变频技术在燃气热水锅炉上的使用范围
第30卷第9期2014年5月
甘肃科技
Gansu Science and Technology
Vol . 30No . 9May . 2014
变频技术在燃气热水锅炉上的使用范围
王利平，顾清礼
（甘肃省锅炉压力容器检验研究院，甘肃兰州730020）
摘
要：为改变兰州冬季环境严重污染现象，兰州市政府投入大量资金进行煤改气，改善了冬季兰州环境严重污染
的现象和司炉人员操作非常恶劣的工作环境，环保效果非常明显，但使用变频控制技术从设计到安全管理操作没有明确说明安全节能控制的范围，就此根据运行过程中出现的一些具体问题，通过实验验证，得出燃气热水锅炉循环水泵使用变频控制技术安全节能的大概范围。关键词：热气锅炉；变频技术；安全节能范围中图分类号：TK32
为改变兰州冬季环境严重污染现象，兰州市政府
投入大量资金进行煤改气（就是把污染严重的燃煤锅炉改造成清洁环保的燃气锅炉），通过几年的努力，改善了冬季兰州环境严重污染的现象和司炉人员操作非常恶劣的工作环境，环保效果非常明显。但在自动控制变频技术中从设计资料、使用管理的规章制度到安全节能操作实施中没有明确变频技术使用的范围，虽然变频技术在工业锅炉的自动控制中已经广泛使用，对热水锅炉的补水泵、蒸汽锅炉的给水泵、燃煤锅炉的鼓风机和引凤机，采用变频技术调节确实起到了安全和节能运行的目的。但对于燃气热水锅炉循环水泵采用变频控制技术，我们经过对数百台燃气热水锅炉一个采暖期的跟踪，根据运行过程中出现的一些具体问题，通过实验验证，进行深入细致的综合分析，得出燃气热水锅炉循环水泵使用变频控制技术，使用不当不但没有起到安全节能运行的目的，反而由于设计、管理和操作不当使得先进技术没有真正发挥出它的作用，还会造成燃气热水锅炉本身和循环水泵维修费用大大增加，燃气热水锅炉和循环水泵的使用寿命缩短，严重时还会造成北方地区冬季供暖的不正常，我们从实验验证的三个方面得出变频技术在燃气热水锅炉上使用的范围。
行原则，首先是在满足最大循环水流量的基础上，不论是一用一备，还是两用一备，都是按照锅炉设计出回水温度差值确定运行循环水泵的台数，为保证设计数据的准确性，实际是在锅炉出回水的热焓值差基础上确定运行循环水泵的台数，这一差值比出回水温差值更精确。循环水泵最大循环水流量是按热水锅炉在设计参数下冬季采暖系统最大热负荷需求考虑的，为了安全经济的运行，在最大循环流量的基础上加10%的安全余量，在实际运行过程中，热水锅炉的出回水温度差值绝大部分不是在锅炉设计参数状态下，所以还要考虑系统供回水温度差的因素，再附加5%的安全余量，也就是说北方冬季采暖最大热负荷计算循环水流量，是在最大理论循环水流量的基础上增加15%的安全余量，才能保证冬季北方采暖热水锅炉的安全经济运行。从理论上讲，为了安全和节能，便于调节采暖系统热水供暖的热负荷，循环水泵可以采用变频控制。通过对已投入运行的数百台燃气热水锅炉供暖系统的设计资料进行调查，在设计资料中没有一家说明该变频控制技术所配不同热水锅炉时需要的最小循环水流量，在最小循环水流量时变频控制在多少赫兹（Hz ），循环水泵的最安全和节能运行的频率区域是多少赫兹（Hz ），附则因为水循环不好，还会造成热水锅炉高温区承压部件过热损坏，减少热水锅炉的使用寿命，大大增加维修费用，对单台热水锅炉供暖的锅炉房还会影响到用户的冬季采暖等造成资源浪费和不能安全运行的提示。
1设计方面
设计工程师按照北方冬季采暖的最大热负荷需求，设计了按照理论需求满足供暖参数的热水锅炉及锅炉所配的辅机、补水泵、循环水泵等，对燃气热水锅炉还采用全自动控制系统，包括热水锅炉的循环水泵变频控制在内。循环水泵设计时遵循热水锅炉在设计参数下满足系统循环水量安全和节能的运
2管理和操作方面
进行了两种实验和分析，第一种是对不同型号
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锅炉配同一型号循环水泵，循环水泵的理论流量大于锅炉理论循环流量的情况；第二种是同型号锅炉配同型号循环水泵，循环水泵的理论流量小于或等于热水锅炉理论循环流量。
