淺談變頻器在鍋爐調速控制系統中的應用

摘 要：變頻調速技術是近年來發展起來的一種先進技術。由于節能降耗對于鍋爐調速控制系統越來越重要，因此，在鍋爐調速控制系統中廣泛使用變頻器勢在必行。

關鍵詞：變頻器 鍋爐調速控制系統 應用

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0097-01

變頻器自80年代進入實際應用以來，主要以交流電動機的節能應用為主。但是進入90年代后，隨著計算機技術和電力電子技術的發展，變頻器得到了迅猛發展。由于交流電動機結構簡單、堅固耐用、無需換向裝置，可適用于各種工作環境，縱觀科學技術的進步與發展，實踐證明，使用以變頻器為核心的交流調速系統有著廣泛的應用范圍和可觀的社會、經濟效益。變頻器在工業鍋爐自動控制系統中的廣泛應用，實現了設備調速節能運行、改善操作環境之目的。

開灤股份范各莊礦業分公司水暖科鍋爐房共有4臺20 t蒸汽鍋爐，附屬鼓引風機、鍋爐上水泵和爐排調電機設備等在未采用變頻控制前有以下主要問題。

（1）電能消耗較大：鍋爐運行中，鼓引風機、水泵電機啟動后始終處于全速運轉狀態，電機轉速無法根據鍋爐運行負荷大小進行調節，造成電能浪費。（2）電機啟動電流過大，對供電設備及電路影響損害較大。（3）鼓引風機噪音較大，給操作人員身體健康造成不利。

從2009年至2012年，水暖科鍋爐房先后完成了對鍋爐調速控制系統所有設備的變頻改造，上述問題也得到了徹底解決。改造后有效降低了鍋爐設備的運行事故率，節能效果顯著，兩年即收回了成本投入。它也使過去復雜的調速系統變得非常簡單，為設計和應用提供了極大便利。

1 變頻器的主要作用

節能：在風機。水泵等方面的額機械運行中都是運用變頻器來實現調速運行的，它的特點就是在節能上有著最明顯的效果，同時變頻器的也是最為重要的一個應用領域。

提高生產效率，保證產品質量：在生產線的流水作業控制等方面，往往存在快速運行，準確停車，重載恒速輸送，輕載高速返回等許多工藝要求。采用變頻調速，可以很好地解決這些矛盾。并且逐步取代直流電機，使生產設備的結構更加合理，生產力大幅度提高。

防止沖擊電流：由于變頻器可以方便地實現軟啟動，因而可以有效地減少電動機啟、停時對電網的沖擊，改善電源容量裕度。

可以方便地實現電動機的正、反向運行，不需要主回路交流接觸器的互導切換，減少故障維修。

2 變頻器用于鍋爐調速控制系統中的主要目的

變頻器在工業鍋爐自動控制系統中，主要用于鼓引風機、供水泵和除渣系統，最主要的目的是節能。由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵或風機的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵或風機電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如：一臺水泵電機功率為55 kW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16 kW，省電48.8%，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.875 kW，省電87.5%。采用變頻器驅動具有很高的節能空間。目前許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調速裝置取代傳統方式，中國國家能源法第29條第二款也明確規定風機泵類負載應該采用變頻調速。

3 變頻器在鍋爐調速控制系統各個環節上的應用及特殊性

爐排電機與鼓、引風機電機選用的變頻器不同。爐排電機變頻選用的是恒轉矩變頻器，鼓、引風機變頻選用的是恒功率變頻器。

3.1 鼓、引風機控制

由于鍋爐鼓、引風機電機功率相對較大，且在鍋爐運行中，隨著負荷的增減，鼓、引風機調節的幅度相對也較大，因此對鼓引風機進行變頻控制節電效果最為顯著。通常風機調節風量和壓力的方法有控制輸出或輸入端的風門和控制風機轉速兩種。采用控制輸出或輸入端風門的方式，管路的節流阻力改變時，可以得到所需的送風特性。這種方法的優點是初期投資少、控制簡單，但是由于電動機的輸出功率大部分消耗在壓力上，故能源浪費大、控制精度低。隨著變頻器的發展，采用變頻調速裝置容易操作，并可以實現高功能化和節能目的。由于變頻器本身也消耗功率，其輸出功率比標稱功率略小，因此變頻器容量選擇應加大一檔，以使變頻器可以適當提高頻率（即轉速）運行，保證鍋爐系統風量。

3.2 爐排變頻控制

爐排電動機功率較小，因此采用變頻控制的目的是穩定運行，同時也有很大的節電作用。爐排變頻控制有其特殊性：

由于爐排長期保持低速運行狀態，所以會出現電動機發熱問題。宜選擇變頻電機。由于低速運行時變頻器輸入電流很小，但輸出電流則遠大于電機額定電流。為保證電動機恒轉矩運行，變頻器必須是低電壓和大電流。因此，變頻器選型也必須加大一檔，從而保證爐排電動機長期低速運行。

3.3 恒壓供水

通過對鍋爐上水泵的變頻控制，可以實現恒壓供水。對供水系統進行的控制，歸根結底，是為了滿足用戶對流量的需求。流量控制常見的方法有閥門控制法和轉速控制法兩種，在所需流量小于額定流量的情況下，轉速控制法的揚程比閥門控制法小得多，大大節省供水功率，同時也提高了水泵工作效率，延長水泵工作壽命。通常供水流量增大，則壓力也增大，反之壓力減小，壓力成為用來作為控制流量大小的參變量。即在電動機工作效率處于最佳狀態下動態保持供水系統中管道壓力的恒定，也就保證了供水能力和用水量的平衡狀態，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的。當用水流量減小時，供水能力大于用水流量，壓力上升，反饋信號上升，給定信號與反饋信號合成后給變頻控制器的信號下降，變頻器輸出頻率減小，執行機構（電動機）轉速降低，供水能力下降，直到壓力大小回復到給定值，供水能力與用水量重新平衡；反之一樣。

4 變頻器使用時注意事項

因變頻器運行時產生高次諧波，會對電機及周圍設備產生干擾，所以要裝電抗器。

變頻器的輸入信號很小，對干擾很敏感，一旦輸入信號存在問題，電動機將會出現轉速不穩、發熱等問題，所以安裝一定要加裝單獨的屏蔽線，方可避免此類問題。環境溫度變化，使用空調進行冷卻。變頻器調速范圍要注意：一般控制為50%～70%（低于30 Hz，潤滑系統不保證）。變頻系統的供電電源和其他設備的供電電源相對獨立。

5 結語

隨著我國經濟高速發展，能源緊缺問題已成為世人不得不面對的現實，異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業的每個角落中。供暖鍋爐房作為能耗大戶，降低生產成本，已經成為生產經營過程的重要因素，在鍋爐調速控制系統中廣泛使用變頻器，其經濟效益十分可觀。

參考文獻

[1]劉弘睿.工業鍋爐技術標準規范應用大全[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2]王仁祥.通用變頻器選型與維修技術[M].北京：中國電力出版社，2004.