变频调速器在蒸汽锅炉系统中的运用

2015-03-19□王琦

产业与科技论坛 2015年14期

□王琦

一、引言

调速性能优劣的决定性因素是变频器的性能，变频调速系统的核心部分是变频器。影响变频器使用效果的因素除了其自身的制造工艺外，变频器使用时的控制方式更加重要。随着大规模集成电路和微电子技术的发展，现代电力传动技术发展迅猛，其发展的重要标志就是变频调速技术的成熟。本文通过对工业生产使用蒸汽锅炉的实际情况、变频器以及变频跳频技术的发展等方面进行分析，得出了近年来变频器控制蒸汽锅炉鼓引风机设备的特色和优点。

二、变频器及变频调速技术发展分析

(一)变频器及其工作原理简介。变频器是一种由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器等部分构成的实现变频调速的装置，即将工频电源变换成各种频率的交流电源，从而能够使电机变速运行。主要的工作原理就是将单相或三相的交流电源通过整流器等装置形成幅值基本固定的直流电压加到逆变器上，然后通过其工作改变点值周期控制其输出频率，进而达到在逆变器上同时进行输出电压和频率控制的目的。在某些情况下，还需要通过转矩计算的中心控制系统(CPU)及相应的电路对矢量控制变频器进行计算控制。

(二)变频调速技术发展。改变电机频率和电压来达到电机调速的技术就是变频调速技术。无论机械的种类如何，其调速都是通过点击进行的。传统的调速方法多采用直流电机，但是因为直流电机调速具有许多缺点，更换滑环和碳刷频繁，因此就逐渐出现了对变频调速技术的改进，出现了交流点击，如滑差电机、绕线式点击等。

三、锅炉系统分析

(一)锅炉的概述。十八世纪六十年代，人们开始使用蒸汽锅炉，二百多年来，锅炉从最简单的圆球开始经过许多次的改良，将其燃烧的物质的热能转变成其它工质热能，生产出能够符合规定参数和所需品质的工质设备称为锅炉。在一般的锅炉设备中，能够吸收热量的的部分称为锅，而炉是能进行放热处理的部分。通常意义上将水冷壁、过热器、省煤器这样类似的吸热部分看成是锅;炉膛、燃烧器、燃油泵，送、引风机这样进行放热的部分看成是炉。简单地说一个吸热一个放热，简而言之，一个承受蒸汽压力的锅，加上一个烧火的炉，即组成了锅炉。

(二)蒸汽锅炉的用途。蒸汽锅炉的运用范围十分广泛，蒸汽锅炉生产的蒸汽可以是饱和的，也可以是过热的，这视需要而定。例如:锅炉蒸汽导入蒸汽机或汽轮机使热能变为机械能;锅炉蒸汽导入工业设备中，用以加热、蒸发、烘干;锅炉蒸汽导入暖气设备中，以提高室温。这说明了蒸汽锅炉在工业生产的应用十分广泛。

(三)变频调速在蒸汽锅炉系统的应用。变频器在锅炉鼓引风中的应用:一是控目的。进行改造后能够使锅炉中的燃烧更加充分，减少燃烧后因不充分燃烧而造成废渣中可用资源的浪费，因此可以提高能源的使用效率、降低单位能耗。二是鼓引风控制。通过炉膛上的负压变送器将炉膛压力标准电信号送入引风变频器PID 控制器的反馈通道，能够在较短的时间内及时控制炉膛负压及运行负荷的变化，改变了原蒸汽锅炉人工操作烟道挡板及风室调节不充分燃烧的缺陷，经过PID 控制器产生运算信号，也使蒸汽管道上压力基本稳定在设定值，蒸汽管道上的压力能够被自动跟踪。

(四)对原有锅炉的变频改造在锅炉节能上的优点。锅炉的鼓引风机一般是按进行满负荷工作来选择其型号的，但是在实际生产生活中鼓引风机运行并非是长期处于满负荷状态，煤耗及用电效率是锅炉能源消耗主要指标，传统方式设计时并没有考虑到节能和能源的消耗。同时，由于锅炉鼓引风机制造的工艺及其所承担的生产任务的不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤(喷降)量，防止出现给煤过多或较少的情况。传统的人工控制方式在实际操作过程中，时常出现耗电高、控制精度低、操作不当而产生环境污染(烟囱冒黑烟)等问题，采用变频器PID 控制器直接控制鼓(引)风机、给水泵、循环泵是一种非常快捷科学的方法，由于变频器的安装使用使大的电动机的启停、起到了避免电流冲击，减少了电机的故障的作用，并且能够在一定程度上延长电动机使用寿命、使得生产的成本得到降低，采用变频器还可以通过控制挡板截流电能损耗，根据生产的需要使用变频器随时调整电机速度，调节输出风量，从而达到提高生产的工作效率、降低能源消耗的目的。

(五)控制系统的启动方式。

1．调节速度的方式。操作工人会依照生产的具体实际由用外部的按钮(远程升速、降速)对电机进行速度的调控。变频器连接系统的端子转换到自动PID 的运行，使锅炉更加便捷、智能化地生产。同时，还可以实现全方位的开环运营，在原有的控制柜的基础上还有现场操作箱子上启动停止的按钮进而进行人工科调控。

2．系统连锁反应的主要表现。鼓风机正常运行的基本条件:引风机投入运行是首要条件，只有当引风机运行后鼓风机才可以使用。结合变频和工频，两者相互运用，然后连锁才能控制整个系统。控制中心如果变频系统在使用的过程中发生问题，系统会自动给发出报警信号，提醒值班人员赶紧处理，免除大的危险。

3．系统的主要构成。锅炉变频改造控制系统;配置:GGD 控制柜;鼓风变频功率:SAJ8000—7 ～5KW;引风变频功率:SAJ8000(18 ～5KW)

4．系统主要性能的特点分析。

(1)在运行方式的选择开关时。工频和变频两者相互转换、相互作用，变频和工频互相锁定，工频运行方式是原控制系统，两者之间还可进行相互保护。

(2)在变频方式的控制下。本地/远程-选择的开关具有明显特点，能够及时实现在人工条件下控制本地电位器，变频器PID 闭环调节速度的方法。

(3)变频软启动。发电机经过变频器的开启，电机电压采用技术是用数字来控制自动斜坡的技术，在电机逐渐升速时有效减小了对系统的冲击力，能有效地延长电控的元件和风机的寿命。

(4)完善的电机设备。其变频器具有在不同的故障条件下进行自身保护的功能:电机欠电压、再生过压、过流、过载、短路、过热保护等。

(5)发挥了柜体仪表显示强大功能和变频器的运行指示灯的显示功能。这就使得其能以标准化的模式变频器和电机结合进行批量的运输到监控系统中，可以发挥其优势。

(6)变频器如果发生故障。可以有自动报警指示功能，也可以实现远程操作，恢复原来的位置。

5．变频器的主要参数。具体如下: