變頻調速器在蒸汽鍋爐系統中的運用

□王 琦

一、引言

調速性能優劣的決定性因素是變頻器的性能，變頻調速系統的核心部分是變頻器。影響變頻器使用效果的因素除了其自身的制造工藝外，變頻器使用時的控制方式更加重要。隨著大規模集成電路和微電子技術的發展，現代電力傳動技術發展迅猛，其發展的重要標志就是變頻調速技術的成熟。本文通過對工業生產使用蒸汽鍋爐的實際情況、變頻器以及變頻跳頻技術的發展等方面進行分析，得出了近年來變頻器控制蒸汽鍋爐鼓引風機設備的特色和優點。

二、變頻器及變頻調速技術發展分析

(一)變頻器及其工作原理簡介。變頻器是一種由整流器、濾波器、驅動電路、保護電路以及控制器等部分構成的實現變頻調速的裝置，即將工頻電源變換成各種頻率的交流電源，從而能夠使電機變速運行。主要的工作原理就是將單相或三相的交流電源通過整流器等裝置形成幅值基本固定的直流電壓加到逆變器上，然后通過其工作改變點值周期控制其輸出頻率，進而達到在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率控制的目的。在某些情況下，還需要通過轉矩計算的中心控制系統(CPU)及相應的電路對矢量控制變頻器進行計算控制。

(二)變頻調速技術發展。改變電機頻率和電壓來達到電機調速的技術就是變頻調速技術。無論機械的種類如何，其調速都是通過點擊進行的。傳統的調速方法多采用直流電機，但是因為直流電機調速具有許多缺點，更換滑環和碳刷頻繁，因此就逐漸出現了對變頻調速技術的改進，出現了交流點擊，如滑差電機、繞線式點擊等。

三、鍋爐系統分析

(一)鍋爐的概述。十八世紀六十年代，人們開始使用蒸汽鍋爐，二百多年來，鍋爐從最簡單的圓球開始經過許多次的改良，將其燃燒的物質的熱能轉變成其它工質熱能，生產出能夠符合規定參數和所需品質的工質設備稱為鍋爐。在一般的鍋爐設備中，能夠吸收熱量的的部分稱為鍋，而爐是能進行放熱處理的部分。通常意義上將水冷壁、過熱器、省煤器這樣類似的吸熱部分看成是鍋;爐膛、燃燒器、燃油泵，送、引風機這樣進行放熱的部分看成是爐。簡單地說一個吸熱一個放熱，簡而言之，一個承受蒸汽壓力的鍋，加上一個燒火的爐，即組成了鍋爐。

(二)蒸汽鍋爐的用途。蒸汽鍋爐的運用范圍十分廣泛，蒸汽鍋爐生產的蒸汽可以是飽和的，也可以是過熱的，這視需要而定。例如:鍋爐蒸汽導入蒸汽機或汽輪機使熱能變為機械能;鍋爐蒸汽導入工業設備中，用以加熱、蒸發、烘干;鍋爐蒸汽導入暖氣設備中，以提高室溫。這說明了蒸汽鍋爐在工業生產的應用十分廣泛。

(三)變頻調速在蒸汽鍋爐系統的應用。變頻器在鍋爐鼓引風中的應用:一是控目的。進行改造后能夠使鍋爐中的燃燒更加充分，減少燃燒后因不充分燃燒而造成廢渣中可用資源的浪費，因此可以提高能源的使用效率、降低單位能耗。二是鼓引風控制。通過爐膛上的負壓變送器將爐膛壓力標準電信號送入引風變頻器PID 控制器的反饋通道，能夠在較短的時間內及時控制爐膛負壓及運行負荷的變化，改變了原蒸汽鍋爐人工操作煙道擋板及風室調節不充分燃燒的缺陷，經過PID 控制器產生運算信號，也使蒸汽管道上壓力基本穩定在設定值，蒸汽管道上的壓力能夠被自動跟蹤。

