燃氣采暖熱水爐風機變頻試驗研究

梁展程

（廣東萬和熱能科技有限公司，廣東 佛山 528325）

天然氣中的主要成分為甲烷，屬于烷烴，另還有其他的烷烴如：乙烷、丙烷和丁烷，加上H2S、CO2、N2和H2O和少量CO及微量的He和Ar融合而成的混合氣體。“天然氣”字面上的意思就是天然的存在于自然界中的一切氣體，在生物圈內(nèi)各種自然演變過程中形成的氣體。從能量方面定義，天然氣指天然的烴類氣體與非烴類氣體相互之間混合的形成的混合氣體，且其中又包括現(xiàn)代工業(yè)的重要原料丙烷和丁烷。天然氣是一種安全性較高的燃氣，它比空氣輕，如果發(fā)生泄漏，會立即向上擴散，不會像其他可燃氣體一樣積聚從而形成爆炸性氣體。使用天然氣作為能源時，可大大減少煤和石油的利用，將使環(huán)境污染問題得到改善，天然氣作為一種清潔能源，能降低60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，顯著降低酸雨產(chǎn)生，提升環(huán)境質(zhì)量。

1 燃氣采暖熱水爐

燃氣采暖熱水爐亦稱之為“燃氣壁掛爐”，與熱水器不同的是熱水器主要功能是加熱供給熱水，無法提供暖氣。而燃氣采暖熱水爐則具有供暖與生活用水雙重功能的設(shè)備。能進行自動斷水、斷電、斷氣，安全性能可靠。

在燃氣熱水采暖爐使用時，觀測系統(tǒng)壓力顯示正常后，水泵開始運轉(zhuǎn)加速循環(huán)采暖媒介的水流動，將水流門閥或者水流傳感器打開，將輸出水流信號傳輸至主控器，主控器在接受到水流信號后，立即開啟風機進行前清掃，同時做出相應(yīng)的檢測，檢測各個安全設(shè)備是否正常工作，在所有裝置能正常使用的前提條件下，才能開始點火，并分別將一、二級閥打開，燃氣進入能進行燃燒的場所，燃燒器在電火花的助力下點燃燃氣燃燒產(chǎn)生能量，依據(jù)離子感焰這一項技術(shù)感受燃氣是否正常燃燒。循環(huán)流動的熱水蒸發(fā)或輻射到空氣中進行供暖，在到達設(shè)置的采暖溫度時，感受器接受到信號，傳送至主控器熄火進行待機，當溫度下降時，開啟燃氣，水汽蒸發(fā)，提高溫度，按此循環(huán)。

2 風機

風機作為通用性機械，具有應(yīng)用量大、應(yīng)用面廣的特點，其常與電機配套使用，使用產(chǎn)生的電量占據(jù)了全國總發(fā)電量的20%之高。因此，需要對風機類的設(shè)備進行相應(yīng)的改造，節(jié)約能源，一些耗能大的零件和使用方法采用耗能更小的零件和優(yōu)化的方法進行替換，例如，閥門載流調(diào)節(jié)方式，這種方式就可以直接淘汰，在正常工作條件下進行研究改造，不斷地提高能量的利用效率，以達到經(jīng)濟提升能量消耗減少的目的。在傳統(tǒng)風機在初始設(shè)計中，以風量需求作為衡量標準，常用最大風量來設(shè)計，控制方式多為使用檔板、回流、風門等，缺點是無法有效地形成閉環(huán)回路，難以進行控制，從不在能耗方面進行考慮，也無節(jié)能的思想觀念，常使用Y-△或直接起動地方式控制電氣，這種控制方式的缺陷是無法進行軟起動，并且機械沖擊力還很大，導致震動和噪音隨之變大，所需電容量大，功率因數(shù)較低，系統(tǒng)使用的壽命較短。根據(jù)流體力學原理我們都知道，風機的風量是受風機的轉(zhuǎn)速和風機的電機功率所影響的。風機風量的輸出減少，作用于風機的轉(zhuǎn)速，使速度衰減，根據(jù)定理電動機的輸出功率也下降。如果將風機進行改良使用變頻技術(shù)調(diào)整速度，從而使風機電動機的輸入頻率發(fā)生改變。

