻給水最高頻 率，即為當(dāng)前鍋爐壓力下變頻給水的頻率區(qū)間； D :調(diào)節(jié)變頻給水設(shè)備的頻率處于步驟C所得到的變頻給水的頻率區(qū)間內(nèi)給鍋爐供水。 進(jìn)一步的，步驟A中從零開始從低到高劃分出若干個(gè)壓力點(diǎn)，各壓力點(diǎn)間隔相同，最大壓力 點(diǎn)為鍋爐的額定壓力，進(jìn)一步的，步驟A中的壓力點(diǎn)數(shù)不少于10個(gè)。
[0008] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：本發(fā)明在變頻給水時(shí)根據(jù)鍋爐的實(shí)際工作壓力，找 出該壓力下變頻供水設(shè)備的最低變頻給水頻率和最高變頻給水頻率的區(qū)間，調(diào)節(jié)實(shí)際變頻 給水頻率位于該頻率區(qū)間，由于實(shí)際頻率大于最低變頻給水頻率，所以變頻供水設(shè)備出口 的水壓大于鍋爐壓力，能夠形成有效供水，在實(shí)際頻率小于最高變頻給水頻率下供水，不會(huì) 對(duì)鍋爐的工況溫度性產(chǎn)生影響，經(jīng)多次、多臺(tái)不同型號(hào)和容量的鍋爐使用驗(yàn)證，本方法有效 調(diào)節(jié)區(qū)間大，供水穩(wěn)定，能耗低，能優(yōu)化鍋爐的供水方案。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本方法的控制框圖。
[0010] 圖2是傳統(tǒng)變頻給水控制的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為了更充分的解釋本發(fā)明的實(shí)施，提供本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例，這些實(shí)施實(shí)例僅僅是 對(duì)本發(fā)明的闡述，不限制本發(fā)明的范圍。
[0012] 一、控制原理： 實(shí)現(xiàn)鍋爐給水的自動(dòng)控制就要控制給水量，而且實(shí)際運(yùn)行使用時(shí)給水管道都是固定不 變的，因此本方法主要是通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)壓力差來(lái)控制給水流量。根據(jù)謝才公式推導(dǎo)出的 常用管道計(jì)算公式可以看出，在管道全部固定的情況下只要控制管道兩段的壓力差就可以 控制水流量，謝才公式如下： 流量：Q=CA V (RJ)= V [PAPgSL)] 式中：C :管道的謝才系數(shù)；L :管道長(zhǎng)度；P :管道兩端的壓力差；R :管道的水力半徑； P :液體密度；g:重力加速度；S :管道的摩阻。因管道固定不變，公式中的L、R、P、g、S也 就確定下來(lái)成為定值，如果管道兩段是變頻給水泵出口和鍋爐進(jìn)口，當(dāng)給水泵出口與鍋爐 進(jìn)水口之間的壓力差(下文用P△表示）恒定時(shí)，進(jìn)入鍋爐的水流量也就成為固定值。在 管道全開時(shí)測(cè)定兩端的壓差：給水泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)壓力-鍋爐額定壓力=ΡΛ1，此壓力差可 以產(chǎn)生滿足鍋爐最大輸出負(fù)荷的給水流量，當(dāng)在不同鍋爐壓力時(shí)控制給水泵轉(zhuǎn)速使當(dāng)前的 ΡΛ值與額定壓力下測(cè)定的ΡΛ 1值相同就可以得到相同的給水流量，以此來(lái)滿足鍋爐最大 的補(bǔ)水需求，對(duì)應(yīng)水泵調(diào)節(jié)的上限。而在壓力差PA=O時(shí)流量也等于零，但只要ΡΛ > O就 會(huì)產(chǎn)生流量，因此P Λ =0時(shí)是水泵有效調(diào)節(jié)范圍的最小值，也就是水泵調(diào)節(jié)的下限。以上推 論總結(jié)出鍋爐給水泵在不同鍋爐壓力下變頻調(diào)節(jié)區(qū)間對(duì)應(yīng)的出口壓力為：
式中： Pmin :變頻調(diào)節(jié)區(qū)間低限對(duì)應(yīng)的泵后最低出口壓力； Pmax :變頻調(diào)節(jié)區(qū)間商限對(duì)應(yīng)的栗后最商出口壓力； Pnow :鍋爐當(dāng)前壓力值； ΡΛ1 :鍋爐額定力下給水泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力與鍋爐額定壓力之間的差值； 得到給水泵的變頻調(diào)節(jié)區(qū)間對(duì)應(yīng)壓力后，下一步就是測(cè)定壓力對(duì)應(yīng)的變頻頻率，下面 對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明： 最低出口壓力Pmin對(duì)應(yīng)頻率：這個(gè)測(cè)定比較簡(jiǎn)單，就是控制泵可以生產(chǎn)的壓力。測(cè) 試時(shí)讓水泵處在滿水狀態(tài)、水泵后閥門關(guān)閉，通過(guò)變頻器控制水泵后壓力與鍋爐當(dāng)前壓力 "Pnow"相同，此時(shí)的變頻頻率就是"Pnow"下對(duì)應(yīng)的最低運(yùn)行頻率。最高出口壓力Pmax對(duì) 應(yīng)頻率：一般情況下管道比較平整，管道的壓力損失在不同管道長(zhǎng)度會(huì)有微量變化，且壓力 差P △很小，另外流量計(jì)算公式中的流量和兩個(gè)壓力都是變化量，因此調(diào)節(jié)控制的難度很 大，測(cè)定過(guò)于困難和繁瑣，不易實(shí)現(xiàn)，需要用其它方法對(duì)調(diào)節(jié)高限進(jìn)行測(cè)定。"P △ 1"在這個(gè) 系統(tǒng)下產(chǎn)生的流量是個(gè)固定量，說(shuō)明水泵此時(shí)所產(chǎn)生能量也是個(gè)固定值，而水泵參數(shù)中有 個(gè)重要參數(shù)"最高揚(yáng)程"，它可體現(xiàn)水泵工頻狀態(tài)