西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8使用手册

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一、           前言

 

锅炉节能降耗主要的控制指标在於煤耗及用电效率，传统方法多用风门档板、阀门和机械调速来控制鼓（引）风机、给水泵、循环泵的流量及炉排的运行速度，其设计上并未考虑节能目的，同时，工艺及生产任务的不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤（喷降）量，以达到率燃烧，传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度低，且易因操作不当而产生环境污染（烟囱冒黑烟）。

二、锅炉供水控制系统的改造

水泵的工作原理
由水泵的工作原理可知流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N三次方成正比，电机的转速N与电源频率F成正比，因此改变电源频率，可改变电动机即给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。

原设备工况
现锅炉给水泵是连续恒速运行的，且流量的控制是通过调节管路中调节阀和支路回流实现的，采用调节阀调节时，由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力上升，阀门两边的压差将增大，造成能量的浪费同时还易损害阀门和轴承的磨损；采用支路回流调节时，大量水的回流。

 

改造方案
给原系统加装惠邦AC32水泵、风机专用变频器，并保留原系统工频设备做备份，变频器故障输出继电器常开触点连延时继电器再连原工频主回路接触器，确保变频器故障情况下锅炉给水系统正常运行，同时控制室声、光报警，提示操作人员及时排除问题；变频器设下限频率，**锅炉给水量在安全值以上运行；

变频器工作状态
操作人员在控制室可根据汽包水位的变化实时对变频器进行频率调整，满足蒸发量和给水量的同时力求变频器运行在较佳经济状态。
现场实测：给水泵相对原调节筏控制节电率达24%，并且水泵磨损大大减少，延长设备使用寿命。

三、锅炉鼓(引)风控制系统的改造

原现场工况
锅炉的鼓（引）风机的风量随汽量变化而经常产生变化的，原现场采用阀门调节，锅炉的控制室到阀门的距离较远，操作不便还不易控制准确，风量调节过大，空气含氧量**标，浪费了热能；风量调节过小，煤渣残留碳份**标燃烧不尽又增加了煤耗；高速运行的风机产生的噪音对环境也产生较大的污染；由于长时间高速运行，风机轴承和电机温升都很高，设备的使用寿命降低。

变频器工作状况
安装惠邦AC32系列变频器后，操作人员在控制室根据用汽量的变化，随时调整鼓（引）风机的转速，减少了噪音对环境的污染（电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降），由于鼓引风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降。停机时间减少，节约了大量的维修费用。

节能效果
一般设计中风机、水泵设备额定的风量、通常都**过实际需要的风量、流量，且运行中风量、都是实时变化的，而目前，采用档板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
从流体力学原理知道，风机风量与转速及电机功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q－风量(流量)Ｈ－风压（扬程）P－轴功率n－转速
当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低，例如风量下降到80%，转速(n)也下降到80%时其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大，因此对风量、流量调节范围较大的风机水泵，采用变频调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。

四、炉排电机的变频改造

原现场工况
炉排电机因为比较小，许多厂家都忽略了对其的改造。炉排电机是控制煤在炉内的停留时间，其速度的快慢和煤的燃烧率息息相关。传统的调速方式是机械换档，精度低，煤燃烧后留碳份**标严重。
现场其炉排三级调速档已锈死，只有高速档可以运行，煤渣出来呈黑灰色且脚踩有硬感，明显没有燃烧完全。

变频改造效果
采用变频调速后情况大为改观，由于可实时调整，煤块燃烧充分，热效提高，煤渣出炉后呈灰白色，同时烟囱冒黑烟的现象也基本没有，煤耗降低10%左右。

综上：使用惠邦变频调速器取代风门、档板、阀门控制流量，并控制炉排后，其整体改造效果如下：
1、综合节电约35%，约9个月回收投资。
2、提高燃烧效率，节省用煤10%左右。
3、降低排烟浓度，避免冒黑烟的环境污染。
4、提高设备自动化程度，控制更方便

5、实现电机软起动，减小冲击电流
6、降低设备运行损耗，延长设备使用寿命。

水是经济发展和社会可持续发展的一个重要因素。随着城市规模的不断扩大和人口的增加，水环境污染成了一大难题。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展的主要原因之一。

“环境保护”是我国的基本国策，中国可持续发展的战略与对策制定的2000年治理目标，要求城市污水集中处理率达20%。目前，我国正处于城市污水处理事业的大发展时期，尤其随着国家西部大开发战略的实施，中国中西部环境与生态保护已被提上首要议事日程。

城市生活污水处理自200年前工业以来，越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种**技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工艺）等多种工艺，以达到不同的出水要求。我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚，目前城市污水处理率只有6.7%。在我们大力引起国外**技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展，尤其是当地实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。

结合我国实际情况，参考国外**技术和经验，建设城市污水处理厂应符合以下几个发展方向：

（1）总投资省。我国是一个发展中国家，经济发展所需资金非常庞大，因此严格控制总投资对国民经济大有益处。

（2）运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评判一套工艺优劣的主要指标之一。

（3）占地省。我国人口众多，人均土地资源较其紧缺。土地资源是我国许多城市发展和规划的一个重要因素。

（4）脱氮除磷效果。随着我国大面积水体环境的富营养化，污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的问题。我国较新实施的国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）也明确规定了适用于所有排污单位，非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准。这就意味着今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑脱氮除磷的问题。

