变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用

孙继新 陈新

摘 要：随着经济的发展，能源需求越来越高，如何在工业生产和社会生活中节约能源已经成为共识，科技的发展，电子技术在锅炉机电一体化中的广泛使用以及变频技术在锅炉节能控制系统中的应用已经成为了科研人员的研究主题，文章通过对锅炉控制系统的一个可编程控制器（PLC）和变频变压调速器达到变频效果的分析研究，实现对锅炉的全面监控及自动控制，增强锅炉运行的安全性和节能性。

关键词：变频技术；锅炉；机电一体化；节能系统

前言

以继电器和接触器等硬件连接作为电控系统的传统锅炉，电子科学技术还相当落后，自动控制还处于初级阶段，因此锅炉工人的劳动强度很大，尤其是继电器和接触器的电气元件的触点总是不能准确到位，使用时间也短，存在的问题较多，造成锅炉无法正常运行，也就不可能到达节能效果，通过对锅炉的自控系统的分析研究，自动控制核心为可编程控制器（PLC），通过对电机进行变频、变压、调速等来执行控制器所给出的指令，来完成锅炉的自动控制，这个可变频自动控制系统具有很多的优点。

1 锅炉变频系统概述

目前的锅炉已经淘汰了原来简单的变频器控制三相同步电机的控制方式，而是采用电脑编程的控制器（PLC）对锅炉进行全面的控制，锅炉在使用过程中自动编程控制器对不断输入的水位、水压、热量等信号进行程序计算，自动产生输出信号达到控制锅炉的进水、燃烧、输出热量等，在相对正常安全的工作范围内使锅炉工作，如果锅炉在工作中出现低水位、压力过高、火焰不正常等信号时，控制器就会自动停止运算，并发出报警信号，此时锅炉会停止工作，必须排除故障，系统才能重新启动，正常运转，如果控制系统本身设出现问题时，电脑会出现中文报警，并做出相应的保护。在锅炉运行中，控制器每时每刻在显示锅炉的工作状态。

2 锅炉控制系统概述

水位调节系统、压力控制系统、燃烧控制系统这三大系统组成了锅炉的电控系统。

2.1 水位调节系统

在运行中的锅炉，水位的高低是锅炉能否安全运行的基础，水位高，燃料燃烧时间长，汽水分离速度慢，蒸汽带水多质量差；水位低，锅炉就会存在爆炸、烧毁等安全风险，因此锅炉通过水位高低的科学调节达到控制锅炉燃烧和给气，目前锅炉一般都采用选用三冲量调节方案，其主要是通过给水与蒸汽的流量前馈的比例进行运算，以蒸汽流量作为前馈信号，是典型的前馈串级调节系统，该算法有效地克服了假水位对调节过程造成的不良影响，采用变频器闭环控制后，微机输出标准控制信号至变频器，调节给水泵转速，使给水泵的转速自动跟踪水位的变化，就能达到精确控制。

2.2 蒸汽压力控制系统

首先根据工作所需用汽量的实际情况，通过调节锅炉蒸汽汽压达到控制锅炉的目的，如果工作所需用汽量增大，那么蒸汽输出多，压力就会降低，反之锅炉蒸汽压力就会增高，可编程控制器可依据锅筒的压力定值和测量值进行智能化运算，把运算数据传输到锅炉内置调节功能，自动对锅炉炉排和鼓风机进行同步调节，提高鼓风机的引风和鼓风，提高炉排转速，这样炉温就会升，蒸汽就会增多，反之，就会减少蒸汽量，这样通过控制锅炉蒸汽的压力达到自动控制锅炉工作。

2.3 锅炉燃烧控制系统

控制锅炉的燃烧过程同样可以达到控制锅炉的工作，能够有效的保证锅炉安全的、经济的、节能的运行。工作人员通过变频器输出的控制信号，来控制锅炉的给煤量和调节鼓风机的鼓风量，使锅炉炉膛内的煤达到最佳燃烧状态，变频器采集炉膛负压传感器的测量值，利用内置调节功能自动对锅炉引风机转速进行控制，以维持炉膛负压的稳定）压力控制器的输出直接调节引风机在转速，通过控制、调节鼓风机的电机转速和炉排转速，达到风煤配比最合理，能够取得最佳的燃烧效果，达到自动控制锅炉工作的效果。

3 变频技术的节能原理

变频变压调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n转速、f输入频率、s电机转差率、p电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交—直—交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

锅炉采用变频技术通过可编程控制器来控制、调节锅炉的水位、水压力和燃烧状态，形成一个完整的可控的管理系统，经过实际应用显示：变频技术自动控制系统能够保持锅炉正常、长期、稳定的工作，能够实现节电35～50%，节煤10～15%，可以减少粉尘污染，降低噪音，易于实现微机控制，降低故障率，减少设备维修工作量，能直观的采集锅炉的各项运行参数，快速运算、保持正常状态，由于显示器上可以同时显示出锅炉运行的参数，如：水位、压力、炉膛负压等，这样就保证了锅炉自动控制调节的精度，可以通过全自动控制引风、送风比例来调节烟气中氧的含量，达到完全燃烧，就不会产生过多的黑烟造成环境污染锅炉系统中包含鼓风机、引风机、给水泵等由于采用变频技术，使这些设备电机工作不会超负荷也就达到了节电的作用，由于可编程调节器具有与上位机通信的功能，如果与上位机联机，将使整个生产系统形成集散控制管理系统，在运行中可以随时方便地修改各种运行参数的控制值，并可修改系统的控制参数；降低生产成本，减少维修工作量，保证锅炉蒸汽品质，从而提高整体技术经济效益和锅炉运行的可靠性。

4 结束语

改革开放三十多年来，我国工业快速的发展，出现能源的紧缺与环境保护的需要，使我们对耗能大的生产设备节能降耗更加重视，锅炉通过应用变频技术能够节约能源、降低生产成本、保证安全生产、降低劳动强度，大大提高了现代化管理水平，改善了操作环境，强化了工艺控制水平，延长了锅炉设备的使用寿命，避免锅炉引起的重大事故发生，保证锅炉的安全、稳定、节能运行。

参考文献

[1]任二罗.变频技术在锅炉系统中的应用[J].科技风，2012.

[2]周小博.变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用[J].科技情报开发与经济，2009.

[3]陈新安.变频技术在300MW燃煤发电机组锅炉供油系统中的应用研究[D].浙江大学，2006.

[4]王其营，陈衍利，来永祥.变频技术在锅炉系统中的应用[J].橡塑技术与装备，2010.

[5]徐玉红.变频控制调速技术及其在锅炉控制系统中的应用[D].贵州大学，2006.

[6]丁娘藤，谢亮发，袁少渠.变频技术在锅炉引风机上的应用及节能分[J].广东电力，2007.