變頻技術在燃氣鍋爐節能系統中的應用

河南中煙工業有限責任公司南陽卷煙廠 楊如惠 葉帛 唐克爭

引言

變頻技術在當代的調速技術中占有一席之地，有著不可替代的理想技術效果。科技的迅速發展，使變頻技術逐漸具備了在工業領域發展的條件[1]。老式的鍋爐電控系統主要以接觸器（contactor）、繼電器（relay）為鏈接，若從技術層面進行評估，會存在影響鍋爐整體運行節能性與安全性的問題。本文提出的電機變頻調速裝置主要為系統執行部門進行控制應用，可節約系統元器件的使用成本，從而借助交流電機變頻技術達到降低鍋爐整體能耗率的問題。

1 變頻技術的原理及優勢

變頻器的電路主要由整流（rectification）、直流、逆變（contravariant）和控制四大部分構成，對設備運轉速度、耗能等方面進行共同作用。變頻技術的基本原理是通過改變電流的頻率達到改變電機轉速的目的，從而達到機電設備可以無極調速的使用狀態。變頻技術應用于電機的優勢則在于實現電機運行的安全性，并對運行速度進行自動降速控制，在降低電機的能源消耗的同時提高運行工作效率[2]。

變頻器應用于電機可整體提高鍋爐運轉的效率，原因在于：在頻率變化后，電動機基本保持額定轉差率同步運行的狀態，在變頻器作用時，變頻裝置只產生變流的損失，鍋爐整體運行的效率下降。

變頻器應用于電機可整體提高鍋爐運轉的范圍，并在鍋爐運轉的范圍內具有較高的調速效率，可達到10∶1 甚至20∶1。所以變頻技術適用于常處于低運轉速率轉臺下的負載寬范圍。

變頻技術簡化了燃氣鍋爐的運行過程，如未應用前，燃氣鍋爐的啟動時間為10 分鐘，在應用變頻技術后，僅需要1 分鐘就可達到風機與隨風機一同開啟的效果。

概括來說，變頻技術基本可以保持鍋爐運作時的額定轉差率，是一種高效調速方法。

2 變頻技術在燃氣鍋爐中的燃燒控制

燃氣鍋爐應用變頻器的根本原因在于可以保證鍋爐燃燒熱量適應整體系統運轉負荷的需要，符合燃氣鍋爐對安全性的需求。變頻器對燃氣鍋爐的燃燒控制方式如下所示。

（1）可通過變頻器對燃氣量進行控制信號的傳遞，通過調節燃氣量的使用比例，再結合鼓風量的大小，使燃氣鍋爐的燃燒狀態達到最佳。

（2）提高煙氣含氧量的參數，保證鍋爐的經濟燃燒，提高燃氣鍋爐的熱效率。

（3）變頻器對燃氣鍋爐內傳感器的數值進行采集，利用自身的調節功能對鍋爐引風機進行控制，以保證鍋爐堂內的氣壓值穩定。

在傳統人工調節系統時，燃氣鍋爐內堂的氣壓值不穩定，導致工作人員難以對數值進行精確掌握。當壓力值過大時，則會導致燃氣鍋爐的漏風損失和排煙熱損失；當壓力值過小時，會導致燃氣鍋爐內正膛向外部噴火，以至于對環境造成破壞以及污染。在應用變頻器后，閉環控制整個燃氣鍋爐的工作方式，促使引風機能夠自動根據膛內的壓值進行精準調控。

3 變頻調速器的節能控制

根據流體力學可知，風機的交流電動機功率與轉速的三次方成正比。所以，當風機轉速低時，燃氣鍋爐內的電動機功率成立方比下降，節能效果明顯提升。在本系統中變頻器通過調節轉速對燃氣量、給水量、鼓風量進行整體調節，節能原理詳情如圖1 所示。

圖1 變頻器控制的風壓與風量曲線圖

如圖1 所示，曲線A 為風機在轉速保持不變的情況下的風壓；曲線B 為燃氣鍋爐風門全開的風阻特性。假設鍋爐風機工作在HC點的工作效率最高，此時風量為QC，軸功率為NC，成正比關系。在順應生產工藝需求時，風量由HC降至HB，官網組力特性變為曲線B，在圖1 中可明顯看出風壓QB反而增加，說明軸功率下降幅度不大。如采用變頻器的方式，風機數由C 降至B，則轉數風量（Q-H）特性如曲線n 所示，功率隨著風壓的降低也隨之降低，實現了燃氣鍋爐綠色減排的功效[3]。

4 結語

綜上所述，變頻技術在鍋爐節能系統中的應用改造，可以將燃氣鍋爐運行時的各個元器件的運行參數進行快速計算和啟停。同時可延長電機以及其他設備的壽命，節約機器的使用成本，避免大功率元器件在運行時對燃氣鍋爐的損壞。