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变频调速技术在锅炉控制中的应用
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来源： 作者： 发布时间：2008-07-17
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一、引言
锅炉是我厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、送风和引风量等等，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。主要调节变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等。在锅炉附属设备中，泵与风机设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。在锅炉自动控制系统的改造工程中，在保证锅炉安全稳定运行的基础上，对锅炉控制中的鼓引风、炉排以及给水电动机进行了变频改造，改造后效果显著。
二、正文
一）、锅炉简介
锅炉设备是一个复杂的控制对象，在保证锅炉运行安全性和稳定性和经济性方面，采用Vacin-CXS变频器控制电动机从而实现锅炉的锅炉给水、燃料量、送风和引风量自动调节。其工艺流程简图如下：
1.1给水调节
在锅炉给水调节系统用变频器调节锅炉给水泵达到恒压供水的目的。加上采用调节阀门作为调节机构，当锅炉蒸发量改变时与调节系统改变给水流量使之与蒸汽流量相平衡，从而将汽鼓水位控制在正常水位（正常水位为汽鼓中间水位或称“0”水位）上。
1.2炉温调节
锅炉的炉温调节系统控制两个副回路，即燃料量调节回路及送风量调节回路。有两个调节量，即送风量及炉排转速，采用变频器控制鼓风机调节送风量，采用变频器调节炉排直流电机的转速调节燃料量，从而使炉温控制在额定的温度范围内。
1.3炉膛负压调节
炉膛负压调节系统主要以引风电机作为调节机构，以烟气量作为调节量。当送风量随锅炉负荷量改变而改变时，调节系统改变烟气量使之于送风量相平衡，从而将炉膛负压控制在额定范围内。
二）、变频调速技术
变频调速技术（variable velocity variable frequency technology）的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n = （式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速设备是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。变频调速设备技术成熟，从节能运行到系统稳定可靠得到社会认可。
1.1控制系统原理图
变频调速系统主要由变频器、电机、PID调节器、传感器、控制单元等部分组成。其控制系统原理图如图所示：
1.2变频改造系统示意图：
1.3接线图
图4：变频器控制及接线简图
1.4参数设置
变频器主要设置参数在调试工程中进行设置，主要包括：
1.最大、最小频率，载波频率，加减速时间等等。
2、电机类型以及额定电压，额定电流，电源电压，额定转速等等。
3、模拟量输入信号0—10V，4—20mA，频率参考信号的选择以及模拟量输出信号。
4、开关量输入输出量的参数设置，包括启停信号、信号选择信号、故障信号等等。
5、其他需要根据需要设置的参数。
1.5性能分析
1）节能 离心式风机和水泵是典型的二次方律负载，节能效果显著。实践证实，使用变频装置设备可使电机运行平均转速比工频降低20%，平均节约电能源可达20%～40%，从而大大降低能耗。
以一台引风机来计算，根据天气变化和设备运转情况，一台37kw的水泵，大概平均运行在1250r/m。根据水泵消耗功率与转速的三次方成正比，即：P=Kn3，来计算。
理论节能效果为1-64%=36%。变频器在锅炉的鼓引风、以及炉排、给水泵的应用中节能效果显著。
2）保护电机 采用变频调速技术后，电机水泵的转速普遍下降，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。降低了设备的维修费用。同时，变频器具有手动/自动转换功能，可根据实际情况进行转速的变化，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。
3）安全 因实现自动控制，不需要操作人员频繁操作，克服了平常因调节阀门故障对生产带来的影响，降低了员工的劳动强度。同时减少了电机运行时的噪音，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了员工的工作环境。系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了锅炉运行的可靠性。
三、结束语
变频调速技术用于锅炉控制系统中，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等多项优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
参考文献：
1 张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术.化学工业出版社，2003.8
2 动力工程师手册编辑委员会.动力工程师手册 机械工业出版社， 1999.7
3 曾毅等.变频调速控制系统的设计与维护.山东科技技术出版社， 2004.2
4 VaconCX/CXL/CXS变频器用户手册. 芬兰瓦萨控制系统有限公司北京代表处
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