CC BY
54
5. Системы векторного регулирования возбуждения синхронного двигателя / Г.П. Корнилов [и др.] // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. №2. С.28-31.
G. Kornilov, A. Nikolaev, I. Yakimov. Yu. Zhuravlyov, E. Kuznecov
Problems ofpower savings of the metallurgical enterprise
For a large iron and steel works the reserves and capabilities of power losses decrease of energy-intensive electrical complexes such as ultra high-power electric arc furnaces and synchronous drives by means of reactive power compensation are considered.
Keywords: electrical complexes, losses, regulation of reactive power.
Получено 06.07.10
УДК 620.9:502.14:62.83
Ю.А. Крылов, д-р техн. наук, гл. науч. консультант, (499) 613-57-81, [email protected] (Россия, Москва, ООО «Центртехкомплект»), С.С. Сапожников, асп., (499) 613-57-81, [email protected] (Россия, Москва, МЭИ)
ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА ДЫМОСОСАХ КОТЛОАГРЕГАТОВ
На основе опыта эксплуатации показана эффективность регулируемого электропривода тягодутьевых механизмов водогрейных котлов. Выявлена и проанализирована проблема влияния естественной тяги на качество регулирования разрежения в топке котла, связанная с возникновением генераторного режима. Предложено одно из практических решений проблемы и рассмотрены другие варианты.
Ключевые слова: теплостанция, регулируемый электропривод, экономия электроэнергии, тепловая мощность, система управления.
Наибольшее количество энергии на теплостанции потребляется электроприводом, который до недавнего времени был нерегулируемым. Установленная мощность потребителей теплостанции с тепловой мощностью 400 Гкал/ч и котлами КВГМ-100 составляет 5 МВт и более, а основными её потребителями являются электроприводы сетевых насосов (СН), дутьевых вентиляторов (ДВ) и дымососов (ДС). Единичная мощность этих механизмов: СН - 630...1250 кВт, ДВ - 320...400 кВт, ДС - 250 кВт. Из-за потерь напора в дросселирующих устройствах при нерегулируемых электроприводах имеются значительные потери электроэнергии, которые приблизительно можно оценить: ДВ - до 60 %, ДС - до 90 %, СН - до 40 %. Для примера в таблице приведены реальные данные по потреблению электроэнергии тягодутьевыми механизмами котла №3 КВГМ-100 районной теплостанции «Жулебино» (г. Москва) как фрагмент непрерывной регистрации этих показателей, осуществляемой АСУ ТП котла.
Фрагмент мониторинга электропотребления электроприводами котла
Ж.3 РТС «Жулебино»
Дата Средне суточная тепловая мощность, Гкал/ч Дутьевой вентилятор ДВЗ Дымосос ДСЗ
Потребление э/э в сутки, кВт-ч Экономия, % Потребление э/э в сутки, кВт-ч Экономия. %
От сети (архив) Регул, режим От сети (архив) Регул, режим
01.02.09г. 79,8 5767 4014 30,4 4528 879 80,5
02.02.09г. 81,4 5161 4075 29,3 4528 1004 77,7
03.02.09г. 55 5695 3154 46,6 4474 359 92
28.02.09г. 40,7 5628 2825 49,8 4428 206 95,3
Как видно из таблицы, в первые два дня февраля 2009 г. котёл работал со среднесуточной тепловой мощностью примерно 80 Гкал/ч, а экономия электроэнергии на ДВ и ДС составила порядка 30 и 79 % соответственно. При меньшей тепловой мощности третьего февраля и в конце месяца экономия э/э по этим механизмам увеличилась почти до 50 и 95 %.
Удивительно большая экономия электроэнергии дымососом объясняется наличием естественной тяги. Но именно естественная тяга является серьёзным возмущающим фактором, определяющим особенности применения регулируемого электропривода дымососа.
Проблема существенного влияния указанного фактора на качество регулирования режима горения выявлена в промышленных условиях на водогрейных котлах типа КВГМ-100, используемых на районной тепловой станции «Жулебино» (Москва). Дымовой тракт состоит из трубы 1 высотой 110 м, борова 2 с установленными в нём шибером 3 и дымососом 4
Рис. 1. Упрощённая схема дымового тракта водогрейного котла типа
КВГМ- 100
Ранее существовавший высоковольтный асинхронный электропривод дымососа с электродвигателем мощностью 250 кВт, 6 кВ заменён на регулируемый секционированный вентильно-индукторный электропривод 5 типа ВИП-250, 0,4 кВ, 250 кВт [1,2]. Для дальнейшего рассмотрения важна только одна его характеристика - нереверсивный, поэтому его положительные свойства и конструктивные особенности не рассматриваются как не имеющие значения.
