變頻技術(shù)在鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫繼新 陳新

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求越來越高，如何在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中節(jié)約能源已經(jīng)成為共識，科技的發(fā)展，電子技術(shù)在鍋爐機(jī)電一體化中的廣泛使用以及變頻技術(shù)在鍋爐節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為了科研人員的研究主題，文章通過對鍋爐控制系統(tǒng)的一個(gè)可編程控制器（PLC）和變頻變壓調(diào)速器達(dá)到變頻效果的分析研究，實(shí)現(xiàn)對鍋爐的全面監(jiān)控及自動(dòng)控制，增強(qiáng)鍋爐運(yùn)行的安全性和節(jié)能性。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；鍋爐；機(jī)電一體化；節(jié)能系統(tǒng)

前言

以繼電器和接觸器等硬件連接作為電控系統(tǒng)的傳統(tǒng)鍋爐，電子科學(xué)技術(shù)還相當(dāng)落后，自動(dòng)控制還處于初級階段，因此鍋爐工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，尤其是繼電器和接觸器的電氣元件的觸點(diǎn)總是不能準(zhǔn)確到位，使用時(shí)間也短，存在的問題較多，造成鍋爐無法正常運(yùn)行，也就不可能到達(dá)節(jié)能效果，通過對鍋爐的自控系統(tǒng)的分析研究，自動(dòng)控制核心為可編程控制器（PLC），通過對電機(jī)進(jìn)行變頻、變壓、調(diào)速等來執(zhí)行控制器所給出的指令，來完成鍋爐的自動(dòng)控制，這個(gè)可變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)。

1 鍋爐變頻系統(tǒng)概述

目前的鍋爐已經(jīng)淘汰了原來簡單的變頻器控制三相同步電機(jī)的控制方式，而是采用電腦編程的控制器（PLC）對鍋爐進(jìn)行全面的控制，鍋爐在使用過程中自動(dòng)編程控制器對不斷輸入的水位、水壓、熱量等信號進(jìn)行程序計(jì)算，自動(dòng)產(chǎn)生輸出信號達(dá)到控制鍋爐的進(jìn)水、燃燒、輸出熱量等，在相對正常安全的工作范圍內(nèi)使鍋爐工作，如果鍋爐在工作中出現(xiàn)低水位、壓力過高、火焰不正常等信號時(shí)，控制器就會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)算，并發(fā)出報(bào)警信號，此時(shí)鍋爐會(huì)停止工作，必須排除故障，系統(tǒng)才能重新啟動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果控制系統(tǒng)本身設(shè)出現(xiàn)問題時(shí)，電腦會(huì)出現(xiàn)中文報(bào)警，并做出相應(yīng)的保護(hù)。在鍋爐運(yùn)行中，控制器每時(shí)每刻在顯示鍋爐的工作狀態(tài)。

2 鍋爐控制系統(tǒng)概述

水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)這三大系統(tǒng)組成了鍋爐的電控系統(tǒng)。

2.1 水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在運(yùn)行中的鍋爐，水位的高低是鍋爐能否安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，水位高，燃料燃燒時(shí)間長，汽水分離速度慢，蒸汽帶水多質(zhì)量差；水位低，鍋爐就會(huì)存在爆炸、燒毀等安全風(fēng)險(xiǎn)，因此鍋爐通過水位高低的科學(xué)調(diào)節(jié)達(dá)到控制鍋爐燃燒和給氣，目前鍋爐一般都采用選用三沖量調(diào)節(jié)方案，其主要是通過給水與蒸汽的流量前饋的比例進(jìn)行運(yùn)算，以蒸汽流量作為前饋信號，是典型的前饋串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該算法有效地克服了假水位對調(diào)節(jié)過程造成的不良影響，采用變頻器閉環(huán)控制后，微機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)控制信號至變頻器，調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，使給水泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤水位的變化，就能達(dá)到精確控制。

2.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)