1）循环水泵的理论流量大于锅炉理论循环流量的情况。以某锅炉房的实际情况为例，该锅炉房
2
供暖面积150000多m ，采用2台热水锅炉，按照安全节能的运行模式，一用一备，一台7MW 热水锅炉在冬季的开始和末端运行，1台10．5MW 的热水锅炉在冬季的最冷时间运行。两台循环水泵、单台流
3
量为500m /h、一用一备，采用变频控制循环水泵。按照锅炉理想状态下设计，锅炉运行出水温度95ħ ，回水温度70ħ ，出回水温差95ħ －70ħ =25ħ ，10．5MW 热水锅炉理想的使用变频控制技术，运行循环水流量是360t /h，单台循环水泵流量为500m 3/h，在50Hz 的频率下满负荷正常运行，考虑500m 3/h大于360t /h，到循环水泵的效率为100%，
3
采用变频控制技术，可以把单台流量为500m /h循环水泵的流量通过变频调整到循环流量360t /h要求，在理想状态下满足了锅炉安全和节能运行的目的。但是，在实际运行中并非是理想状态，锅炉房管理人员首先考虑的是在安全状态下运行的经济性价比，性价比的参数是天热气的耗气量成本费用、满足供暖用户需求的质量（不管是外墙保温的新房室内温度，还是外墙没有保温的老房子室内温度，都要达到室内温度16 18ħ ）要求、循环水泵变频后节省的电费等性价比较后的最佳值，才是安全节能运行的参数。所以，在燃气热水锅炉运行过程中锅炉实际运行出回水温度小于95ħ 和70ħ ，出回水温度差也小于25ħ ，因此供暖面积150000多平方米循环系统实际需要的循环水流量为360t /hˑ （1+15%）=414t /h，由于锅炉设计资料中没有明确说明10．5MW 热水锅炉所需的最小安全循环水量、变频控制范围，锅炉房管理制度中也没有变频控制范围规定，操作人员又缺乏锅炉及循环系统安全节能运行的一些专业技术，为了节电随意调节变频，甚至把50Hz 的循环水泵变频调整在30Hz 以下长期使用，没有考虑在30Hz 以下运行给燃气热水锅炉带来的严重50Hz 后果。我们以30Hz 计算单台循环水泵流量，
的情况下流量为500t /h，效率为100%，变频调整在30Hz 时，流量为500t /hˑ 30ː 50=300t /h，10．5MW 热水锅炉和150000多m 2供暖系统实际运行需要的循环水流量为414t /h，供给热水锅炉和供暖系统的循环水量300t /h＜414t /h，所以新安装的
10．5MW 燃气热水锅炉在连续运行一周后造成锅炉高温区烟管过热焊口撕裂烧坏，无法继续使用，必须
停炉进行大修，更换高温区烟管。用同样的运行方7MW 热水锅炉运行两个半月后，式，高温区部分烟管过热焊口撕裂，锅炉进行大修。循环水泵因为长期低频下工作，轴承过热变形不能运行，循环水泵需要更换轴承。经过一个采暖期对该热水锅炉的跟踪，由于设计、管理和操作者都没有很好的应用变频技术，疏忽了变频技术在热水锅炉循环水泵应用中控制的范围，单从循环水泵节电考虑，随意调节变频使锅炉房的两台热水锅炉和循环水泵因为变频调节不当，短时间内同时损坏，导致供暖瘫痪，享受取暖的用户意见很大，集体到锅炉房办公室质疑，还增加了热水锅炉和循环水泵维修的费用，维修费用是变频节电费用的20 30倍，大大减少了热水锅炉的使用寿命，造成资源的浪费，给供暖用户带来了冬季不能正常采暖的损失。为了从根本上解决该锅炉房210．5MW 热水锅炉台热水锅炉的安全和节能运行，
42Hz 以下变频应用变频控制的范围在42Hz 以上，
必须锁死，任何人在锅炉运行期间不能开启，操作人员根据外界气温，确定天然气的耗气量，控制房间室内温度，加大对用户的了解，调节阀门的开度，在满足用户供暖质量的条件下，达到节能和降低运行成本的目的，彻底解决了锅炉和循环水泵厂家、供暖单位和采暖用户之间由于变频控制的范围不清楚产生
7MW 热水锅炉应用变频控的矛盾。用同样的方法，
30Hz 以下变频必须锁死，制在30Hz 以上，任何人在
锅炉运行期间不能开启；
