一種動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)電結(jié)合節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域，特別是涉及一種動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)變頻節(jié) 能系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國(guó)內(nèi)的大多數(shù)高耗能企業(yè)(如火力發(fā)電行業(yè)、化工行業(yè)、大型鋼鐵行業(yè)等）普 及使用動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，尤其以火力發(fā)電行業(yè)為主，新建或者在用火力發(fā)電燃煤機(jī)組 的鍋爐配套風(fēng)機(jī)系統(tǒng)大多數(shù)采用的是動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)(如動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)FAF系 列、SAF系列等)，其主要通過(guò)改變動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)葉可 調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量、風(fēng)壓的控制及改變以適應(yīng)火電燃煤機(jī)組發(fā)電負(fù)荷調(diào)整、變化的 需要。從目前國(guó)內(nèi)在役火電燃煤機(jī)組鍋爐配套動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況及火力 發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范兩個(gè)層面來(lái)看，一般在對(duì)鍋爐配套風(fēng)機(jī)容量進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，從發(fā)電機(jī)組 運(yùn)行的安全性考慮出發(fā)，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，需具備帶75%負(fù)荷運(yùn)行的能力，這樣一來(lái)，當(dāng)雙 側(cè)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，即便機(jī)組帶到額定負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)，其動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的設(shè) 計(jì)余量一般在20°/『30%左右(若遇當(dāng)?shù)孛嘿|(zhì)情況較差或其他原因?qū)?huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量 更大)，那么動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉安裝角的整體開(kāi)度一般處于在30°/『100%這個(gè)區(qū)間 內(nèi)，但是主要以集中在50%~60%范圍內(nèi)居多；由此可見(jiàn)鍋爐配套動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)并未 處于其風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)之初的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作點(diǎn)運(yùn)行。在用火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，由于電網(wǎng)負(fù) 荷的需要，火力發(fā)電機(jī)組往往是需要根據(jù)電網(wǎng)公司的要求機(jī)組實(shí)現(xiàn)調(diào)峰運(yùn)行，從動(dòng)葉可調(diào) 軸流式風(fēng)機(jī)的流量-壓力曲線及效率曲線上可以得出，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的效率將會(huì) 出現(xiàn)下降。機(jī)組負(fù)荷率經(jīng)常處于50°/『75%之間（甚至更低)，這樣使得絕大多數(shù)鍋爐配套軸 流式風(fēng)機(jī)更加偏離其設(shè)計(jì)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作點(diǎn)運(yùn)行。
[0003] 基于以上兩種情況，可以得出目前在大多數(shù)火力發(fā)電廠中，其配套的動(dòng)葉可調(diào)軸 流式風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式是不經(jīng)濟(jì)的，而且對(duì)其實(shí)施變頻改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是可行的，其潛在 的節(jié)電空間一般在20%甚至更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的節(jié) 能優(yōu)化控制方法，通過(guò)該方法可對(duì)現(xiàn)有動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的變頻改造進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的 節(jié)能診斷評(píng)估，并在后期風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，保證動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)行 區(qū)間內(nèi)始終處于最高或者較高效率點(diǎn)工作， 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案： 一種動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法，所述系統(tǒng)包括電源斷路 器、變頻器、電動(dòng)機(jī)、DCS系統(tǒng)以及動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，變頻器兩端分別與電源斷路器、電 動(dòng)機(jī)相連，電動(dòng)機(jī)與動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)相連，DCS系統(tǒng)分別與變頻器、動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng) 機(jī)相連，所述節(jié)能優(yōu)化控制方法的步驟依次包括： 所述系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)估計(jì)算方法，用于所述風(fēng)機(jī)在實(shí)施變頻改造前的節(jié)能評(píng)估，得到評(píng) 估結(jié)果及控制計(jì)算依據(jù)，其步驟如下： a) 采集不同負(fù)荷工作點(diǎn)下風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)以及獲取風(fēng)機(jī)廠家提供的風(fēng)機(jī)在工頻定 速運(yùn)行的不同動(dòng)葉安裝角開(kāi)度對(duì)應(yīng)的流量-壓力特性曲線及效率曲線圖； b) 根據(jù)采集的風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行在各個(gè)負(fù)荷工作點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)，確定風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速 運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度值及該開(kāi)度值所對(duì)應(yīng)的流量-壓力特性曲線； c) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的不同負(fù)荷工作點(diǎn)，在已確定的壓力-流量特性曲線上取若 干點(diǎn)，將這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值、流量值、及效率值作為風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng) 的初始數(shù)值；即通過(guò)步驟b)選取的動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值結(jié)合步驟a)中的曲線圖，確定該動(dòng)葉 安裝角開(kāi)度所對(duì)應(yīng)的流量-壓力特性曲線，將該曲線作為風(fēng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行在額定 轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力-流量特性曲線；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在該曲線上選取若干點(diǎn)，并標(biāo)注及 記錄這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量值、壓力值以及效率值，且將這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量值、壓力值以及效 率值作為風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下的初始數(shù)據(jù)； d) 