淺析變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

譚沛宜

摘 要： 傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)備能耗較高，控制系統(tǒng)較為落后，容易在運(yùn)行過程中產(chǎn)生各類問題與故障，嚴(yán)重影響其正常穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是隨著節(jié)能減排戰(zhàn)略的不斷深化，鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能改造十分必要。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)作為新型控制技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，起到了較好的節(jié)能效果。本文主要針對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與闡述。

關(guān)鍵詞： 變頻節(jié)能技術(shù)；鍋爐；PLC

1引言

鍋爐設(shè)備作為一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，能夠?qū)⒒剂现械幕瘜W(xué)能、核能等多種能量轉(zhuǎn)化為具有熱能的蒸汽等，既可以為工業(yè)生產(chǎn)提供直接的熱能，也可以進(jìn)一步通過動(dòng)力裝置將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在工業(yè)生產(chǎn)中的諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，能量轉(zhuǎn)換效率十分關(guān)鍵。傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)備能耗較高，能量的浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，近年來隨著人們節(jié)能意識(shí)的不斷提升，針對(duì)鍋爐設(shè)備的節(jié)能改造逐漸引起了人們的關(guān)注。本文就主要針對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析與闡述。

2鍋爐控制系統(tǒng)的組成

一般來說，鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)主要可以分為壓力控制系統(tǒng)、水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及燃燒控制系統(tǒng)三大部分。

2.1壓力控制系統(tǒng)

壓力控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)鍋爐設(shè)備中的蒸汽氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與調(diào)節(jié)，保證其能夠有效滿足實(shí)際用汽需求。當(dāng)用汽量需求增加時(shí)，蒸汽輸出量增多將導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部壓力的下降，相反當(dāng)用汽量需求降低時(shí)，將導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部壓力的上升。基于鍋爐爐筒內(nèi)部壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握實(shí)時(shí)用汽量需求與鍋爐實(shí)際輸出的差異情況，從而反饋至鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備處，及時(shí)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量與鼓風(fēng)量，改變爐排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)爐溫進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)蒸汽量的調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)與實(shí)際蒸汽量需求的平衡。

2.2水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為關(guān)系到鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制系統(tǒng)，對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行有著重要的影響。當(dāng)水位過高時(shí)，鍋爐的加熱過程會(huì)顯著增長，導(dǎo)致汽水分離的速度顯著降低，影響鍋爐的蒸汽產(chǎn)量；相反當(dāng)水位過低時(shí)，汽水分離速度過快，導(dǎo)致爐內(nèi)蒸汽壓力過大，造成嚴(yán)重的安全隱患，甚至可能發(fā)生燒毀或鍋爐爆炸等事故。因此利用水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將鍋爐內(nèi)水位保證在科學(xué)合理的水平對(duì)鍋爐的正常溫度運(yùn)行有著突出的意義。一般來說，鍋爐的水位調(diào)節(jié)多采用三沖量調(diào)節(jié)方案，通過對(duì)蒸汽流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判斷爐內(nèi)水位與壓力情況，進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)整爐內(nèi)的給水速度，保證水位保持在合理安全的范圍內(nèi)。

2.3燃燒控制系統(tǒng)

鍋爐系統(tǒng)中燃料的燃燒是能量損失較為嚴(yán)重的環(huán)節(jié)，做好燃料燃燒過程的控制對(duì)有效提高鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能型都有著重要的意義。以燃煤鍋爐為例，通過對(duì)爐內(nèi)壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得蒸汽需求信息，并根據(jù)實(shí)時(shí)的蒸汽需求對(duì)鍋爐的給煤量和鼓風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，一方面保證給煤量與鼓風(fēng)量的最佳組合比，確保煤在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，另一方面保證熱能的有效供應(yīng)，同時(shí)避免過多的產(chǎn)熱導(dǎo)致能量的大量浪費(fèi)。

