變頻調(diào)速器在蒸汽鍋爐系統(tǒng)中的運(yùn)用

□王 琦

一、引言

調(diào)速性能優(yōu)劣的決定性因素是變頻器的性能，變頻調(diào)速系統(tǒng)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(shí)的控制方式更加重要。隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力傳動技術(shù)發(fā)展迅猛，其發(fā)展的重要標(biāo)志就是變頻調(diào)速技術(shù)的成熟。本文通過對工業(yè)生產(chǎn)使用蒸汽鍋爐的實(shí)際情況、變頻器以及變頻跳頻技術(shù)的發(fā)展等方面進(jìn)行分析，得出了近年來變頻器控制蒸汽鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)設(shè)備的特色和優(yōu)點(diǎn)。

二、變頻器及變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)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(qū)動電路、保護(hù)電路以及控制器等部分構(gòu)成的實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)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(jī)變速運(yùn)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(diǎn)值周期控制其輸出頻率，進(jìn)而達(dá)到在逆變器上同時(shí)進(jìn)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(zhuǎn)矩計(jì)算的中心控制系統(tǒng)(CPU)及相應(yīng)的電路對矢量控制變頻器進(jìn)行計(jì)算控制。

(二)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展。改變電機(jī)頻率和電壓來達(dá)到電機(jī)調(diào)速的技術(shù)就是變頻調(diào)速技術(shù)。無論機(jī)械的種類如何，其調(diào)速都是通過點(diǎn)擊進(jìn)行的。傳統(tǒng)的調(diào)速方法多采用直流電機(jī)，但是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)調(diào)速具有許多缺點(diǎn)，更換滑環(huán)和碳刷頻繁，因此就逐漸出現(xiàn)了對變頻調(diào)速技術(shù)的改進(jìn)，出現(xiàn)了交流點(diǎn)擊，如滑差電機(jī)、繞線式點(diǎn)擊等。

三、鍋爐系統(tǒng)分析

(一)鍋爐的概述。十八世紀(jì)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(jīng)過許多次的改良，將其燃燒的物質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)變成其它工質(zhì)熱能，生產(chǎn)出能夠符合規(guī)定參數(shù)和所需品質(zhì)的工質(zhì)設(shè)備稱為鍋爐。在一般的鍋爐設(shè)備中，能夠吸收熱量的的部分稱為鍋，而爐是能進(jìn)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(fēng)機(jī)這樣進(jìn)行放熱的部分看成是爐。簡單地說一個(gè)吸熱一個(gè)放熱，簡而言之，一個(gè)承受蒸汽壓力的鍋，加上一個(gè)燒火的爐，即組成了鍋爐。

(二)蒸汽鍋爐的用途。蒸汽鍋爐的運(yùn)用范圍十分廣泛，蒸汽鍋爐生產(chǎn)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(dǎo)入蒸汽機(jī)或汽輪機(jī)使熱能變?yōu)闄C(jī)械能;鍋爐蒸汽導(dǎo)入工業(yè)設(shè)備中，用以加熱、蒸發(fā)、烘干;鍋爐蒸汽導(dǎo)入暖氣設(shè)備中，以提高室溫。這說明了蒸汽鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用十分廣泛。

(三)變頻調(diào)速在蒸汽鍋爐系統(tǒng)的應(yīng)用。變頻器在鍋爐鼓引風(fēng)中的應(yīng)用:一是控目的。進(jìn)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(fèi)，因此可以提高能源的使用效率、降低單位能耗。二是鼓引風(fēng)控制。通過爐膛上的負(fù)壓變送器將爐膛壓力標(biāo)準(zhǔn)電信號送入引風(fēng)變頻器PID 控制器的反饋通道，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)控制爐膛負(fù)壓及運(yùn)行負(fù)荷的變化，改變了原蒸汽鍋爐人工操作煙道擋板及風(fēng)室調(diào)節(jié)不充分燃燒的缺陷，經(jīng)過PID 控制器產(chǎn)生運(yùn)算信號，也使蒸汽管道上壓力基本穩(wěn)定在設(shè)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(jié)能上的優(yōu)點(diǎn)。鍋爐的鼓引風(fēng)機(jī)一般是按進(jìn)行滿負(fù)荷工作來選擇其型號的，但是在實(shí)際生產(chǎn)生活中鼓引風(fēng)機(jī)運(yùn)行并非是長期處于滿負(fù)荷狀態(tài)，煤耗及用電效率是鍋爐能源消耗主要指標(biāo)，傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)時(shí)并沒有考慮到節(jié)能和能源的消耗。同時(shí)，由于鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)制造的工藝及其所承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)的不同，蒸汽需求量變化時(shí)，需改變給煤(噴降)量，防止出現(xiàn)給煤過多或較少的情況。傳統(tǒng)的人工控制方式在實(shí)際操作過程中，時(shí)常出現(xiàn)耗電高、控制精度低、操作不當(dāng)而產(chǎn)生環(huán)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(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)泵是一種非?？旖菘茖W(xué)的方法，由于變頻器的安裝使用使大的電動機(jī)的啟停、起到了避免電流沖擊，減少了電機(jī)的故障的作用，并且能夠在一定程度上延長電動機(jī)使用壽命、使得生產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)的需要使用變頻器隨時(shí)調(diào)整電機(jī)速度，調(diào)節(jié)輸出風(fēng)量，從而達(dá)到提高生產(chǎn)的工作效率、降低能源消耗的目的。