在0~額定轉(zhuǎn)速內(nèi)選取風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷工作點(diǎn)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值； e) 利用步驟c)得到的初始數(shù)值以及步驟d)得到的轉(zhuǎn)速值計(jì)算風(fēng)機(jī)在步驟b)確定的 動(dòng)葉安裝角開(kāi)度下，風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行下，不同轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的流量值、壓力值及得到對(duì) 應(yīng)的效率值；并利用曲線生成軟件或工具得到對(duì)應(yīng)的流量-壓力特性曲線及效率曲線圖； 所述曲線生成軟件或工具包括MATLAB、Excel、Abstract Curve等，且采用上述曲線生成軟 件或工具得到相關(guān)曲線屬于本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)； f) 比較風(fēng)機(jī)工頻實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷工作點(diǎn)和步驟e)得到的流量-壓力特性曲線及效率曲 線圖的關(guān)系，判斷風(fēng)機(jī)是否可實(shí)施變頻改造；如可實(shí)施改造，則計(jì)算出每個(gè)負(fù)荷工作點(diǎn)下風(fēng) 機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速值； 所述系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制方法，利用所述系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)估計(jì)算方法提供的評(píng)估結(jié)果及 控制計(jì)算依據(jù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)組合的設(shè)置和自動(dòng)切換，其步驟如下： g) 分別設(shè)置變頻器搜索頻率范圍區(qū)間、風(fēng)機(jī)動(dòng)葉安裝角開(kāi)度搜索范圍區(qū)間； h) 變頻器與DCS系統(tǒng)一起協(xié)調(diào)完成風(fēng)機(jī)在頻率及動(dòng)葉安裝角開(kāi)度設(shè)置區(qū)間內(nèi)，不同工 作負(fù)荷點(diǎn)下對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值及動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值搜索過(guò)程，變頻器自動(dòng)計(jì)算及存儲(chǔ)多組 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值及動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值組合； i) 根據(jù)計(jì)算及存儲(chǔ)的多組風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值及動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值組合，DCS系統(tǒng)和變頻器根 據(jù)用戶負(fù)荷指令自動(dòng)選擇最優(yōu)動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值組合，當(dāng)負(fù)荷指令發(fā)生變化 后，動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值組合自動(dòng)進(jìn)行切換。
[0005] 所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括流量、壓力、效率、介質(zhì)密度、介質(zhì)溫度、發(fā)電負(fù)荷、運(yùn)行電 壓及運(yùn)行電流。
[0006] 進(jìn)一步的，所述步驟b) 即：根據(jù)采集的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)將不同負(fù)荷的流量值和壓力 值所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷工作點(diǎn)標(biāo)注在步驟a)獲取的曲線圖中，根據(jù)實(shí)際最大運(yùn)行負(fù)荷的流量值和 壓力值確定所對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度值，以及在該動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值所對(duì)應(yīng)的最大流量 值，選取大于或等于該動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度值作為所述風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)的動(dòng)葉安裝角 開(kāi)度值；并通過(guò)選取的動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值結(jié)合步驟a)獲取的曲線圖，確定該動(dòng)葉安裝角開(kāi) 度所對(duì)應(yīng)的流量-壓力特性曲線。
[0007] 進(jìn)一步的，所述步驟d)中轉(zhuǎn)速值的選取方式為：以該風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為初始轉(zhuǎn) 速，對(duì)該額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行A等分，分別計(jì)算出各個(gè)轉(zhuǎn)速的數(shù)值：
其中，為對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，n 為對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速值，A為等分值，A值 的取值取決于風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷的個(gè)數(shù)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述步驟e)中，根據(jù)下式分別計(jì)算出A等分額定轉(zhuǎn)速下，不同轉(zhuǎn)速值對(duì) 應(yīng)的輸出的流量值、壓力值，
其中 :額定轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的流量， H額定:額定轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的壓力， :額定轉(zhuǎn)速， i...h :對(duì)應(yīng)的該轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的流量值， %* :對(duì)應(yīng)的該轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的壓力值， n_ 對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值。
[0009] 進(jìn)一步的，步驟f)即：將步驟b)獲取的當(dāng)風(fēng)機(jī)在工頻定速運(yùn)行時(shí)，不同負(fù)荷工作 點(diǎn)的風(fēng)機(jī)流量值和壓力值，標(biāo)注在通過(guò)步驟e)所獲得的曲線圖中，當(dāng)不同負(fù)荷工作點(diǎn)落在 步驟e)所獲得的曲線圖內(nèi)部，則說(shuō)明找到了合適的所述風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度值及風(fēng)機(jī) 的運(yùn)行轉(zhuǎn)速值，若沒(méi)有落在步驟e)所獲得的曲線圖內(nèi)部，則重復(fù)步驟a)_f)，直至找到合適 的所述風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉安裝角的開(kāi)度值及風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速值； 從上述變頻調(diào)速運(yùn)行下的壓力-流量特性曲線及效率曲線中讀出不同負(fù)荷工作點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的流量值和壓力值，所述不同負(fù)荷工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值分別由下式計(jì)算： Nb=(Na*Qb)/Qa Nb為變頻調(diào)速下不同負(fù)荷工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值， Na為變頻調(diào)速不同負(fù)荷工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速， Qb為變頻調(diào)速下不同負(fù)荷工作點(diǎn)的流量值， Qa為變頻調(diào)速不同負(fù)荷工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的額定流量。
[0010] 進(jìn)一步的，所述步驟g)即：將步驟f)所述風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行在不同負(fù)荷工作點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的動(dòng)葉安裝角開(kāi)度值以及轉(zhuǎn)速值對(duì)應(yīng)的頻率值作為基準(zhǔn)值，分別以此基準(zhǔn)值在風(fēng)機(jī)動(dòng)葉 安裝角0-100%開(kāi)度范圍內(nèi)及〇-額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率范圍內(nèi)設(shè)置動(dòng)葉安裝角開(kāi)度