变频器在锅炉自动控制系统中的应用.docx

变频器在锅炉自动控制系统中的应用 (内蒙古锡林浩特市集中供热中心，内蒙古 锡林浩特 026000) 摘 要： 文章以锡林浩特市集中供热中心的沸腾式热 水锅炉为例，介绍了变频器在锅炉自动控 制系统中的应用。 关键词：变频器；循环泵；供热；节能 中图分类号：TK223.7 文献标识码：B 文章编号： 10076921(XX)20009902 集中供热系统降低成本增加效益的办法就是节约能量。 集中供热作为北方建筑内部重点耗能 设备，它的耗电一般 要占整座建筑电耗的 45%以上。而集中供热机组是以满足使 用场所的最 大热量来进行设计的，而在实际应用中绝大多 数用户在使用时，冷热负荷是变化的，一般与 最大设计供 热量存在着很大的差异，系统各部分 90%以上运行在非满载 额定状态。传统的集 中供热采用调节阀门开度的方式来调 节热水量和采用挡风板的开度来调节风量，这种调节方 式 的缺点不仅是消耗大量能量，而且调节品质难以达到理想 状态。在我国，电动机用电量几 乎占到全国电量的 2/3， 而其中，水泵、风机的用电量又占了电动机总用电量的 1/2。 应用交流变频技术通过对集中供热的末端如锅炉风机、 热水的循环泵、补水泵等进行控制调 节，从而使供热系统 风量、热水流量等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节， 不但能改善 系统的调节品质，达到阀门、风门/回流调节、 变极调速等落后调节方式所不能相比的调节 性能，更能达 到节约大量电能。对集中供热系统进行变频节能改造是降 本增效的一条捷径。 1 应用变频的必要性 对风机、水泵一类的设备，被广泛应用于工矿企业的 各个方面，是电动机拖动的机械设备中 应用最为广泛的一 类机械。对这类设备的调节，历来的方法是通过调节风门、 挡板或阀门的 开度来完成。在调节过程中，由于电机的转 速是不可变的，因此大部分的能量都消耗在了挡 板及阀门 上，造成了能量的浪费。变频调速技术的引入使以往的调 节方式发生了根本性的变 化。电动机的速度由原来的不可 变，变为可变，电动机可以根据实际需求量实时的调节转 速，加之这一类负载电动机的轴功率输出 P 与电动机转速 N 的立方成正比，例如：运行速度为 80%时的耗电功率为 0.8 的立方即为 51.2%，节能效果比其他控制方式好，装置的转 换效率也 好，因此获得巨大的节能效果。图 1 为变频器在 风机上应用变频调节与挡板调节电能消耗对 比图表。 740)this.width=740“ border=undefined 2 控制方案 我们单位的锅炉是沸腾式的热水锅炉，用阀门调节循 环水泵的开度，有的循环水泵的开度为 2/3。用挡板调节 鼓风机和引风机的开度，风机的开度为 2/3。浪费大量的电 能的同时容易烧 坏电机。 740)this.width=740“ border=undefined 针对以上情况，采用以下控制方案：以往由于运行 管理水平的限制，集中调节习惯进行单纯的质调节既供热 系统在整个 运 行期间，循环流量固定不变。随着变频调 速技术的发展，供热系 统的变流随调节。对于室内双管系 统或单管系统，其最佳调节方式都为质量并调方式：即调 供回水温度又调系统循环流量。如果用变频器调节循环水 泵的话节约大量电能的同时调节品 质达到理想状态而且能 自动保护电机(见图 2)。燃煤锅炉一般配套鼓风机，为适 应锅炉热负荷的变化和高效率下燃烧，鼓、引风机的 风量 要根据燃料消耗量进行调节。传统的风量调节，是在功频 运转下，改变风门的开度，这 种调节大量电能消耗在挡板 上。如果锅炉鼓风机和引风机采用变频调速方法控制风量 节约能 量的同时根据炉膛温度的变化和烟气含氧量的变化 自动调风煤比至最佳或次最佳，达到 经 济燃烧。图 3 为鼓风机、引风机变频调速系统的原理图。燃料在锅炉中 燃烧，需要一定比例 的氧气。鼓风机的作用是向炉膛输送 一定量空气，满足燃料燃烧所需氧气。送入空气量与燃 料 量比例必须合适，过大、过小，都影响燃料的正常燃烧和 锅炉效率。鼓风要调频变风量的 控制过程为：按照不同的 燃料种类，给定过量空气系数，当负荷变动，引起燃料量 的变动， 此时为维持给定的过量空气系数，送风量必须变 动。根据含氧量的测定或炉膛温度的测量， 调节器进行实 测值与设定值的比较，由变频器控制鼓风机变频调速，完 成送风量的调节。 引风机的作用是排出烟气，并使炉膛能在 3mm5mm 水 柱的负压下运行。引风机和鼓风机应连 动操作，在锅炉启 动时，先启动引风机，后启动鼓风机；锅炉停运时，先停 鼓风机，后停鼓 风机。引风机在变风量调节过程中，是把 炉膛 3mm5mm 水柱负压作为设定值。引风机风量过 大， 炉膛负压过高；引风机风量过小，炉膛负压偏小，甚至出 现炉膛正压，炉膛向外喷火。 当锅炉负荷增大时，燃料量 增加，送风量增加，此时炉膛实际负压减少，调节器指令 变频器 增品增速，加大引风机风量，保证炉膛维持给定负 压。负荷减少，反之依然。 风机的工作特性与水泵类似，风压与频率、转速的平 方成正比，功率与频率、转速的立方成 正比。在风机变频 调速的过程中，由于避免了风门的节流损失，节电显著， 同时，因实现了 自动调节，改善了燃烧过程，提高了锅炉 效率，深受用户欢迎。由于送风量的调节比较复杂 ，有的 用户采用人工方法进行变频器的频率设定工作，当然不如 自动调节理想，但也能起到 满意的效果。由于鼓风机、引 风机常常与锅炉是一机一炉配置，因此，变频器与鼓风机、 引 风机也宜一对一配置(如图 3)。 740)this.width=740“ border=undefined 1锅炉；2鼓风机；引风机 ； 引风机变频控制柜 ； 炉膛温度传感器； 微压差传感器 ；鼓风机变频控制柜 ；测氧计 3 变频器的性能描述 保护电机，采用变频调速技术后，电机水泵的转速普 遍下降，减少了轴承的磨损和 发热，延长泵和电动机的机 械使用寿命。降低了设备的维修费用。同时，变频器具有 手动/ 自动转换功能，可根据实际情况进行转速的变化， 由于变频器启动和调速平稳，减少了对电 网的冲击。 因实现自动控制，不需要操作人员频繁操作，克服了 平常因调节阀门故障对生 产带来的影响，降低了员工的劳 动强度。同时减少了电机运行时的噪音，消除了阀门因节 流 而产生的噪音，改善了员工的工作环境。系统采用闭环 控制，参数超调波动范围小，偏差能 及时进行控制。控制 精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。 由于变频调 速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显 示功能，提高了锅炉运行的可靠性。 4 结束语 变频调速技术用于锅炉控制系统中，具有调速性能好、 节能效果显著、运行工艺安全