鍋爐電氣系統(tǒng)中變頻器的節(jié)能應(yīng)用分析

晉能長(zhǎng)治熱電有限公司 王 鑫

1 引言

鍋爐對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)及民用取暖都發(fā)揮著極為重要的作用。鍋爐的使用需要耗費(fèi)大量電能，因此如何能夠節(jié)約能源是相關(guān)企業(yè)積極探索的重要問(wèn)題。鍋爐運(yùn)行消耗的電能中，95%以上為水泵和風(fēng)機(jī)消耗的。一般情況下，如果鍋爐的負(fù)荷發(fā)生變化，需要對(duì)鍋爐的燃燒情況進(jìn)行必要調(diào)整，能夠降低能源耗損。過(guò)去多利用機(jī)械節(jié)流方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)風(fēng)門擋板張開(kāi)角度進(jìn)行合理調(diào)整從而控制進(jìn)風(fēng)量。但是在鍋爐運(yùn)行時(shí)調(diào)整閥門或是擋板，無(wú)法改變風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行負(fù)荷，同時(shí)也無(wú)法改變風(fēng)機(jī)和水泵電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)軸功率，發(fā)動(dòng)機(jī)耗費(fèi)的能量并沒(méi)有實(shí)際降低。此種運(yùn)行模式不但會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備耗損增加，因此縮短設(shè)備的使用壽命或是提升維修及維護(hù)費(fèi)用。

編排調(diào)速依據(jù)負(fù)荷變化為基礎(chǔ)，可確保電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增減速度，完成電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速。電動(dòng)機(jī)最佳調(diào)速方式為大范圍高精度的變頻調(diào)速。

2 變頻器工作原理

變頻器的應(yīng)用原理主要包含兩個(gè)方面，包括基本原理和節(jié)能原理。

首先是變頻器的應(yīng)用基本原理，變頻器利用現(xiàn)代化方式制作而成，不僅在使用起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，而且在節(jié)約和減少能源消耗方面也有著非常突出的效果。在鍋爐的電氣系統(tǒng)中利用變頻器進(jìn)行節(jié)能的過(guò)程中，需要根據(jù)鍋爐的溫度調(diào)節(jié)變頻器，使變頻器能夠更好地使用鍋爐內(nèi)的環(huán)境因素[1]。

對(duì)流量的控制通常用于調(diào)節(jié)水泵的閥門，調(diào)劑風(fēng)門的時(shí)候需要使用到風(fēng)機(jī)，從而調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)合度，根據(jù)特定情況調(diào)節(jié)風(fēng)量，但是這個(gè)過(guò)程依舊有許多缺陷。變頻器有著較為廣泛的應(yīng)用范圍，同時(shí)在使用的時(shí)候精準(zhǔn)程度高，同時(shí)也促進(jìn)能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，因此，在發(fā)展企業(yè)和增進(jìn)經(jīng)濟(jì)利益方面發(fā)揮著非常重要的作用。

其次則是變頻器的節(jié)能原理，主要包含變頻的節(jié)能、使用功率補(bǔ)償節(jié)能以及軟啟動(dòng)節(jié)能。首先，需要將變頻的功率調(diào)節(jié)到合適的節(jié)點(diǎn)，來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，通過(guò)這種方式來(lái)做到電動(dòng)機(jī)功率的降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的。功率的補(bǔ)償節(jié)能是通過(guò)電容的使用，減少運(yùn)行過(guò)程中無(wú)功的損耗，增加有功功率。軟啟動(dòng)節(jié)能主要通過(guò)降低電網(wǎng)的沖擊力和供電要求，以便有效延長(zhǎng)設(shè)備和閥門的壽命，為公司節(jié)省了更多的成本并提高了盈利。變頻器工作原理如圖1所示。

圖1 變頻器工作原理

3 應(yīng)用變頻調(diào)速的重要性分析

企業(yè)鍋爐中風(fēng)機(jī)和水泵等設(shè)備應(yīng)用廣泛，屬于電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備中廣泛使用的設(shè)備類型。此類設(shè)備進(jìn)行必要調(diào)節(jié)時(shí)，最為常用的方法是對(duì)風(fēng)門、閥門和擋板的開(kāi)合度進(jìn)行合理調(diào)整事項(xiàng)調(diào)節(jié)目的。但是在調(diào)節(jié)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是保持不變的，因此擋板或是閥門上會(huì)消耗大量的能力，因此也會(huì)導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。積極引入變頻調(diào)速技術(shù)，可對(duì)原有調(diào)節(jié)方式進(jìn)行根本性改變。將原有速度保持不變的電動(dòng)機(jī)變?yōu)樗俣瓤烧{(diào)的，電動(dòng)機(jī)能夠自動(dòng)根據(jù)負(fù)荷量及時(shí)地對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，另外此類負(fù)載電動(dòng)機(jī)軸功率輸出和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方值呈正相關(guān)。因此相比提前調(diào)節(jié)方式來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能效果最佳，同時(shí)也能顯著提高裝置的轉(zhuǎn)換頻率[2]。

