菱科變頻器在鍋爐節能應用

一、引言

    鍋爐主要的控制技術在於煤效率及用電效率，傳統方法使用風門檔板及閥門控制鼓風機、補水泵、循環泵的流量，其設計上并未考慮節能目的，同時，生產工藝及生產任務不同，蒸汽需求量變化時，需改變給煤（噴降）量，以達到高效率燃燒，傳統的控制方式采用人工操作、耗電高、控制精度代，且需非常熟練的技術人員操作，煙囪才會冒出黑煙。鍋爐常因一臺不夠用，需再開一臺并聯使用，便當蒸汽壓力需求量不足兩臺時，常需排空放汽，以降低蒸汽壓力，既浪費能源又污染環境。

二、鍋爐供水控制系統的改造

    傳統的鍋爐水位控制系統中，給水泵是連續恒速運行的，并且流量的控制是通過調節水管道中調節閥和回流支路實現的。這兩種方法都存在明顯的缺陷。采用調節閥調節時，由于閥門的開度的減小，水泵出口的壓力會上升閥門兩邊的壓差將增大。當增大到很大時不但會造成水泵的能量的浪費，而且使該水泵的振動和磨損加大，進而壽命縮短。采用回流支路調整時，大量的水回流也同樣造成能量的消耗。 
水泵的工作原理

    由水泵的工作原理可知流量與轉速N成正比，揚程H與轉速N的平方成正比，軸功率P與轉速N三次方成正比，電機的轉速與電源頻率F成正比，因此改變電源頻率，可改變電動機即給水泵的轉速，從而達到調節給水流量的目的。

系統組成及原理

    本系統主要由一單片機和一臺變頻器組成，這里汽包水位是被控變量，給水量與蒸發量是兩個輔助的沖量，這三個變量是由電動差壓變送器進行檢測，然后經過單電機的計算輸出4～20mA的電流信號控制變頻器以實現給水泵轉速的調節。

    在設計系統時，首先應確定變頻器的輸出頻率，因為這一參數的選擇關系到整個系統的控制效果，應根據水泵流量，揚程等參數和最大用水量和最小用水量確定。

變頻器的工作狀態

    變頻器通過與外部電路相連的輸入輸出端子設置。手動和自動兩種工作狀態，手動工作狀態通過調節電位器來給定變頻器輸出頻率，這種工作狀態是在單電機因某種情況停用時進行操作的，自動工作狀態時由單片機的輸出信號進行控制。

    在實際應用中，該系統較傳統調節閥控制方式最實出的優點是同期節電率高達近20%并且水泵磨損嚴重的問題得到解決，維修率明顯降低，延長設備的使用壽命而且能更好地提高系統的自動化水平。

三、鍋爐鼓(引)風控制系統的改造

    鍋爐的鼓（引）風機的風量也是經常變動的，由于汽量變化是經常變化的，所以風 量就需要經常調節如由閥門調節，鍋爐的控制室到閥門的距離較遠，操作十分不便，也不可能調節得當，風量調節過大，空氣含氧量超標，浪費了熱能，風量調節過小，煤渣殘留碳份超標又浪費了煤，因此為了提高控制水平，保證空氣含氧量和煤渣殘留的碳份達標，必須對風量進行有效的調節，調節的方式，必須方便、靈敏、可靠。

    為了提高鍋爐風量的控制水平，又能達到節能的效果，采用變頻調速方式對風量進行調節，是首選的方案。由于應用變頻調速技術可根據用汽量的變化，隨時調整鼓引風機的轉速，減少了噪音對環境的污染（電機均運行于額定轉速以下，風的噪音隨之下降）對提高工業衛生水平起到一定的作用，由于鼓引風機長期低于額定轉速的狀態之下運行電機及風機的軸承不易損壞，延長了使用壽命，電機的發熱量也減少了，維修量下降。停機時間減少，節約了大量的維修費用。

應用變頻器的節能效果

    一般使用的風機、水泵設備額定的風量、流量，通常都超過實際需要的風量流量，又因為工藝要求需要在運行中變更風量、流量，而目前，采用檔板或閥門來調節風量和流量的調節方式較為普遍，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調節的目的，這種節流調節方法浪費大量電能，回收這部分電能損耗會收到很大的節能效果。

    從流體力學原理知道，風機風量與轉速及電機功率的關系，用下述關系式表示：
式中，Q－風量(流量)Ｈ－風壓（揚程）P－軸功率n－轉速
   當風量減少風機轉速下降時，其電動機輸入功率迅速降低，例如風量下降到80%，轉速(n)也下降到80%時其軸功率則下降到額定功率的51%；若風量下降到50%，軸功率將下降到額定功率的13%，其節電潛力非常大，下圖兩條曲線之間的陰影部分表示了采用變頻調速方式的節電效果。

    上述的原理也基本適用于水泵，因此對風量流量調節范圍較大的風機水泵，采用調速控制來代替風門或閥門調節，是實現節能的有效途徑。

    驅動風機，水泵，大多數為交流異步電機，（大功率的多數為同步電機），異步電動機或同步電動機的轉速與電源的頻率f成正比，改變定子供電頻率就改變了電動機的轉速，變頻調速裝置，是將電網50Hz的交流電，變成頻率可調電壓可調的交流電去驅動交流電動機實現調速的。

    變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大，精度高、無級調速。容易實現協調控制和閉環控制，由于可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合于對舊設備的技術改造，它既保持了原電動機結構簡單、可靠耐用、維護方便的優點，又能達到節電的顯著效果，是風機水泵節能的較理想的方法。

    采用變頻器調速，可取代風門檔板閥門控制流量，并控制給煤機，給煤量改造效果如下：
 
    1、節省用電約30%-80%，約6-9個月即回收投資。
 
    2、提高燃燒效率，節省用煤10%左右。
 
    3、降低排煙濃度，避免冒黑煙的環境污染。
 
    4、不必依賴有經驗的操作人員，可以數據化控制。
 
    5、可以開環或閉環控制，也可選用RS-485通訊接口作電腦集中控制。
 
    6、多臺鍋爐并聯運轉時控制更方便。
 
    7、驅動電機軟起動，沒有起動的沖擊流