鍋爐電氣系統中變頻器的節能應用分析

晉能長治熱電有限公司 王 鑫

1 引言

鍋爐對于工業生產及民用取暖都發揮著極為重要的作用。鍋爐的使用需要耗費大量電能，因此如何能夠節約能源是相關企業積極探索的重要問題。鍋爐運行消耗的電能中，95%以上為水泵和風機消耗的。一般情況下，如果鍋爐的負荷發生變化，需要對鍋爐的燃燒情況進行必要調整，能夠降低能源耗損。過去多利用機械節流方法進行調節，對風門擋板張開角度進行合理調整從而控制進風量。但是在鍋爐運行時調整閥門或是擋板，無法改變風機和水泵的運行負荷，同時也無法改變風機和水泵電動機的拖動軸功率，發動機耗費的能量并沒有實際降低。此種運行模式不但會導致能量浪費，同時還會導致設備耗損增加，因此縮短設備的使用壽命或是提升維修及維護費用。

編排調速依據負荷變化為基礎，可確保電動機實現自動、平滑的增減速度，完成電動機無級變速。電動機最佳調速方式為大范圍高精度的變頻調速。

2 變頻器工作原理

變頻器的應用原理主要包含兩個方面，包括基本原理和節能原理。

首先是變頻器的應用基本原理，變頻器利用現代化方式制作而成，不僅在使用起來相對來說比較容易，而且在節約和減少能源消耗方面也有著非常突出的效果。在鍋爐的電氣系統中利用變頻器進行節能的過程中，需要根據鍋爐的溫度調節變頻器，使變頻器能夠更好地使用鍋爐內的環境因素[1]。

對流量的控制通常用于調節水泵的閥門，調劑風門的時候需要使用到風機，從而調節擋板的開合度，根據特定情況調節風量，但是這個過程依舊有許多缺陷。變頻器有著較為廣泛的應用范圍，同時在使用的時候精準程度高，同時也促進能源節約和環境保護，因此，在發展企業和增進經濟利益方面發揮著非常重要的作用。

其次則是變頻器的節能原理，主要包含變頻的節能、使用功率補償節能以及軟啟動節能。首先，需要將變頻的功率調節到合適的節點，來降低電動機的運轉速度，通過這種方式來做到電動機功率的降低，從而達到節能的目的。功率的補償節能是通過電容的使用，減少運行過程中無功的損耗，增加有功功率。軟啟動節能主要通過降低電網的沖擊力和供電要求，以便有效延長設備和閥門的壽命，為公司節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 應用變頻調速的重要性分析

企業鍋爐中風機和水泵等設備應用廣泛，屬于電動機拖動機械設備中廣泛使用的設備類型。此類設備進行必要調節時，最為常用的方法是對風門、閥門和擋板的開合度進行合理調整事項調節目的。但是在調節時，電機的轉速是保持不變的，因此擋板或是閥門上會消耗大量的能力，因此也會導致能量的浪費。積極引入變頻調速技術，可對原有調節方式進行根本性改變。將原有速度保持不變的電動機變為速度可調的，電動機能夠自動根據負荷量及時地對轉速進行合理調節，另外此類負載電動機軸功率輸出和電動機轉速的立方值呈正相關。因此相比提前調節方式來說，變頻調節的節能效果最佳，同時也能顯著提高裝置的轉換頻率[2]。

另外實施變頻調速技術之后，能夠大大降低電機轉速，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機等機械設備的使用周期，也可降低設備維修和保養頻率。同時變頻器還具有手動、自動相互轉換這一特殊功能，能夠依據實際需求，對轉速進行及時調節變化。由于變頻器調速和啟動相對平穩，也可有效避免對電網造成沖擊和影響。風機、水泵等設備被廣泛應用在能化企業中，是電動機拖動機械設備中應用最廣泛的設備。該設備在通過傳統的調節方式進行調節時，能量浪費較大。通過引入變頻調速技術使得調速方式發生了根本的改變，電動機的轉速由原來的不可變轉為可變。

電動機可以根據實際需求量進行自動調節轉速，該裝置的轉換效率高，節能效果相對于其他控制方式也更好。通過應用變頻調速技術，可以降低電機水泵的轉速進而減少軸承的磨損及發熱，這樣不僅能節約維修成本，而且還能延遲設備的使用壽命。此外，變頻調速技術可以實現自動控制，避免了操作人員頻繁操作，降低了員工的勞動強度，同時還能減少設備運行的噪聲，優化工作環境。變頻調速器還具有故障檢測、診斷、數字顯示功能，這樣更加提升了鍋爐的運行安全性。