Одноконтурная система регулирования, стабилизирующая разрежение PрCЗр в топке котла, входит в состав двухуровневой системы АСУ ТП
теплостанции. За выполнение алгоритма управления отвечает программируемый контроллер 6.
Упрощённо представим Pра3р как баланс избыточного давления от
сгорания газа Pгаз, напора Рдым, создаваемого дымососом, падения напора на шибере АРшиб, гидросопротивлений трения дымового тракта АРдт и естественной тяги Рест:
Рразр = Ргаз — Рдым + АРшиб + АРдт — Рест .
Вырабатываемая котлом тепловая мощность - главный показатель, определяющий необходимость регулирования разрежения, варьируется количеством включённых горелок и расходом газа через каждую. Величина давления Ргаз зависит от тепловой мощности. Внешний возмущающий фактор - естественная тяга Рест - величина переменная, зависящая от разности температур газов в топке и атмосферного воздуха, высоты трубы и погодных условий. При неработающем котле, отключённом дымососе и полностью открытом шибере разрежение в топке котла составляет 25 мм. водяного ст. и более, в то время как при работающем котле оно должно составлять 10... 12 мм. водяного ст. Этот пример наглядно демонстрирует степень влияния естественной тяги на стабилизируемый показатель.
Напор, развиваемый дымососом Рдым, определяется частотой вращения приводного электродвигателя и паспортными параметрами дымососа. Падение напора АРшиб зависит от угла открытия шибера и расхода дымовых газов через него.
Негативное влияние естественной тяги на качество регулирования разрежения при невозможности рекуперации энергии в питающую сеть показано на рис. 2. Оператор в несколько этапов, начиная с момента времени снижает тепловую мощность котла, уменьшая расход газа Qг (не показано).
ш,
об/мин
300- -
150- -
0 -I-
' разр, мм.в.ст
--+12
--+6
-- О
---6
-12
1з
Рис.2. Процесс регулирования разрежения в топке при снижении тепловой мощности, вырабатываемой котлом
Из графика видно, что система управления уменьшает со и Рра3р с
несколько большими колебаниями, чем в установившемся режиме, поддерживается на заданном уровне -12 мм водяного ст. В отрезок времени - ¿2 идёт чёткая отработка электроприводом величины задания соза^ на частоту вращения. Начиная с момента времени , существовавшая ранее положительная разница между созад и со снижается до нуля и даже приобретает отрицательное значение. Это значит, что естественная тяга не даёт электроприводу далее снижать частоту вращения согласно заданию, так как нет возможности создания отрицательного момента на валу. По этой причине может возникать колебательный процесс, который может оказаться незатухающим. При колебаниях разрежения от - 20 до + 5 мм водяного ст. процесс сжигания топлива идёт с низким КПД, и существует вероятность аварийного отключения котла при достижении уставок защиты.
На практике эта проблема может быть решена путём введения второго независимого канала регулирования - углом открытия шибера. Однако при организации такого способа управления существует трудность при выборе показателя, идентифицирующего появление колебательного режима. Таковыми могут служить легко вычисляемые и измеряемые тепловая мощность котла или расход газа.
На рис. 3 показан процесс уменьшения тепловой мощности котла при двухканальном регулировании. До момента времени ^ разрежение Рра3р поддерживалось на уровне 12 мм. водяного ст. при практически
полностью открытом шибере (угол открытия а порядка80 %) и частоте вращения дымососа со равной примерно 270 об/мин. В отрезок времени
55
-¿2 при уменьшении Qf регулирование выполнялось только частотой вращения со, ас момента времени когда Qг достигает выбранной величины уставки, - одновременно частотой вращения со и углом открытия шибера а.
6500- •
3501
--12
Рис.3. Процесс регулирования разрежения частотой вращения дымососа и изменением угла открытия шибера приуменьшении
тепловой мощности котла
Характер переходного процесса показывает, что система автоматического регулирования достаточно точно поддерживает заданное разрежение при снижении тепловой мощности котла в 1,9 раза и соответствующем уменьшении расхода газа с 6500 до 3500 м3/ч. В новом установившемся режиме заданное разрежение поддерживается при частоте вращения дымососа 200 об/мин и при угле открытия шибера на 25 %.
Отметим основные недостатки двухканального способа регулирования:
- уменьшение эффекта энергосбережения по причине частичного возврата к дроссельному регулированию;
- предупредительный характер предотвращения генераторного режима, основанный на контроле величины тепловой мощности и предвидении режима избыточной естественной тяги.
