探究锅炉机电一体化节能系统中变频技术的应用

朱洪生　刘光辉

【摘要】本文针对锅炉机电一体化节能系统中变频技术的应用进行了探究，以供参阅。

【关键词】锅炉;机电一体化;节能系统;变频技术;应用

1锅炉机电一体化节能系统变频控制概述

锅炉机电一体化节能系统调节对象较复杂，其受多种工艺参数的影响，单一频率控制已无法满足锅炉运行需求。而锅炉机电一体化节能系统变频控制主要从整体入手，综合利用前馈、比值、串级等计算方式，不断对输入水位信号、火焰信号、压力信号等关键信号进行逻辑分析，最终输出控制信号，控制锅炉炉排燃烧状态。

2基于变频技术的锅炉机电一体化节能系统改造背景

某电厂3#机组主要由高炉煤气燃料输送系统、燃料系统、锅炉风烟系统、增压风机等几个模块构成。该机组为亚临界一次再热直流微止压塔式锅炉单元制汽轮发电机组，燃烧系统主要包括左右墙16个燃烧器，每侧2层，每层8个。

3锅炉机电一体化节能系统中变频技术应用措施

3.1基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统改造要点分析

根据3#机组锅炉运行情况可知，受BFG（高炉煤气）、COG（焦炉煤气）、NG（天然气）等燃料供应条件及数量限制，3#机组常规运行负荷量较低。依据某电厂3#机组年度统计报表可知，3#机组年均负荷为220MW，即年负荷率在62%以下。而其年均负荷率低会导致高炉煤气增压风机常规运行余量增加，进而致使风机运行效率低，增加能源损耗。

某电厂3#机组现有高炉煤气增压风机均采用双速电机控制模式，在其处于高速/低速切换模式时，对进口调节挡板开度范围要求较高。这种情况下，若调节挡板存在特性不良问题，就会导致调节挡板无法切换，进而造成大量高炉煤气扩散。不仅造成了大量燃料资源浪费，而且对周边环境造成了严重污染。此时利用变频控制模式，可以两用一备的方式，在3#锅炉运行阶段某一高炉煤气增压风机变频装置出现故障时，立即进行轻油枪应用。同时自行启动备用变频风机，保证锅炉内燃料燃烧稳定。

根据3#机组高炉煤氣燃料输送系统现有运行情况，结合高炉煤气增压风机设计规范及技术参数，可得出3#机组锅炉增压风机改造需采用离心式双速控制高炉煤气增压风机变频调速技术。随后依据锅炉燃烧控制系统中生产工艺及设备稳定性等级参数，保证其在不同负荷下维持高功率、稳定运行。

3.2基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统运行措施

首先，由于某电厂锅炉机电一体化节能改造重点为高炉煤气增压风机高速电机，常规变频控制要求为2台变频控制。而针对2台变频运行过程中风机切换问题，系统改造人员可将第三台风机设置为变频启动模式，其余风机设置自动控制模块。若第三台风机转速达到起始转速350r/min后，作业人员可手动增速，促使其余自动控制风机风速下降。在全部风机在转速一致后，将待切换风机控制模式转化为手动降速，在其转速达到350r/min以上时，关停变频器。考虑到风机挡板、变频器为统一手操器控制，因此，在本次系统改造过程中，可在模拟量控制中添加切换逻辑。此时在变频器启动后，增压风机入口调门会根据速率变化进行逐步启动。同时采用PID或者手动操作的方式，直接输出命令符，控制增压风机入口调门。

其次，考虑到锅炉机电一体化节能系统在实际运行中各调节系统间相互关联，系统改造人员可将具体系统划分为水位调节、压力调节、经济燃料控制系统3个模块。其中水位调节主要包括单冲量、双冲量或三冲量等不同形式。本次改造主要采用三冲量调节方式，利用给水流量前馈比例运算。结合蒸汽流量前馈比例等级运算结果，可进行前馈串级调节系统搭建。同时在前馈串级调节系统内，以蒸汽流量为主要信号，结合锅筒水位阐参数及给水流量参数，对汽包水位进行控制，保证锅筒水位在一定限度内。

蒸汽压力控制主要是依据用汽量变化进行锅炉产热量的调节，保证锅炉内汽压力一定。为保证汽压调节效果，本次改造工程主要利用PLC（可编程控制器），以锅筒压力标准值、实测值为已知参数，进行PID智能运算。并引入蒸汽流量比例前馈运算方式，以保证内置调节功能自动运行，同步调节锅炉炉排、鼓风机，保证变频闭环控制精确度。

锅炉燃烧变频控制主要是以燃烧热量与负荷需求相符为目标，利用变频器输出控制信号的方式，调节鼓风量、给煤量平衡。同时利用烟气含氧量参数，加强风煤比分析，保证给煤量稳定，为锅炉机电一体化节能系统经济燃烧提供依据。同时考虑到锅炉燃烧控制中各种不确定因素，在某电厂3#机组锅炉改造过程中，可在锅炉炉膛位置设置负压传感器，负压传感器可直接将压力测量值输送到变频器，利用内置调节功能，对锅炉引风机转速进行合理控制。

再次，为保证基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统稳定运行，系统改造人员可利用蒸汽压力、进水流量、锅筒水位、烟气含氧量、火焰温度等测量检测仪表，将锅炉内部运行参数转化为以PLC控制系统为核心，添加少量输入输出控制点，为后续系统升级优化奠定基础。由于锅炉通信辅助电路需在CPU串行口配合下运行。即多台测量检测仪表需经一总线，与上位机进行信息交互。随后将锅炉现场运行信息、测量检测仪表信息传送给上位机，上位机根据通信反馈数据，进行模拟量输出。据此，本次锅炉机电一体化节能系统变频控制模式设计主要依据模块化控制原则，利用PLC可编程功能，在面板上进行运算功能模块、调节功能模块等用户程序的直接编制。

最后，依据锅炉机电一体化节能系统运行特点，在PID/手操调节的基础上，系统改造人员可依据鼓风机、引风机、给水系统运行需求。结合电机学原理，进行变频器调速控制方案设计。其中电机学原理主要为交流异步电动机转速计算公式：n（轴转速）=60×定子供电频率×（1-转差率）/极对数。根据上述公式可知，通过对定子供电频率的合理变化，可平滑调整风机同步转速，实现风量调整。即依据风量变化调节风机转速，在风量下降到75%时，交流异步电动机转速也下降75%，此时轴功率下降到额定功率的49.8%。

通过以上变频调速模式的合理应用，可以降低锅炉运行期间大量电力能源损耗，具有较高的经济价值。

3.3基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统改造结果

通过基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统改造，作业人员可以直观观测锅炉各模块运行参数，迅速得出锅炉正常运行、启停运行有效数据信息。并在显示面板上显示锅炉运行压力、炉膛负压、水位等数据。同时基于机电一体化高精度优势，通过系统改造，可以全面、自动控制锅炉系统送风比例，保证烟气中充足的氧气含量，促使锅炉内燃料充分燃烧，有效地降低了能源损耗量。

结语

总之，将变频技术应用于锅炉机电一体节能系统中，可以有效提升锅炉的使用效率，减少蒸汽的浪费。所以研究人员要充分了解、掌握锅炉变频系统，找出锅炉系统中存在的问题进而采取相应的措施予以有效地解决，以实现变频技术更好地应用以及锅炉系统安全、稳定的发展。

参考文献

[1]周小博.变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用[J].图书情报导刊，2009（19）.

[2]王鑫，王保军.变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用[J].信息化建设，2016（4）.