3變頻節(jié)能技術(shù)的簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式主要可以分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)兩大類，其中恒速調(diào)節(jié)是指不改變風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速而是通過改變外部風(fēng)阻來調(diào)節(jié)實(shí)際風(fēng)速，一般多采用風(fēng)門調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)；變速調(diào)節(jié)是指改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，一般多采用轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻等方式。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式無論是恒速調(diào)節(jié)還是變速調(diào)節(jié)，都造成了較大的能量浪費(fèi)，相比之下變頻調(diào)節(jié)不僅調(diào)節(jié)快速精準(zhǔn)，其能耗也得到了有效的降低。

異步電機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中常用的電動(dòng)機(jī)類型，其轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比例關(guān)系，改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制與調(diào)節(jié)，同時(shí)這種調(diào)節(jié)方式不需要引入額外的電阻等元件，從而大大減少了其他電氣元件上的電能損耗。

由于電網(wǎng)的供電頻率保持不變，因此變頻控制技術(shù)中頻率的改變主要通過變頻器實(shí)現(xiàn)，其頻率調(diào)節(jié)范圍較大，使得電動(dòng)機(jī)能夠在0～100%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無極變速，具有較高的控制精度與調(diào)速平滑性，調(diào)速過程中對(duì)電動(dòng)機(jī)的損耗大大降低。

4變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

通過上文可以看出，鍋爐系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)十分繁瑣復(fù)雜，這就要求在對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)時(shí)刻以整體為基礎(chǔ)，綜合利用變頻節(jié)能調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜鍋爐機(jī)電設(shè)備的節(jié)能控制。為了實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，需要根據(jù)變頻控制技術(shù)的控制需求，建立完整的控制鏈路，主要可以分為監(jiān)測(cè)儀表、可編程控制器以及變頻調(diào)速器三部分組成。

4.1監(jiān)測(cè)儀表

為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效的變頻調(diào)節(jié)控制，需要對(duì)鍋爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，通過各類監(jiān)測(cè)儀表設(shè)備，對(duì)燃燒溫度、水泵流量、鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量、爐內(nèi)壓力以及蒸汽流量等鍋爐各部分的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，并將其反饋至可編程控制器處進(jìn)行分析與處理。

4.2可編程控制器

可編程控制器，即PLC，是鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)的核心控制部分，主要負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)得到的鍋爐運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析與處理，判斷當(dāng)前鍋爐的運(yùn)行轉(zhuǎn)改，并根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，將控制信號(hào)輸出至變頻調(diào)速器處?？删幊炭刂破鞯木幊淌直憬?，通過可視化的編程軟件即可實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)處理邏輯的編程，并將程序存儲(chǔ)至其存儲(chǔ)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)離線脫機(jī)運(yùn)行?？删幊炭刂破骶哂袕?qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，具備算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等基本數(shù)據(jù)處理功能，同時(shí)可以對(duì)多路輸入信號(hào)進(jìn)行平行處理，數(shù)據(jù)分析處理效率較高。此外可編程控制器還設(shè)置有自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)鍋爐出現(xiàn)蒸汽泄露及其他異常狀態(tài)時(shí)，可編程控制器可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并發(fā)出告警信號(hào)，進(jìn)一步提高了鍋爐設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)大大減少了不必要的能量損耗，提高了節(jié)能效果。

4.3變頻調(diào)速器

在鍋爐系統(tǒng)中，變頻調(diào)速器主要分布于鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤傳送帶及給水水泵等設(shè)備處，主要負(fù)責(zé)接收可編程控制器的控制指令，完成精準(zhǔn)的變頻控制。變頻調(diào)速器是變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐系統(tǒng)中的實(shí)際執(zhí)行部件，其通過對(duì)供電頻率的精準(zhǔn)控制與調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行效率的有效提升，大大提高了鍋爐運(yùn)行的節(jié)能效果。

5結(jié)束語

鍋爐系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)中常見的工業(yè)設(shè)備，其能耗較高，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造具有顯著的實(shí)際意義。變頻節(jié)能技術(shù)作為一種高效、節(jié)能的控制技術(shù)，已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果，本文主要針對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在鍋爐機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了研究、分析與闡述，相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善，鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能效果必將得到進(jìn)一步的提升。■

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