(五)控制系統(tǒng)的啟動方式。

1．調(diào)節(jié)速度的方式。操作工人會依照生產(chǎn)的具體實(shí)際由用外部的按鈕(遠(yuǎn)程升速、降速)對電機(jī)進(jìn)行速度的調(diào)控。變頻器連接系統(tǒng)的端子轉(zhuǎn)換到自動PID 的運(yùn)行，使鍋爐更加便捷、智能化地生產(chǎn)。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)全方位的開環(huán)運(yùn)營，在原有的控制柜的基礎(chǔ)上還有現(xiàn)場操作箱子上啟動停止的按鈕進(jìn)而進(jìn)行人工科調(diào)控。

2．系統(tǒng)連鎖反應(yīng)的主要表現(xiàn)。鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的基本條件:引風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行是首要條件，只有當(dāng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行后鼓風(fēng)機(jī)才可以使用。結(jié)合變頻和工頻，兩者相互運(yùn)用，然后連鎖才能控制整個(gè)系統(tǒng)?？刂浦行娜绻冾l系統(tǒng)在使用的過程中發(fā)生問題，系統(tǒng)會自動給發(fā)出報(bào)警信號，提醒值班人員趕緊處理，免除大的危險(xiǎn)。

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

4．系統(tǒng)主要性能的特點(diǎn)分析。

(1)在運(yùn)行方式的選擇開關(guān)時(shí)。工頻和變頻兩者相互轉(zhuǎn)換、相互作用，變頻和工頻互相鎖定，工頻運(yùn)行方式是原控制系統(tǒng)，兩者之間還可進(jìn)行相互保護(hù)。

(2)在變頻方式的控制下。本地/遠(yuǎn)程-選擇的開關(guān)具有明顯特點(diǎn)，能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)在人工條件下控制本地電位器，變頻器PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)速度的方法。

(3)變頻軟啟動。發(fā)電機(jī)經(jīng)過變頻器的開啟，電機(jī)電壓采用技術(shù)是用數(shù)字來控制自動斜坡的技術(shù)，在電機(jī)逐漸升速時(shí)有效減小了對系統(tǒng)的沖擊力，能有效地延長電控的元件和風(fēng)機(jī)的壽命。

(4)完善的電機(jī)設(shè)備。其變頻器具有在不同的故障條件下進(jìn)行自身保護(hù)的功能:電機(jī)欠電壓、再生過壓、過流、過載、短路、過熱保護(hù)等。

(5)發(fā)揮了柜體儀表顯示強(qiáng)大功能和變頻器的運(yùn)行指示燈的顯示功能。這就使得其能以標(biāo)準(zhǔn)化的模式變頻器和電機(jī)結(jié)合進(jìn)行批量的運(yùn)輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中，可以發(fā)揮其優(yōu)勢。

(6)變頻器如果發(fā)生故障?？梢杂凶詣訄?bào)警指示功能，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，恢復(fù)原來的位置。

5．變頻器的主要參數(shù)。具體如下:

F001 加速時(shí)間

F002 減速時(shí)間

F015 上限頻率

F030 停機(jī)方式

F039 控制方式

F040 頻率給定方式

四、對爐排電機(jī)的變頻改造帶來的相關(guān)影響

許多廠商因爐排電機(jī)較小，時(shí)常會對其忽視，不對其進(jìn)行改造。然而，沒有對爐排電機(jī)進(jìn)行及時(shí)的改造，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了許多弊端。爐排電機(jī)作用是對煤在爐內(nèi)燃燒的時(shí)間進(jìn)行控制，其速度的快慢直接導(dǎo)致燃燒率的高低，傳統(tǒng)爐排電機(jī)通過機(jī)械換擋進(jìn)行調(diào)速，效率較低，而且利用率不高。

采用了變頻調(diào)速設(shè)備之后，使以前傳統(tǒng)所帶來的嚴(yán)重后果大大的降低，既可以及時(shí)地進(jìn)行風(fēng)力的調(diào)整，也可以將資源進(jìn)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(gè)成功的改造例子。

總之，變頻器的產(chǎn)生是鍋爐發(fā)展史上的一次偉大的創(chuàng)新，給人們生活帶來了極大的便利，進(jìn)入了智能化的、自動化的時(shí)代。通過自主調(diào)節(jié)將資源充分利用，也節(jié)約了成本，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)環(huán)境的目的。