(四)對原有鍋爐的變頻改造在鍋爐節能上的優點。鍋爐的鼓引風機一般是按進行滿負荷工作來選擇其型號的，但是在實際生產生活中鼓引風機運行并非是長期處于滿負荷狀態，煤耗及用電效率是鍋爐能源消耗主要指標，傳統方式設計時并沒有考慮到節能和能源的消耗。同時，由于鍋爐鼓引風機制造的工藝及其所承擔的生產任務的不同，蒸汽需求量變化時，需改變給煤(噴降)量，防止出現給煤過多或較少的情況。傳統的人工控制方式在實際操作過程中，時常出現耗電高、控制精度低、操作不當而產生環境污染(煙囪冒黑煙)等問題，采用變頻器PID 控制器直接控制鼓(引)風機、給水泵、循環泵是一種非?？旖菘茖W的方法，由于變頻器的安裝使用使大的電動機的啟停、起到了避免電流沖擊，減少了電機的故障的作用，并且能夠在一定程度上延長電動機使用壽命、使得生產的成本得到降低，采用變頻器還可以通過控制擋板截流電能損耗，根據生產的需要使用變頻器隨時調整電機速度，調節輸出風量，從而達到提高生產的工作效率、降低能源消耗的目的。

(五)控制系統的啟動方式。

1．調節速度的方式。操作工人會依照生產的具體實際由用外部的按鈕(遠程升速、降速)對電機進行速度的調控。變頻器連接系統的端子轉換到自動PID 的運行，使鍋爐更加便捷、智能化地生產。同時，還可以實現全方位的開環運營，在原有的控制柜的基礎上還有現場操作箱子上啟動停止的按鈕進而進行人工科調控。

2．系統連鎖反應的主要表現。鼓風機正常運行的基本條件:引風機投入運行是首要條件，只有當引風機運行后鼓風機才可以使用。結合變頻和工頻，兩者相互運用，然后連鎖才能控制整個系統?？刂浦行娜绻冾l系統在使用的過程中發生問題，系統會自動給發出報警信號，提醒值班人員趕緊處理，免除大的危險。

3．系統的主要構成。鍋爐變頻改造控制系統;配置:GGD 控制柜;鼓風變頻功率:SAJ8000—7 ～5KW;引風變頻功率:SAJ8000(18 ～5KW)

4．系統主要性能的特點分析。

(1)在運行方式的選擇開關時。工頻和變頻兩者相互轉換、相互作用，變頻和工頻互相鎖定，工頻運行方式是原控制系統，兩者之間還可進行相互保護。

(2)在變頻方式的控制下。本地/遠程-選擇的開關具有明顯特點，能夠及時實現在人工條件下控制本地電位器，變頻器PID 閉環調節速度的方法。

(3)變頻軟啟動。發電機經過變頻器的開啟，電機電壓采用技術是用數字來控制自動斜坡的技術，在電機逐漸升速時有效減小了對系統的沖擊力，能有效地延長電控的元件和風機的壽命。

(4)完善的電機設備。其變頻器具有在不同的故障條件下進行自身保護的功能:電機欠電壓、再生過壓、過流、過載、短路、過熱保護等。

(5)發揮了柜體儀表顯示強大功能和變頻器的運行指示燈的顯示功能。這就使得其能以標準化的模式變頻器和電機結合進行批量的運輸到監控系統中，可以發揮其優勢。

(6)變頻器如果發生故障?？梢杂凶詣訄缶甘竟δ埽部梢詫崿F遠程操作，恢復原來的位置。

5．變頻器的主要參數。具體如下:

F001 加速時間

F002 減速時間

F015 上限頻率

F030 停機方式

F039 控制方式

F040 頻率給定方式

四、對爐排電機的變頻改造帶來的相關影響

許多廠商因爐排電機較小，時常會對其忽視，不對其進行改造。然而，沒有對爐排電機進行及時的改造，在實際的生產過程中產生了許多弊端。爐排電機作用是對煤在爐內燃燒的時間進行控制，其速度的快慢直接導致燃燒率的高低，傳統爐排電機通過機械換擋進行調速，效率較低，而且利用率不高。

采用了變頻調速設備之后，使以前傳統所帶來的嚴重后果大大的降低，既可以及時地進行風力的調整，也可以將資源進行充分利用，熱能效果得到提高，煤炭可以得到充分的燃燒，污染也相對減少，是一個成功的改造例子。

總之，變頻器的產生是鍋爐發展史上的一次偉大的創新，給人們生活帶來了極大的便利，進入了智能化的、自動化的時代。通過自主調節將資源充分利用，也節約了成本，實現了保護環境的目的。