首先根據(jù)工作所需用汽量的實(shí)際情況，通過調(diào)節(jié)鍋爐蒸汽汽壓達(dá)到控制鍋爐的目的，如果工作所需用汽量增大，那么蒸汽輸出多，壓力就會(huì)降低，反之鍋爐蒸汽壓力就會(huì)增高，可編程控制器可依據(jù)鍋筒的壓力定值和測量值進(jìn)行智能化運(yùn)算，把運(yùn)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)藉仩t內(nèi)置調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)對鍋爐爐排和鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行同步調(diào)節(jié)，提高鼓風(fēng)機(jī)的引風(fēng)和鼓風(fēng)，提高爐排轉(zhuǎn)速，這樣爐溫就會(huì)升，蒸汽就會(huì)增多，反之，就會(huì)減少蒸汽量，這樣通過控制鍋爐蒸汽的壓力達(dá)到自動(dòng)控制鍋爐工作。

2.3 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

控制鍋爐的燃燒過程同樣可以達(dá)到控制鍋爐的工作，能夠有效的保證鍋爐安全的、經(jīng)濟(jì)的、節(jié)能的運(yùn)行。工作人員通過變頻器輸出的控制信號，來控制鍋爐的給煤量和調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，使鍋爐爐膛內(nèi)的煤達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)，變頻器采集爐膛負(fù)壓傳感器的測量值，利用內(nèi)置調(diào)節(jié)功能自動(dòng)對鍋爐引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以維持爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定）壓力控制器的輸出直接調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速，通過控制、調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和爐排轉(zhuǎn)速，達(dá)到風(fēng)煤配比最合理，能夠取得最佳的燃燒效果，達(dá)到自動(dòng)控制鍋爐工作的效果。

3 變頻技術(shù)的節(jié)能原理

變頻變壓調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n轉(zhuǎn)速、f輸入頻率、s電機(jī)轉(zhuǎn)差率、p電機(jī)磁極對數(shù)），通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交—直—交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。

鍋爐采用變頻技術(shù)通過可編程控制器來控制、調(diào)節(jié)鍋爐的水位、水壓力和燃燒狀態(tài)，形成一個(gè)完整的可控的管理系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用顯示：變頻技術(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠保持鍋爐正常、長期、穩(wěn)定的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)電35～50%，節(jié)煤10～15%，可以減少粉塵污染，降低噪音，易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制，降低故障率，減少設(shè)備維修工作量，能直觀的采集鍋爐的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，快速運(yùn)算、保持正常狀態(tài)，由于顯示器上可以同時(shí)顯示出鍋爐運(yùn)行的參數(shù)，如：水位、壓力、爐膛負(fù)壓等，這樣就保證了鍋爐自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的精度，可以通過全自動(dòng)控制引風(fēng)、送風(fēng)比例來調(diào)節(jié)煙氣中氧的含量，達(dá)到完全燃燒，就不會(huì)產(chǎn)生過多的黑煙造成環(huán)境污染鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵等由于采用變頻技術(shù)，使這些設(shè)備電機(jī)工作不會(huì)超負(fù)荷也就達(dá)到了節(jié)電的作用，由于可編程調(diào)節(jié)器具有與上位機(jī)通信的功能，如果與上位機(jī)聯(lián)機(jī)，將使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)形成集散控制管理系統(tǒng)，在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便地修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值，并可修改系統(tǒng)的控制參數(shù)；降低生產(chǎn)成本，減少維修工作量，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)，從而提高整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和鍋爐運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié)束語

改革開放三十多年來，我國工業(yè)快速的發(fā)展，出現(xiàn)能源的緊缺與環(huán)境保護(hù)的需要，使我們對耗能大的生產(chǎn)設(shè)備節(jié)能降耗更加重視，鍋爐通過應(yīng)用變頻技術(shù)能夠節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本、保證安全生產(chǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了現(xiàn)代化管理水平，改善了操作環(huán)境，強(qiáng)化了工藝控制水平，延長了鍋爐設(shè)備的使用壽命，避免鍋爐引起的重大事故發(fā)生，保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、節(jié)能運(yùn)行。

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