變頻調速技術實施后，就可以實現自動控制，不再完全依靠人工進行頻繁的調節，也能大大降低調節閥門故障發生率，進而避免對生產造成消極影響，也可使員工的勞動強度顯著降低。另外，還可以能夠避免電機運行時及閥門節流時產生的噪聲，可改善工作環境。閉環控制運行系統，參數超調波動范圍相對較小，能夠更加有效地控制偏差。顯著提升控制極度后，能夠確保生產工藝穩定性。另外變頻調速系統還可以進行高靈敏度檢測、診斷故障，具有數字化顯示能力，從而顯著提升鍋爐運行的安全性[3]。

4 變頻器的故障問題

變頻器通常處于較為惡劣的運行環境，交變電磁干擾、灰塵、油水臟污、高溫發熱等現象均極易產生，且無法估量，會對變頻器自身性能造成影響，致使故障產生。現階段，變速恒頻式鍋爐電氣系統裝置，特別是雙饋式鍋爐電氣系統裝置應對電網運行故障能力上有缺陷存在。

電網運行時產生故障，則鍋爐電氣系統裝置端電壓極易發生跌落，致使發電裝置增加定子電流。因轉子和定子相互強耦合，定子電流快速增長，致使轉子電流增速快；因風力裝置呈較慢調速，故障發生前期，其風力裝置所吸收風能減少明顯，發電機組因機端部電壓下降，無法向著電網實施正常的電能輸送，也就是說部分能量將無法被輸入至電網當中，該部分能量均應系統實現內部消化，致使電容充電、電磁轉矩驟變、電機轉子持續加速、直流電壓驟然增加等相關問題，因這些問題的存在，致使鍋爐電氣系統整個系統內部元器件發生受損情況。

在一定程度上，鍋爐電氣系統綜合系統當中變頻器具體運行期間的故障問題，常見欠電壓、過熱、過電流、過電壓、誤動作、和預期效果存在較大偏差等。

5 變頻器在鍋爐電氣系統中的節能應用要點

5.1 送電前的檢查

檢查對項目和系統來說都是極其重要的內容，在送電前進行檢查能夠有效降低事故發生的概率，并且還能起到節約能源的作用，為企業帶來更多的收益。在鍋爐電氣系統中應用變頻器更加需要檢查，只有這樣才能保障變頻器安全穩定的運行，因此送電前的檢查相關工作人員一定不能節省這一步驟。

送電前的檢查內容煩瑣，主要包含以下幾個方面。環境檢查、電纜連接檢查、送電前的清理。變頻器的運行環境非常嚴格，粉塵、溫度和濕度都有相應的指標，一旦超過指標，在運行過程中就會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行。在正式投入使用前需要對變頻器進行清理，主要清理變頻器的灰塵，同時也需要對變頻器的柜內進行清理，使變頻器能夠正常的運行[4]。

5.2 對引風機進行變頻節能改造

引風機也是鍋爐電力系統中重要組成部分，在引風機上進行變頻器節能改造能夠做到對風量的調整。例如做好外部條件的準備后，需要按下啟動裝置進入到主界面，若想退出界面則需要按下確定按鈕，同時還需要啟動系統，這就可以根據指示燈來判斷，燈亮為接通，燈滅為結束，這時變頻器將會開始進行工作，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機進行變頻節能改造也是非常有必要的。

變頻器自動控制效果理想，變頻系統能夠測量爐膛負壓傳感器數值，應用內置調節模塊自動控制鍋爐引風機轉速，從而確保爐膛內負壓穩定。人工調節負壓穩定性較差，使用變頻器閉環控制，引風機轉速自動匹配爐膛負壓，更為精準地進行控制。

人工調節負壓過大容易增加漏風和熱損失，導致引風機用電量增加，負壓太小會導致爐膛向外噴火，影響生產安全性同時造成環境污染。變頻系統則可實現精準控制，避免不利影響。蒸汽壓力波動太大，會對運行質量產生影響。

變頻器能夠對蒸汽壓力傳感器數值進行準確測量，能夠自動調節鍋爐爐排和風機確保蒸汽壓力穩定。鍋爐的蒸發效果及安全和水位關系密切，水位抬高，則會導致蒸汽中含有過高水分含量，對市場效率產生不利影響，水位過度則會影響鍋爐使用安全性。變頻器對汽包液位傳感器數值進行準確收集，應用調節功能自動控制鍋爐給水泵裝束，持續保持很低汽包水位。應用變頻調速系統對鍋爐進行合理改造后，鍋爐運行的有效性和安全性得到明顯提升。

6 結語

以往的發展對資源造成了非常嚴重的浪費，因此國家提出了可持續發展戰略目標，也要求企業能夠時刻踐行節能減排的目標。以往的鍋爐在運行的過程中不僅會造成大量資源的浪費，還對環境造成一定的影響，因此將變頻器應用到鍋爐的電氣系統中非常必要，在使用的過程中不僅可以達到節能減排的作用，還能為企業節省更多的資源、并對環境做到保護。將變頻器使用到鍋爐的電氣系統中也是時代發展的必然選擇，幫助企業實現可持續發展的目標。