2）循环水泵的理论流量小于或等于热水锅炉理论循环流量的情况，以1台0．7MW 的热水锅炉，两台
5m 3/h、循环水泵用1用1备、单台流量为11、采用变0．7MW 热水锅炉需要的循环水频控制循环泵为例，
流量，在出回水温度95ħ 和70ħ ，出回水温差为25ħ 时，循环流量为24t /h，目前设计配置的循环水泵流量已经小于锅炉需要的流量，所以运行过程中不能采用变频控制循环泵，设计和安装的变频只能是一种不合理资源浪费，由于循环水泵流量小于锅炉需要的循环水流量，热水锅炉经常汽化，安全阀频繁开启，锅炉不能正常安全运行，造成大量天然气的浪费。对循环水泵的理论流量小于或等于热水锅炉理论循环流量的运行锅炉，已经设计和安装了变频控制的，变频控制锁死，绝对不能使用，锅炉运行时只能控制燃烧器在满足最小天然气流量下运行，这样才能保证锅炉的安全和节能运行。
（下转第126页）
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牵涉症状。窦椎神经还支配椎间盘后部纤维环、后纵韧带和硬膜外静脉，关节突关节也受其背侧支的内侧分支支配。在退行性椎间孔狭窄等神经根或脊神经受刺激时，这些周围结构会产生轴向和肢体症状，硬膜外静脉因椎管狭窄或椎间盘疾病受压而扩张，刺激窦椎神经而产生根性痛症状。在神经根病中，这些周围结构刺激窦椎神经产生神经冲动，传导至节段背根神经节而产生疼痛，也是组成根性痛的一部分）、游离神经末梢（在颈神经节两端被膜中）、神经活性增高是导致根性疼痛产生的主要因素
［6］
4讨论
传统医学认为，颈椎病发病机制与风寒湿痹证、
气血、阴阳、脏腑虚实、经络有着密切的关系。而生物力学、解剖学失衡、导致局部微环境中化学、免疫炎性介质释放产生的根性痛应该是其发病的根本。但是导致某些因子释放以及参与颈椎病发病的信号途径又是如何转导的呢？这与传统医学理论中经络、脏腑、气血传变是否存在着某种内在的联系呢？有待我们进一步研究。
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。
3颈椎病解剖失衡
椎间盘、钩椎关节（正位颈椎x 线平片所见的钩
椎关节间隙约2mm ，钩突伸长变尖并非都是增生）、关节突关节、关节囊及韧带组织的退变，神经根管的解剖特点（包括骨性神经根管、膜性神经根管。其中国人颈椎椎间孔平均值，矢径为6．7mm 纵径为7．9mm ，其矢径长度最小值男女性分别为5．7mm 和5．8mm ，纵径高度男、女性分别为7．5mm 和6．0mm 。如小于此值，可发生狭窄。其中有颈神经根通过，其余空隙为动脉静脉淋巴和脂肪组织占据，在椎间孔中部，后根在上、前根在下，神经根与椎间孔大小之比为1ʒ 2 1ʒ 8，第一颈椎间孔约有50%大于其他的椎间孔）、脊神经根的血神经屏障的超微解剖特点（神经内膜血管屏障、神经柬膜屏障、毛细血管由皮细胞阴离子屏障）在神经根型颈推病的病理过程
［7，8］
。中占有重要地位
櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷
（上接第42页）
3变频技术在热水锅炉上的使用范围
根据数百台锅炉的设计、管理和运行操作跟踪，根据现场特例试验分析，变频技术在燃气热水锅炉循环水泵上使用的范围很小，首先循环水泵的理论流量小于或等于热水锅炉理论循环流量的情况下绝对不能使用；其次是循环水泵的理论流量大于热水锅炉理论循环流量的情况，从安全和节能的角度考虑采用了变频，但实际运行操作时，很少锅炉达到额定的出水温度和回水温度要求。通过使用变频后安全和节能的性价比较，在不同频率下循环水泵节电费用是不同的，但节省的电费与满足用户供暖质量所需要的天然气耗气量费用，锅炉、循环水泵维修
费用等综合比较，变频技术在燃气热水锅炉的循环
水泵上使用，节能的效果不是很明显，使用不当还会造成锅炉损坏，资源的浪费。
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