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燃气锅炉与罗茨风机联合运行节能分析

燃气锅炉与罗茨风机联合运行节能分析

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

1. 项目背景
天然气较传统化石燃料有明显优点,其无毒无害,热值高,其作为能源,可有效减少温室气体和粉尘的排放,因而大大改善环境污染问题,天然气作为一种优质清洁能源,能有效改善环境质量。
随着北方冬季雾霾天气的如约而至,河北省下大力度整治污染,促进锅炉“煤改气”的发展,随着“煤改气”工作的不断深入,气源问题逐渐暴露。
河北某钢厂冲渣水余热供热项目,由于供热面积的持续加大,导致热源显得捉襟见肘,项目决定,增加两台17.5MW燃气锅炉,但燃气锅炉要求燃气压力40~60KPa,利用常规燃气公司管道气需敷设燃气管道,设置调压柜。考虑项目工期紧张,同时节约成本,利用钢厂内提供压力约为4000Pa的燃气。为保障锅炉正常运行,需利用罗茨风机将燃气进行增压,同时罗茨风机燃气引入口距厂内燃气调压柜约100米,此种方案没有前例,需要燃气锅炉与罗茨风机有机联合运行。
2. 联合运行的实现
首先介绍下罗茨风机,罗茨风机由两个叶形转子在气缸中做相对运动来压缩和输送气体的容积式风机。其主要作用是气体输送及加压,其主要参数有:流量、扬程、轴功率、转速、必须汽蚀余量等。流量和扬程是罗茨风机最主要的性能参数。
其次要想实现燃气锅炉与罗茨风机的联动,工艺要求是关键,控制机组中的PLC程序是辅助。程序的设计应根据锅炉对燃气要求的工艺条件来实现。工艺流程可简单表示为:PLC上电,在设定的程序内进行自检,包括罗茨风机入口侧天然气压力、出口侧压力,并与设定参数进行比较,当满足运行要求时,PLC输出指令,罗茨风机启动;与此同时,锅炉主控上电,当罗茨风机出口压力到达锅炉需要的燃气压力后,罗茨风机降频运行,此时锅炉启动点火程序,系统开始运行。流程图可参考图1。
2.1压力控制
压力控制包括两个方面:
2.1.1罗茨风机进出口压力。
由于罗茨风机入口压力约为4000Pa,为防止罗茨风机在正常运行时入口成为成为负压,工艺要求在入口处设定报警点及停机点,报警点为2000Pa,停机点设为1000Pa;为实现锅炉负荷与罗茨风机联动,在罗茨鼓风机出口设定压力传感器,当锅炉负荷变化时,罗茨风机出口的压力变送器数值变动,再把数值反应到PLC中,经过PLC计算,调整罗茨风机频率,从而达到罗茨风机出口压力与锅炉对燃气要求压力相匹配。原理可参考图2。
2.2.2锅炉燃气管道总管与分支管的压力。
由于罗茨风机出口没有缓冲罐,燃气管道管径较大为DN400,而锅炉入口燃气管道为DN100,由伯努利方程
,可得出锅炉燃气入口压力与燃气总管压力
有差距,经计算可得支管压力与总管压力相差10KPa左右,故运行中总管压力应高于分支压力,才能保证锅炉燃气在规定范围内。锅炉燃烧器电磁阀有承压极限为70KPa,超压后,电磁阀会损坏,故单纯靠罗茨风机变频无法达到工艺要求。为达到工艺要求,现在主管道安装压力起跳装置,当压力达到65KPa时,自动泄压,以此保护锅炉燃烧器电磁阀。
2.2时间控制
锅炉启动之前,有自检系统和风机吹扫炉膛系统,两者花费时间约为90s,故在锅炉启动前,罗茨风机需把燃气压力提高到锅炉燃烧要求压力(40~60KPa),从而保证锅炉顺利点火。
2.3锅炉停运
锅炉停运分为正常停运与事故停运。正常停运,通过减小锅炉负荷,罗茨风机变频运行,直到锅炉正常停运为止,在此不赘述。事故停运时,为保证罗茨风机在事故停机时尽快停下来,现在罗茨风机出口设止回阀,并设旁通管,其上设电磁阀,正常运行时,旁通管电磁阀处于关闭状态,当事故停运时,罗茨风机出口旁通管电磁阀打开,平衡罗茨风机进出口压力,用此方法保证罗茨风机尽快停运,并保证罗茨风机不反转。原理可参考图3。
3. 结论
采用罗茨风机与燃气锅炉联动运行,此系统可有效解决燃气压力低及压力不稳定等问题,并且在很大程度上减少了燃气管网一次性投入大的问题,节约投资成本,提高燃气管网稳定性。另外该系统实现了罗茨风机根据锅炉负荷变动调整出力这一难题,通过运行实践,此系统运行状态良好,达到了设计初衷。

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