浅谈变频器在锅炉调速控制系统中的应用

摘 要：变频调速技术是近年来发展起来的一种先进技术。由于节能降耗对于锅炉调速控制系统越来越重要，因此，在锅炉调速控制系统中广泛使用变频器势在必行。

关键词：变频器 锅炉调速控制系统 应用

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0097-01

变频器自80年代进入实际应用以来，主要以交流电动机的节能应用为主。但是进入90年代后，随着计算机技术和电力电子技术的发展，变频器得到了迅猛发展。由于交流电动机结构简单、坚固耐用、无需换向装置，可适用于各种工作环境，纵观科学技术的进步与发展，实践证明，使用以变频器为核心的交流调速系统有着广泛的应用范围和可观的社会、经济效益。变频器在工业锅炉自动控制系统中的广泛应用，实现了设备调速节能运行、改善操作环境之目的。

开滦股份范各庄矿业分公司水暖科锅炉房共有4台20 t蒸汽锅炉，附属鼓引风机、锅炉上水泵和炉排调电机设备等在未采用变频控制前有以下主要问题。

（1）电能消耗较大：锅炉运行中，鼓引风机、水泵电机启动后始终处于全速运转状态，电机转速无法根据锅炉运行负荷大小进行调节，造成电能浪费。（2）电机启动电流过大，对供电设备及电路影响损害较大。（3）鼓引风机噪音较大，给操作人员身体健康造成不利。

从2009年至2012年，水暖科锅炉房先后完成了对锅炉调速控制系统所有设备的变频改造，上述问题也得到了彻底解决。改造后有效降低了锅炉设备的运行事故率，节能效果显著，两年即收回了成本投入。它也使过去复杂的调速系统变得非常简单，为设计和应用提供了极大便利。

1 变频器的主要作用

节能：在风机。水泵等方面的额机械运行中都是运用变频器来实现调速运行的，它的特点就是在节能上有着最明显的效果，同时变频器的也是最为重要的一个应用领域。

提高生产效率，保证产品质量：在生产线的流水作业控制等方面，往往存在快速运行，准确停车，重载恒速输送，轻载高速返回等许多工艺要求。采用变频调速，可以很好地解决这些矛盾。并且逐步取代直流电机，使生产设备的结构更加合理，生产力大幅度提高。

防止冲击电流：由于变频器可以方便地实现软启动，因而可以有效地减少电动机启、停时对电网的冲击，改善电源容量裕度。

可以方便地实现电动机的正、反向运行，不需要主回路交流接触器的互导切换，减少故障维修。

2 变频器用于锅炉调速控制系统中的主要目的

变频器在工业锅炉自动控制系统中，主要用于鼓引风机、供水泵和除渣系统，最主要的目的是节能。由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵或风机的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵或风机电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55 kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16 kW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875 kW，省电87.5%。采用变频器驱动具有很高的节能空间。目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，中国国家能源法第29条第二款也明确规定风机泵类负载应该采用变频调速。

3 变频器在锅炉调速控制系统各个环节上的应用及特殊性

炉排电机与鼓、引风机电机选用的变频器不同。炉排电机变频选用的是恒转矩变频器，鼓、引风机变频选用的是恒功率变频器。

3.1 鼓、引风机控制

由于锅炉鼓、引风机电机功率相对较大，且在锅炉运行中，随着负荷的增减，鼓、引风机调节的幅度相对也较大，因此对鼓引风机进行变频控制节电效果最为显著。通常风机调节风量和压力的方法有控制输出或输入端的风门和控制风机转速两种。采用控制输出或输入端风门的方式，管路的节流阻力改变时，可以得到所需的送风特性。这种方法的优点是初期投资少、控制简单，但是由于电动机的输出功率大部分消耗在压力上，故能源浪费大、控制精度低。随着变频器的发展，采用变频调速装置容易操作，并可以实现高功能化和节能目的。由于变频器本身也消耗功率，其输出功率比标称功率略小，因此变频器容量选择应加大一档，以使变频器可以适当提高频率（即转速）运行，保证锅炉系统风量。

3.2 炉排变频控制

炉排电动机功率较小，因此采用变频控制的目的是稳定运行，同时也有很大的节电作用。炉排变频控制有其特殊性：

由于炉排长期保持低速运行状态，所以会出现电动机发热问题。宜选择变频电机。由于低速运行时变频器输入电流很小，但输出电流则远大于电机额定电流。为保证电动机恒转矩运行，变频器必须是低电压和大电流。因此，变频器选型也必须加大一档，从而保证炉排电动机长期低速运行。

3.3 恒压供水

通过对锅炉上水泵的变频控制，可以实现恒压供水。对供水系统进行的控制，归根结底，是为了满足用户对流量的需求。流量控制常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种，在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制法的扬程比阀门控制法小得多，大大节省供水功率，同时也提高了水泵工作效率，延长水泵工作寿命。通常供水流量增大，则压力也增大，反之压力减小，压力成为用来作为控制流量大小的参变量。即在电动机工作效率处于最佳状态下动态保持供水系统中管道压力的恒定，也就保证了供水能力和用水量的平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要达到的目的。当用水流量减小时，供水能力大于用水流量，压力上升，反馈信号上升，给定信号与反馈信号合成后给变频控制器的信号下降，变频器输出频率减小，执行机构（电动机）转速降低，供水能力下降，直到压力大小回复到给定值，供水能力与用水量重新平衡；反之一样。

4 变频器使用时注意事项

因变频器运行时产生高次谐波，会对电机及周围设备产生干扰，所以要装电抗器。

变频器的输入信号很小，对干扰很敏感，一旦输入信号存在问题，电动机将会出现转速不稳、发热等问题，所以安装一定要加装单独的屏蔽线，方可避免此类问题。环境温度变化，使用空调进行冷却。变频器调速范围要注意：一般控制为50%～70%（低于30 Hz，润滑系统不保证）。变频系统的供电电源和其他设备的供电电源相对独立。

5 结语

随着我国经济高速发展，能源紧缺问题已成为世人不得不面对的现实，异常激烈的市场竞争已渗透到各行各业的每个角落中。供暖锅炉房作为能耗大户，降低生产成本，已经成为生产经营过程的重要因素，在锅炉调速控制系统中广泛使用变频器，其经济效益十分可观。

参考文献

[1]刘弘睿.工业锅炉技术标准规范应用大全[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]王仁祥.通用变频器选型与维修技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

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