另外實(shí)施變頻調(diào)速技術(shù)之后，能夠大大降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以隨之降低軸承的磨損和熱度，有助于提高水泵和電動(dòng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備的使用周期，也可降低設(shè)備維修和保養(yǎng)頻率。同時(shí)變頻器還具有手動(dòng)、自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換這一特殊功能，能夠依據(jù)實(shí)際需求，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)變化。由于變頻器調(diào)速和啟動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，也可有效避免對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和影響。風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備被廣泛應(yīng)用在能化企業(yè)中，是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。該設(shè)備在通過(guò)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，能量浪費(fèi)較大。通過(guò)引入變頻調(diào)速技術(shù)使得調(diào)速方式發(fā)生了根本的改變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由原來(lái)的不可變轉(zhuǎn)為可變。

電動(dòng)機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需求量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，該裝置的轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)能效果相對(duì)于其他控制方式也更好。通過(guò)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以降低電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而減少軸承的磨損及發(fā)熱，這樣不僅能節(jié)約維修成本，而且還能延遲設(shè)備的使用壽命。此外，變頻調(diào)速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，避免了操作人員頻繁操作，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還能減少設(shè)備運(yùn)行的噪聲，優(yōu)化工作環(huán)境。變頻調(diào)速器還具有故障檢測(cè)、診斷、數(shù)字顯示功能，這樣更加提升了鍋爐的運(yùn)行安全性。

變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)施后，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，不再完全依靠人工進(jìn)行頻繁的調(diào)節(jié)，也能大大降低調(diào)節(jié)閥門故障發(fā)生率，進(jìn)而避免對(duì)生產(chǎn)造成消極影響，也可使員工的勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。另外，還可以能夠避免電機(jī)運(yùn)行時(shí)及閥門節(jié)流時(shí)產(chǎn)生的噪聲，可改善工作環(huán)境。閉環(huán)控制運(yùn)行系統(tǒng)，參數(shù)超調(diào)波動(dòng)范圍相對(duì)較小，能夠更加有效地控制偏差。顯著提升控制極度后，能夠確保生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性。另外變頻調(diào)速系統(tǒng)還可以進(jìn)行高靈敏度檢測(cè)、診斷故障，具有數(shù)字化顯示能力，從而顯著提升鍋爐運(yùn)行的安全性[3]。

4 變頻器的故障問(wèn)題

變頻器通常處于較為惡劣的運(yùn)行環(huán)境，交變電磁干擾、灰塵、油水臟污、高溫發(fā)熱等現(xiàn)象均極易產(chǎn)生，且無(wú)法估量，會(huì)對(duì)變頻器自身性能造成影響，致使故障產(chǎn)生?，F(xiàn)階段，變速恒頻式鍋爐電氣系統(tǒng)裝置，特別是雙饋式鍋爐電氣系統(tǒng)裝置應(yīng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行故障能力上有缺陷存在。

電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生故障，則鍋爐電氣系統(tǒng)裝置端電壓極易發(fā)生跌落，致使發(fā)電裝置增加定子電流。因轉(zhuǎn)子和定子相互強(qiáng)耦合，定子電流快速增長(zhǎng)，致使轉(zhuǎn)子電流增速快；因風(fēng)力裝置呈較慢調(diào)速，故障發(fā)生前期，其風(fēng)力裝置所吸收風(fēng)能減少明顯，發(fā)電機(jī)組因機(jī)端部電壓下降，無(wú)法向著電網(wǎng)實(shí)施正常的電能輸送，也就是說(shuō)部分能量將無(wú)法被輸入至電網(wǎng)當(dāng)中，該部分能量均應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部消化，致使電容充電、電磁轉(zhuǎn)矩驟變、電機(jī)轉(zhuǎn)子持續(xù)加速、直流電壓驟然增加等相關(guān)問(wèn)題，因這些問(wèn)題的存在，致使鍋爐電氣系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部元器件發(fā)生受損情況。

在一定程度上，鍋爐電氣系統(tǒng)綜合系統(tǒng)當(dāng)中變頻器具體運(yùn)行期間的故障問(wèn)題，常見(jiàn)欠電壓、過(guò)熱、過(guò)電流、過(guò)電壓、誤動(dòng)作、和預(yù)期效果存在較大偏差等。