3 風機變頻的研究

大部分的電動機機械都是采用交流感應(yīng)電動機作為電力傳動方式，根據(jù)變頻節(jié)電原理易知：這種電動機都是依照最大負荷期額定負荷確定功率的。但電動機在實際正常工作情況中，絕大部分是達不到滿載運行的，這就導致了電動機在滿電壓、滿速度狀態(tài)下負載卻很小，常常處于空載運行。依據(jù)電動機的物理特性，要想電動機的效率最高，那么電動機只有在滿負荷狀態(tài)下運行，功率因數(shù)COS￠也才達到最佳的數(shù)值。在輕載時，功率因數(shù)COS￠變小，在空載時甚至降到了0.3以下。前面提到電動機在實際工作中常處于負載小的狀態(tài)，勢必產(chǎn)生大量電能的浪費和損耗。在空載時定子滿電壓中的鐵損耗，毫無下降，這就使得效率上不去，而一定程度上降低負載，可以減少定子電壓這樣能提高效率。當適當?shù)慕档投ㄗ与妷簳r，根據(jù)電機定子感應(yīng)電勢公式：U1≈E1=4.44F1N1KN1￠m，其中，U1指的是—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KN1由于輕載、空載時定子電流很小，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，所以U1≈E1，當其他條件不變時，定子電壓U1降低，右邊的￠m比例下降,也就是勵磁無功電流IM也成比例下降，這樣降低了定子電流中的無功分量，功率因數(shù)COS￠就提高了，再加以適當控制就可以使功率因數(shù)COS￠達到最佳值。這是從電機定子感應(yīng)電勢公式上分析，當其他條件不變時，依據(jù)定子鐵耗公式易知：PFel=pFeIN×(U1/UIN)2其中：PFel為—定子鐵耗；pFeIN為—定子額定鐵耗；UIN—定子額定端電壓。由公式可得，當U1下降時，也就是在輕載或空載狀態(tài)下，左邊的PFel將以平方的比例形式下降，鐵耗大量降低，鐵耗一降低，電動機的工作效率就提高，這就達到了輕載降壓且節(jié)電的效果。在傳統(tǒng)電動機上，需要改變負載常采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)控制，這種方式對輸入功率的影響不大，多余的能量就以壓差的形式在檔板、閥門上了進行損耗，這樣不但對檔板、閥門進行沖擊大，導致容易損壞，而且會產(chǎn)生巨大的聲響，形成噪音。依據(jù)公式可知，要想調(diào)節(jié)Q，可通過改變n，達到控制Q的目的，并且軸功率還可大大降低，在理想狀態(tài)下如Q’=0.5，則P’=0.125P，軸上功率變成為額定時的12.5%，不僅降低了功率，同時節(jié)約了80%以上的電能，加上實際外部因素的干擾，節(jié)能率會降低一些。對于如活塞式空壓機等其他擁有“恒定轉(zhuǎn)速”特性的機械，也可以使用變頻調(diào)速來改變負載，當速度下降后電動機與生產(chǎn)機械的多種損耗都會隨轉(zhuǎn)速風速減少而下降，效率也隨即提高，甚至比機械方法具有更明顯的節(jié)能效果。軟起動節(jié)能的方式通常是感應(yīng)電動機采用直接接入電網(wǎng)起動，這種模式下的電動機起動電流為額定時的5～7倍，此時損耗巨大，直接接入可對電網(wǎng)進行強的直接沖擊，機械的磨損，振動都是巨大的，這種模式，也可采用變頻調(diào)速起動，這樣起動電流就能控制在很小區(qū)域，就算滿載時起動，僅需要比額定電流稍大，能大大降低起動損耗，不會直接和間接沖擊電網(wǎng)，也不會沖擊機械。

4 燃氣采暖熱水爐風機變頻的應(yīng)用

燃氣采暖熱水爐風機變頻在實際應(yīng)用中，風機根據(jù)條件變速運行這是可以實現(xiàn)的，利用變頻控制技術(shù)控制。實驗可以通過安裝氧氣和一氧化碳的傳感器在鍋爐出口煙道上進行測試，測試完成后將結(jié)果傳輸?shù)街骺刂破鳎骺刂破鲗?shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比后來控制送風的量。上文也說到變頻運行的風機，具備耗電量低、節(jié)能效果顯著的優(yōu)勢，可節(jié)約天然氣，燃氣采暖熱水爐使用變頻風機時能有效地解決天然氣不完全燃燒的問題。

5 結(jié)語

能量的損耗致使資源的大量浪費，資源的有限，使得可持續(xù)發(fā)展道路的政策相對提出，資源的減少，勢必將引導我們尋找新能源或者改善能源的利用方式。在燃氣采暖熱水爐的使用上，主要功能是加熱供給熱水，損耗能量大，而使用改善技術(shù)的變頻后中小負荷下過剩空氣系數(shù)和風機功率以及排煙溫度均下降，CO2濃度的反之變大，不管熱負荷多大多小，采暖的熱效率基本上保持不變，抗風能力伴隨著熱負荷的減小而下降。雖然具有一定的成效，但是就此打住研究的進程，是萬萬不可行的，相反，這是研究的新起點，而不是研究的終點，資源的匱乏與有限，時時刻刻在促使我們不斷探尋新的技術(shù)與新的能源，努力將能耗降低一點，僅一點，就能多養(yǎng)活生命，學無止境，一生研究，新技術(shù)的探尋永遠在路上。