Первый из недостатков является принципиальным и может быть минимизирован при ликвидации второго, но не устранён полностью. Влияние второго можно уменьшить, например, добавив ещё один показатель возможности появления генераторного режима - температуру наружного воздуха. Однако очевидно, что этот способ не является совершенным.
Согласно рекомендациям по выбору частотно-регулируемых электроприводов, приведённым в [3], следует рассмотреть и другие варианты решения проблемы. Одним из способов может быть применение канала рекуперации в сеть механической энергии с вала двигателя, преобразуемой
в электрическую. При использовании преобразователя с инвертором напряжения такое решение вызовет удорожание оборудования примерно в два раза. Возможна организация маломощного канала для рекуперации энергии, так как генераторный режим достаточно редок и характеризуется малой генерируемой мощностью. Также решением может быть применение преобразователей на основе автономных инверторов тока.
Как вариант, который можно рекомендовать по совокупности факторов (техническая и экономическая целесообразность), это гашение избыточной мощности естественной тяги на резисторе, подключаемом автоматически к звену постоянного тока по факту превышения выпрямленного напряжения в сравнении с двигательным режимом. Такое решение недорогостоящее и несложно в реализации, а также лишено недостатков реализованного и описанного выше способа с двухканальным управлением.
Описанная проблема достаточно нова и выявлена в процессе промышленной эксплуатации регулируемого электропривода дымососа. Для её решения, сочетающего задачи достижения максимальной энергоэффективности и качественного регулирования, необходимы дополнительные исследования.
Выводы
1. При использовании регулируемого электропривода дымососов естественная тяга дымовых труб может вызывать появление генераторного режима, что существенно снижает качество регулирования разрежения в топке котла.
2. Существующее решение по устранению генераторного режима -двухканальная система регулирования, не является оптимальным из-за уменьшения эффекта энергосбережения.
3. При установке регулируемого электропривода на дымосос котла необходимо учитывать его схемное исполнение, принимая во внимание возможность возникновения генераторного режима.
Список литературы
1. Новое направление в приводе - мощный многосекционный вен-тильно-индукторный электропривод с векторным управлением /
В. Остриров [и др.] // Электронные компоненты. 2006. №1.
2. Ремезов А.Н., Сорокин А.В., Крылов Ю.А. Результаты промышленных испытаний мощного вентильно-индукторного электропривода ответственных механизмов непрерывных производств //Электричество. 2007. №6.
3. Иванов Г.М., Иванов А.Г. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. М.: Московский государственный индустриальный университет, 2008.
Yu. Kry'lov, S. Sapozhnikov
Problems of application of energysaving electric drive on smokesukings of boiler
units
The regulable electrodrive efficiency of hot-water boiler draught-blowing mechanisms based upon field experience is shown. The problem of the natural draft influence on rarefaction regulation quality in the boiler furnace connected with the generator behavior appearance is found and analyzed. One of the practical solutions of the problem is suggested, and showing another versions is shown.
Keywords: heating plant, adjustable electric drive, electricenergy savings, heat power, control system.
Получено 06.07.10
УДК 629.9:502.14:62-83
Б.С. Лезнов, д-р техн. наук, (499) 245-98-35,
[email protected] (Россия, Москва, ООО «Ягорба»)
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В НАСОСНЫХ УСТАНОВКАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
Описываются методы оценки эффективности регулируемого привода в водопроводных и канализационных насосных станциях.
Ключевые слова: экономия энергии, насосная установка, регулируемый электропривод.
В ООО «Ягорба» разработаны методики оценки эффективности регулируемого электропривода в водопроводных и канализационных насосных установках. В основу положены проверенные многолетней практикой методики и рекомендации [1,2,3]. Новая методика дополнена в части оценки экономии воды, получаемой при сокращении утечек и непроизводительных расходов, благодаря стабилизации напора в водопроводной сети.
Объективная оценка эффективности РЭП необходима Заказчику, чтобы с открытыми глазами принимать решение о выделении средств на проведение энергосберегающих и ресурсосберегающих мероприятий, с учётом сроков их окупаемости, а Поставщику энергосберегающих систем, чтобы не понести убытка при их оплате по фактической эффективности
Экономия энергии и воды существенно зависит от принятых параметров регулирования в системе автоматизированного управления (САУ). Наибольшая экономия энергии в водопроводной насосной установке обеспечивается, если в качестве параметра управления используется давление в диктующих точках систем подачи и распределения воды (СПРВ). Наименьшая экономия имеет место, если стабилизируется давление на вы-
