变频调速技术在锅炉中的应用

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摘 要：本文分析了锅炉系统存在的问题，提出了改造方案，并介绍了变频技术在锅炉引风机调速中的应用。

关键词：变频；锅炉；控制

锅炉是由锅炉本体和燃烧设备（包括炉膛和烟道）两部分组成。锅炉本体由受压部件组成汽水系统，它吸收燃烧设备燃料所放出的热量，将锅炉给水加热到需要的热水（符合热水锅炉额定参数）或蒸汽（符合蒸汽锅炉额定参数）。燃烧设备是由炉膛、烟道组成的风、燃料、烟系统，燃料与空气混合燃烧把热量传递给汽水系统，而烟气自身温度逐渐降低，直至经除尘器、引风机由烟囱排入大气。

锅炉的电气单元及拖动机构一般由鼓风机、引风机、给水泵、循环泵和冲渣泵（除灰泵）组成，在原有的锅炉系统中一般都采用以下方式：鼓、引风机采用离心式风机，利用档板或阀门调节鼓、引风量；给水和循环水系统由给水泵和循环泵完成，给水量、出水量、回水量及水压由阀门调节；利用调速电机和控制器控制给煤。

一、普通锅炉系统存在的问题

所有电机均工作在工频50HZ状态下，电能消耗量大，浪费严重而且噪音非常大。

1、磁调速电机的滑差部分封闭性差，在运行环境较恶劣的锅炉现场长期使用易产生滑差头抱死的情况，可靠性差，维护工作量大；

2、普通控制方式基本上为手动操作、调节，锅炉运行人员劳动强度大、控制精度低；

3、由于水量/压和风量/压不能准确控制，致使水、煤量消耗较大；

4、原有的启动装置在电机启动时仍存在较大的冲击电流，对一次开关回路电器元件、二次继电回路仪表和电缆的容量要求较高且系统可靠性较低，维护工作量大等。

二、改造方案

锅炉的鼓、引风机的作用是用来保障燃料充分燃烧并维持锅炉炉膛保持微负压。锅炉鼓、引风机动力控制是采用传统的由按纽、继电器、接触器等低压控制电器组成的电器控制线路直接控制。锅炉鼓、引风机的电机总是处于额定功率转速下运行，电机转速不可调，风机始终处于1465r/min（2900r/min）高速转动，锅炉炉膛用风量的大小只能通过调节风门的开度来调节，其结果在风门上会造成大的能量损耗，如果不用风门调节，而是控制风机调速运行，那么当需要的风量减少时，电动机的转速降低，消耗的能量显著减少。

整个运动参数受控于主控系统，鼓风控制系统和引风控制系统组成动态系统，通过锅炉鼓风自动调节和负压自动调节控制引风组成锅炉燃烧自动控制系统，从而达到燃烧自动控制和节能的目的。

锅炉鼓风自动调节：当锅炉入煤量发生变化时，炉膛温度与鼓（送）风量有一定关系。为了提高锅炉热效率，送风量与入炉煤量保持适当的比例，计算机控制模型中广泛采用这种自寻优最佳风煤比调节规律。

负压自动调节：炉膛内压力控制在微负压状态下，且能控制从炉膛到炉膛出口、对流管束、省煤器直到烟道出口的烟气速度，从而控制各段热量的分配和传热系数。鼓风自动调节系统是为了实现锅炉燃烧的经济稳定而存在的，因此这个系统是必需的。负压自动调节系统是整个系统的核心部分，炉膛负压控制主要是保证人员和设备的安全， 并减少环境的污染，负压控制是通过调节鼓引风机速度实现的。其中，采用鼓风机速度为前馈，当鼓风量增加的同时增加引风机转速，保证炉膛负压始终小于大气压力，微负压运行，以保证热效率并防止烟气外滥，维持负压在燃烧工艺要求内。

随着科学技术的发展，变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。锅炉控制系统正朝着高速智能化的方向发展，控制技术也越来越复杂，系统组成越来越紧密，实现的功能也越来越丰富，这些都是社会经济发展的必然结果。

三、引风机系统变频调速改造

引风机系统是锅炉的重要组成部分，用于控制炉膛燃烧负压和将烟气排出。由于锅炉是生产供应的关键要害设备，一旦发生问题，对生产的影响极大，影响面也大，为了进一步提高锅炉运行的稳定性和可靠性以及降低维修率、节约能源、保证生产需要，为此，我们进行了分析和研究，把引风机控制部分进行改造，通过变频器控制电机的频率，以达到变频控制电机速度，实现风机速度的无级调速，以匹配锅炉负荷，从而达到提高锅炉稳定运行、降低维修率、节约能源、保证生产需要的目的。

（一）改造前工况为：

l、在同一速度下，风机转速不能改变（电机转速恒为1480rm/min），锅炉负荷变化只能靠机械风门调节引风量来匹配，误差比较大。

2、引风量靠机械风门调节，机械风门受到高速风的冲击，引起振动，导致整体风机系统的振动过大，影响轴承寿命；同时，由于启动转矩大，对过桥轴承的损伤比较大，造成维修率增加。由于振动大，转速高，轴承端盖漏油严重，油耗增加。

（二）经变频改造后，获得了下列效果：

1、采用变频器控制后，风门拆除，振动减小，基本消除了风机系统的振动问题，提高了轴承的寿命；负荷变化配风调节准确，降低了维修率。

2、风机实现软启动，实现无级变速，速度可无级调节，减小了原设计的启动冲击，机械传动更加平稳，有效延长了机械寿命，过桥轴承的寿命平均提高一倍以上，节约了维修费。由于解决了风机系统的振动大问题，转速可由在原较高的固定转速下降到较低转速下进行，极大的减小了轴承端盖的漏油，降低了耗油量。

3、采用变频器后，由于变频器的连锁保护功能比原交流接触器的更加灵敏可靠，大大提高了锅炉运行的安全性。

4、节能效果（电流减小）非常明显。

锅炉引风机变频控制改造为，在引风机主电机的控制电路上增设一台变频器，原操作、控制方式不变。

（三）经济价值分析

l、改造前年电能消耗费用为：

75KWX24小时/日X30天x12XO.4元/Kw=259200元

2、改造后电流降为原来的70%，甚至更低，按照节约30%计算，年电能节约可达到259200x30%=77760元。（7.7万余元）

3、改造前年轴承消耗为8套/年，改造后年轴承消耗为6套/年，轴承的费用年节约为：538元/套x2套=1076元

总之，变频器改造后，年节约达7.8万多元，变频器当时的投入为6万多元，仅一年不到就收回了投入。可以预见，变频技术将广泛的应用于工业生产中，能够实现节约，提高生产效率，产生较好的经济效益，是一种很值得推广的技术。

四、结论

综上所述，希望通过变频控制调节技术的应用，实现对鼓风机、引风机、水泵电动机的软启动和无级变速，并进一步实现锅炉燃烧的温度自动调节及给水控制的自动调节，提高锅炉运行控制可靠性、锅炉给水系统安全性，达到提高锅炉安全稳定运行及节能降耗的目的。