探究鍋爐機電一體化節能系統中變頻技術的應用

朱洪生　劉光輝

【摘要】本文針對鍋爐機電一體化節能系統中變頻技術的應用進行了探究，以供參閱。

【關鍵詞】鍋爐;機電一體化;節能系統;變頻技術;應用

1鍋爐機電一體化節能系統變頻控制概述

鍋爐機電一體化節能系統調節對象較復雜，其受多種工藝參數的影響，單一頻率控制已無法滿足鍋爐運行需求。而鍋爐機電一體化節能系統變頻控制主要從整體入手，綜合利用前饋、比值、串級等計算方式，不斷對輸入水位信號、火焰信號、壓力信號等關鍵信號進行邏輯分析，最終輸出控制信號，控制鍋爐爐排燃燒狀態。

2基于變頻技術的鍋爐機電一體化節能系統改造背景

某電廠3#機組主要由高爐煤氣燃料輸送系統、燃料系統、鍋爐風煙系統、增壓風機等幾個模塊構成。該機組為亞臨界一次再熱直流微止壓塔式鍋爐單元制汽輪發電機組，燃燒系統主要包括左右墻16個燃燒器，每側2層，每層8個。

3鍋爐機電一體化節能系統中變頻技術應用措施

3.1基于變頻調節的鍋爐機電一體化節能系統改造要點分析

根據3#機組鍋爐運行情況可知，受BFG（高爐煤氣）、COG（焦爐煤氣）、NG（天然氣）等燃料供應條件及數量限制，3#機組常規運行負荷量較低。依據某電廠3#機組年度統計報表可知，3#機組年均負荷為220MW，即年負荷率在62%以下。而其年均負荷率低會導致高爐煤氣增壓風機常規運行余量增加，進而致使風機運行效率低，增加能源損耗。

某電廠3#機組現有高爐煤氣增壓風機均采用雙速電機控制模式，在其處于高速/低速切換模式時，對進口調節擋板開度范圍要求較高。這種情況下，若調節擋板存在特性不良問題，就會導致調節擋板無法切換，進而造成大量高爐煤氣擴散。不僅造成了大量燃料資源浪費，而且對周邊環境造成了嚴重污染。此時利用變頻控制模式，可以兩用一備的方式，在3#鍋爐運行階段某一高爐煤氣增壓風機變頻裝置出現故障時，立即進行輕油槍應用。同時自行啟動備用變頻風機，保證鍋爐內燃料燃燒穩定。

根據3#機組高爐煤氣燃料輸送系統現有運行情況，結合高爐煤氣增壓風機設計規范及技術參數，可得出3#機組鍋爐增壓風機改造需采用離心式雙速控制高爐煤氣增壓風機變頻調速技術。隨后依據鍋爐燃燒控制系統中生產工藝及設備穩定性等級參數，保證其在不同負荷下維持高功率、穩定運行。

3.2基于變頻調節的鍋爐機電一體化節能系統運行措施

首先，由于某電廠鍋爐機電一體化節能改造重點為高爐煤氣增壓風機高速電機，常規變頻控制要求為2臺變頻控制。而針對2臺變頻運行過程中風機切換問題，系統改造人員可將第三臺風機設置為變頻啟動模式，其余風機設置自動控制模塊。若第三臺風機轉速達到起始轉速350r/min后，作業人員可手動增速，促使其余自動控制風機風速下降。在全部風機在轉速一致后，將待切換風機控制模式轉化為手動降速，在其轉速達到350r/min以上時，關停變頻器。考慮到風機擋板、變頻器為統一手操器控制，因此，在本次系統改造過程中，可在模擬量控制中添加切換邏輯。此時在變頻器啟動后，增壓風機入口調門會根據速率變化進行逐步啟動。同時采用PID或者手動操作的方式，直接輸出命令符，控制增壓風機入口調門。

其次，考慮到鍋爐機電一體化節能系統在實際運行中各調節系統間相互關聯，系統改造人員可將具體系統劃分為水位調節、壓力調節、經濟燃料控制系統3個模塊。其中水位調節主要包括單沖量、雙沖量或三沖量等不同形式。本次改造主要采用三沖量調節方式，利用給水流量前饋比例運算。結合蒸汽流量前饋比例等級運算結果，可進行前饋串級調節系統搭建。同時在前饋串級調節系統內，以蒸汽流量為主要信號，結合鍋筒水位闡參數及給水流量參數，對汽包水位進行控制，保證鍋筒水位在一定限度內。

