摘要：在锅炉运行中，水泵、风机是损耗电能的主要设备，它们的负荷变化较大，而拖动水泵、风机的异步电机轴功率却是恒定不变的，因此浪费了大量能源。交流变频器可以根据负荷的变化实现电动机的无级变速，节能效果显著。通过分析变频调速的技术特点及节能原理，提出了交流变频器在工业锅炉节能改造中的应用，并结合实际情况，给出交流变频器的系统解决方案，实践证明，其节能效果大大提升。
关键词：锅炉电气系统;变频器;调速系统;节能改造
引言
在我国北方，锅炉是比较常见的用于集中供热设备。冬季供暖所消耗的成本占整个企业生产成本的比例很大，其中水泵风机所消耗的电能占整个锅炉消耗电能的 95％以上。通常情况下，由于气温和负荷的变化，需对锅炉燃烧情况进行调节，传统的调节方式是，水泵采用调节阀门来控制流量，风机采用调节风门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀门、挡板的方式是不论供热需求大小，水泵、风机都要满负荷运转，拖动水泵、风机的电动机的轴功率并不会改变，电动机消耗的能量也并没有减少。锅炉的这种运行方式不仅损失了能量，而且增大了设备损耗，导致设备使用寿命缩短，维护、维修费用高。变频调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速或减速，实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精度高，是电动机最理想的调速方式。如果将水泵、风机的非调速电动机改造为变频调速电动机，其耗电量就能随负荷变化，从而节约大量电能。中国是一个能源消耗大国，其电能需求量较大，对于高耗能化工企业来说，节能十分重要。工业锅炉是工业企业的主要热动力设备，所消耗成本占整个企业成本比例很大。其中水泵、风机设备耗电量占整个锅炉耗电量的90%以上。通常随着气温和负荷的变化，我们需要对锅炉的燃烧情况进行相应的调节，传统的调节方式是通过机械节流调节。通过调节风门挡板开度大小来控制风量。但是在调节过程中不论供热需求大小，水泵和风机都是满负荷运转，提供动能的电动机转速是恒定不变的，因此电动机消耗的能力也不会减少。锅炉的这种运行方式不仅能力损耗大而且设备损耗严重，无形中增加了维护费用。变频调速可以根据负荷的变化情况，实现电动机无级变速，进而起到节能减排的效果，所以在高耗能化工企业中应用变频器非常必要。
1频器的基本原理
变频调速技术,是一种先进的电动机调速方式,不仅能够方便操作的进行,而且在节能降耗方面有着突出的表现。一般情况下,我们需要对锅炉的燃烧情况进行适当的调节以适应气温、负荷等环境因素带来的变化。通常我们采用水泵来调节阀门对流量进行控制,采用风机调节风门来调整挡板开度的大小,并进而控制风量的大小。这种调节方式的缺点是,无论供热需求的大小,水泵和风机都需要满负荷进行运转,这样的话,电动机的消耗也就不会减少。这样一方面损耗了大量的能源,另一方面也加大了设备的损耗,导致设备维护费用的上升。因此,这里我们在锅炉的电气系统中引人了变频器,它能够随着负荷的变化而控制电动机自动地改变速度。变频器调速方式的范围比较宽、精度比较高,是一种理想的电动机调速方式。同时,也可以节约大量的电能。这对促进企业节能降耗,降低生产成本,提高企业效益具有重要的意义。
2变频调速的的技术特点
变频调速具有如下技术特点：1．变频调速是在频率发生变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，转速损失不增加的调速方式。所以变频调速是一种高效的调速方式。2．变频器的调速范围可达1％～100％，并在整个调速范围内具有较高的调速效率。变频调速方式尤其适合于调速范围宽、负荷经常变化运行的设备。3．选择最佳运转速度，可实现低速启动、平滑调速。4．最高速度不受电源影响，电动机可以高速化、小型化。
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3应用变频的必要性
对风机、水泵一类的设备，被广泛应用于企业的各个方面，是电动机拖动的机械设备中应用最为广泛的一类机械。对这类设备的调节，历来的方法是通过调节风门、挡板或阀门的开度来完成。在调节过程中，由于电机的转速是不可变的，因此大部分的能量都消耗在了挡板及阀门上，造成了能量的浪费。变频调速技术的引入使以往的调节方式发生了根本性的变化：电动机的速度由原来的不可变，转为可变。电动机可以根据实际需求量实时地调节转速，加之这一类负载电动机的轴功率输出P与电动机转速N的立方成正比（例如，运行速度为80％时的耗电功率为0.8的立方即为51.2％），因此其节能效果比其他控制方式好，装置的转换效率也高。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。因实现自动控制，不需要操作人员频繁操作，如此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，如此提高了锅炉运行的可靠性。
4锅炉系统改造方案
由于锅炉的引风机和鼓风机的风量控制主要是通过调节风门的大小来实现的，而带动风机的电动机转速却不可调整，故此，造成了大量的调节损失和电量浪费。锅炉水泵的调节也存在浪费电量的现象，因此通过利用变频器可以实现以下方面的自动控制。1)自动控制炉膛负压。传统的人工调节方式，往往负压忽大忽小难以掌握，负压过大会使漏风损失和排烟热损失加大，增加引风机电能损耗，负压过小的话，炉膛正压向外扑火，造成安全隐患且污染环境。变频器具有内置调节功能通过炉膛负压传感器的测量值，进行自动调节引风机转速，维持炉膛负压稳定。2)自动控制蒸汽压力。蒸汽压力是锅炉运行中的重要参数，蒸汽压力不稳定的话会对各用汽车间的产量和质量造成极大影响。变频期采集蒸汽压力传感器的测量值，利用内置自动调节功能对炉排和鼓风机的转速进行跟踪并根据压力的变化，做到精确控制。3)自动控制汽包液位。水位影响蒸发效果和锅炉安全:水位过高，蒸汽含水率大，影响产品质量;水位过低，威胁锅炉安全。跟上述方式相同，变频器可以通过测量到的汽包液位置，利用自动调节功能进行有效调节，进而保证汽包水位的稳定性。
结语
随着我国经济的不断发展，国家对企业节能减排的要求也越来越严格，变频器技术在工业锅炉运行中，具有调速性能好、节能效果明显、保障运行安全性及稳定性的众多功能。通过利用该技术对锅炉系统进行技术改造，不仅起到了节能减排的功效，且极大提高了企业的生产率及经济效率。
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论文作者:赵吉昌,贺振环
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：电动机论文; 锅炉论文; 风机论文; 变频器论文; 水泵论文; 方式论文; 转速论文; 《电力设备》2019年第7期论文;