5 變頻器在鍋爐電氣系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 送電前的檢查

檢查對(duì)項(xiàng)目和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是極其重要的內(nèi)容，在送電前進(jìn)行檢查能夠有效降低事故發(fā)生的概率，并且還能起到節(jié)約能源的作用，為企業(yè)帶來(lái)更多的收益。在鍋爐電氣系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器更加需要檢查，只有這樣才能保障變頻器安全穩(wěn)定的運(yùn)行，因此送電前的檢查相關(guān)工作人員一定不能節(jié)省這一步驟。

送電前的檢查內(nèi)容煩瑣，主要包含以下幾個(gè)方面。環(huán)境檢查、電纜連接檢查、送電前的清理。變頻器的運(yùn)行環(huán)境非常嚴(yán)格，粉塵、溫度和濕度都有相應(yīng)的指標(biāo)，一旦超過(guò)指標(biāo)，在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)影響到變頻器的性能，檢查連接電纜的主要目的是保障電纜的牢固，使變頻器能夠正常的運(yùn)行。在正式投入使用前需要對(duì)變頻器進(jìn)行清理，主要清理變頻器的灰塵，同時(shí)也需要對(duì)變頻器的柜內(nèi)進(jìn)行清理，使變頻器能夠正常的運(yùn)行[4]。

5.2 對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造

引風(fēng)機(jī)也是鍋爐電力系統(tǒng)中重要組成部分，在引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻器節(jié)能改造能夠做到對(duì)風(fēng)量的調(diào)整。例如做好外部條件的準(zhǔn)備后，需要按下啟動(dòng)裝置進(jìn)入到主界面，若想退出界面則需要按下確定按鈕，同時(shí)還需要啟動(dòng)系統(tǒng)，這就可以根據(jù)指示燈來(lái)判斷，燈亮為接通，燈滅為結(jié)束，這時(shí)變頻器將會(huì)開(kāi)始進(jìn)行工作，若想暫停變頻器的工作，需要按下停止按鈕。從這一方面可以看出引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造也是非常有必要的。

變頻器自動(dòng)控制效果理想，變頻系統(tǒng)能夠測(cè)量爐膛負(fù)壓傳感器數(shù)值，應(yīng)用內(nèi)置調(diào)節(jié)模塊自動(dòng)控制鍋爐引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而確保爐膛內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定。人工調(diào)節(jié)負(fù)壓穩(wěn)定性較差，使用變頻器閉環(huán)控制，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)匹配爐膛負(fù)壓，更為精準(zhǔn)地進(jìn)行控制。

人工調(diào)節(jié)負(fù)壓過(guò)大容易增加漏風(fēng)和熱損失，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)用電量增加，負(fù)壓太小會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛向外噴火，影響生產(chǎn)安全性同時(shí)造成環(huán)境污染。變頻系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，避免不利影響。蒸汽壓力波動(dòng)太大，會(huì)對(duì)運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生影響。

變頻器能夠?qū)φ羝麎毫鞲衅鲾?shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐爐排和風(fēng)機(jī)確保蒸汽壓力穩(wěn)定。鍋爐的蒸發(fā)效果及安全和水位關(guān)系密切，水位抬高，則會(huì)導(dǎo)致蒸汽中含有過(guò)高水分含量，對(duì)市場(chǎng)效率產(chǎn)生不利影響，水位過(guò)度則會(huì)影響鍋爐使用安全性。變頻器對(duì)汽包液位傳感器數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確收集，應(yīng)用調(diào)節(jié)功能自動(dòng)控制鍋爐給水泵裝束，持續(xù)保持很低汽包水位。應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)鍋爐進(jìn)行合理改造后，鍋爐運(yùn)行的有效性和安全性得到明顯提升。

6 結(jié)語(yǔ)

以往的發(fā)展對(duì)資源造成了非常嚴(yán)重的浪費(fèi)，因此國(guó)家提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，也要求企業(yè)能夠時(shí)刻踐行節(jié)能減排的目標(biāo)。以往的鍋爐在運(yùn)行的過(guò)程中不僅會(huì)造成大量資源的浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成一定的影響，因此將變頻器應(yīng)用到鍋爐的電氣系統(tǒng)中非常必要，在使用的過(guò)程中不僅可以達(dá)到節(jié)能減排的作用，還能為企業(yè)節(jié)省更多的資源、并對(duì)環(huán)境做到保護(hù)。將變頻器使用到鍋爐的電氣系統(tǒng)中也是時(shí)代發(fā)展的必然選擇，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。