蒸汽壓力控制主要是依據用汽量變化進行鍋爐產熱量的調節，保證鍋爐內汽壓力一定。為保證汽壓調節效果，本次改造工程主要利用PLC（可編程控制器），以鍋筒壓力標準值、實測值為已知參數，進行PID智能運算。并引入蒸汽流量比例前饋運算方式，以保證內置調節功能自動運行，同步調節鍋爐爐排、鼓風機，保證變頻閉環控制精確度。

鍋爐燃燒變頻控制主要是以燃燒熱量與負荷需求相符為目標，利用變頻器輸出控制信號的方式，調節鼓風量、給煤量平衡。同時利用煙氣含氧量參數，加強風煤比分析，保證給煤量穩定，為鍋爐機電一體化節能系統經濟燃燒提供依據。同時考慮到鍋爐燃燒控制中各種不確定因素，在某電廠3#機組鍋爐改造過程中，可在鍋爐爐膛位置設置負壓傳感器，負壓傳感器可直接將壓力測量值輸送到變頻器，利用內置調節功能，對鍋爐引風機轉速進行合理控制。

再次，為保證基于變頻調節的鍋爐機電一體化節能系統穩定運行，系統改造人員可利用蒸汽壓力、進水流量、鍋筒水位、煙氣含氧量、火焰溫度等測量檢測儀表，將鍋爐內部運行參數轉化為以PLC控制系統為核心，添加少量輸入輸出控制點，為后續系統升級優化奠定基礎。由于鍋爐通信輔助電路需在CPU串行口配合下運行。即多臺測量檢測儀表需經一總線，與上位機進行信息交互。隨后將鍋爐現場運行信息、測量檢測儀表信息傳送給上位機，上位機根據通信反饋數據，進行模擬量輸出。據此，本次鍋爐機電一體化節能系統變頻控制模式設計主要依據模塊化控制原則，利用PLC可編程功能，在面板上進行運算功能模塊、調節功能模塊等用戶程序的直接編制。

最后，依據鍋爐機電一體化節能系統運行特點，在PID/手操調節的基礎上，系統改造人員可依據鼓風機、引風機、給水系統運行需求。結合電機學原理，進行變頻器調速控制方案設計。其中電機學原理主要為交流異步電動機轉速計算公式：n（軸轉速）=60×定子供電頻率×（1-轉差率）/極對數。根據上述公式可知，通過對定子供電頻率的合理變化，可平滑調整風機同步轉速，實現風量調整。即依據風量變化調節風機轉速，在風量下降到75%時，交流異步電動機轉速也下降75%，此時軸功率下降到額定功率的49.8%。

通過以上變頻調速模式的合理應用，可以降低鍋爐運行期間大量電力能源損耗，具有較高的經濟價值。

3.3基于變頻調節的鍋爐機電一體化節能系統改造結果

通過基于變頻調節的鍋爐機電一體化節能系統改造，作業人員可以直觀觀測鍋爐各模塊運行參數，迅速得出鍋爐正常運行、啟停運行有效數據信息。并在顯示面板上顯示鍋爐運行壓力、爐膛負壓、水位等數據。同時基于機電一體化高精度優勢，通過系統改造，可以全面、自動控制鍋爐系統送風比例，保證煙氣中充足的氧氣含量，促使鍋爐內燃料充分燃燒，有效地降低了能源損耗量。

結語

總之，將變頻技術應用于鍋爐機電一體節能系統中，可以有效提升鍋爐的使用效率，減少蒸汽的浪費。所以研究人員要充分了解、掌握鍋爐變頻系統，找出鍋爐系統中存在的問題進而采取相應的措施予以有效地解決，以實現變頻技術更好地應用以及鍋爐系統安全、穩定的發展。

參考文獻

[1]周小博.變頻技術在鍋爐機電一體化節能系統中的應用[J].圖書情報導刊，2009（19）.

[2]王鑫，王保軍.變頻技術在鍋爐機電一體化節能系統中的應用[J].信息化建設，2016（4）.