（5）现代**技术与环保工程的有机结合。现代**技术，尤其是计算机技术和自控 系统设备的出现和完善,环保工程的发展提供了有力的支持。目前，国外发达国家的污水处理厂大都采用**的计算机管理和自控系统，**了污水处理厂的\常运行和稳定的合格出水，而我国在这方面还比较落后。计算机控制和管理也是我国城市污水处理厂发展的方向。

三、几种处理系统的工艺比较

为了选择出工艺上较可靠，投资上较经济，管理上较方便的城市污水处理系统，结合当地的实际情况，我们调研了国内外污水处理厂的成熟经验和发展趋势，并进行了比较。

目前，国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。一级处理是采用物理方法，主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺国内外都已成熟，差别不大。二级处理则是采用生化方法，主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性，溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前，这一处理工艺有多种方法，归结起来，有代表性的工艺主要有传统活性污泥、氧化沟、A/O或A2/O工艺、SBR及CCAS工艺等。目前，这几种代表工艺在国内外都有实际应用。　　 　　水处理厂较好的节电场合是曝气机的鼓风机（有些是采用搅拌机来曝气），节电率更高.

水处理厂的设备是全天候运转的，而且曝气机和潜水泵是污水处理的核心设备，需要用变频器对曝气机的鼓风机（罗茨风机）和潜水泵进行调速。 鼓风机变频控制：污水处理好氧部分溶解氧浓度对处理结果有很大影响，溶解氧浓度太低，污水不能达标；溶解浓度太高，不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标。鼓风机加变频器就是为了控制CASS池溶解氧的浓度稳定在恒定值.

考虑到实际应用中只可能一台是变频运转，另一台停止或工频运转，同时为了减少固定资产投资，设计了2台风机只用一台变频器控制，刚曝气时，一台风机变频运转，如果该风机运行到50HZ后，溶解氧浓度仍没达到设定值，该变风机自动投到工频(50HZ)继续运转，*二台风机自动投到变频运转，在PID自动控制下直到溶解氧浓度稳定在设定值。当溶解氧浓度大于设定值,且变频风机频率低于一定频率,工频风机自动切断,只有变频风机运转 。

3.1变频调控原理与特性

随着科技的不断发展，交流电机调速技术被广泛采用。通过新一代全控型电子元件，用变频器改变交流电机的转速方式来进行风机流量的控制，可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。

3.2变频调节的节能原理：

图2中曲线1和2表示调速时的压力-流量曲线，曲线3和4表示节流调节时管路阻力特性曲线，曲线5表示恒速时功率-流量曲线，设A点为风机较大工况点。当风量需从Q1减少到Q2时，如果采用节流调节法，工况点由A到B，风压增加到H2，由图中可看出轴功率P2下降，但减少的不太多。如果采用变频调节方式，风机工况点由A到C，可见在满足同样风量Q2 情况下，风压H3将大幅度下降，功率P3随着**减少。节省的功率损耗△P＝△HQ2与图中面积BH2H3C成正比。

由以析可知，变频调节是一种的调节方式。鼓风机采用变频调节，不会产生附加压力损失，节能效果**，调节风量范围0％～100％，适合调节范围宽，且经常处于低负荷下运行的场合。但是，当风机转速下降，风量减小时，风压将发生很大变化由风机比例定律：

Q1/Q2＝(n1/n2)，　H1/H2＝(n1/n2)2，　P1/P2＝(n1/n2) 3

可知，当其转速降低到原额定转速的一半时，对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的1/2、1/4、1/8，这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。

设将水泵转速降低10%（输出频率45Hz时）

则功率P2=（0.9）×P1=0.73P1,节电27%。

设将水泵转速降低20%（输出频率40Hz时）

则功率P2=（0.8）³×P1=0.51P1,节电49%。

由于功率与转速成三次方的关系，因此，转速变化越大，功率的消耗将呈几何级数减少。

3.3启动电流对电动机及设备的损害

电动机在启动阶段，往往采用自藕变压器降压启动或（星—三角）启动方式，这两种方式虽然能降低启动电流对电动机的损害，但仍有高达额定电流5—6倍的启动电流，严重危害着电动机、水泵、单向阀、管路系统的使用寿命。

使用变频调节以后，由于使用了SPWM技术，实现了真正意义上的软启动和缓冲停机，从根本上了启动电流对电动机及其它设备的危害，大大延长了设备的使用寿命。

3.4设备运行中的噪音、震动、水锤等问题

设备在全电压启动、运行、停止的过程中，由于无法进行及时有效的调节，会产生严重的水锤、机械噪音增加、震动加剧等现象，这些现象都具有较大的破坏性，会引起管道破裂或瘪塌、损坏阀门和固定件，并会增加进线变压器的负荷状况。采用了变频调节后，可以通过延长升、降速时间来延长起动或停机的过程，即使在运行过程中，也可以通过对工作频率点的选择，跳过引起设备共震的工作点，从而使水泵叶片、单向阀、管路系统承受的应力大为减小，轴承的磨损也大大减轻，设备的工作寿命将大大延长。