邱维旻
上海电力建设启动调整试验所有限公司， 上海 200000
摘要：将变频技术应用于锅炉机电一体化节能系统中，通过对电动机工作电源频率的变化完成控制电机转速从而实现锅炉的节能控制，是近年来多数企业的技改重点。本文在简要概述锅炉系统耗能存在的典型问题以及变频调速节能原理的基础上，具体分析了实践中利用变频技术设计出闭环控制变频系统对锅炉控制系统进行节能改造的主要措施，以供参考。
关键词：变频技术；锅炉控制系统；节能
1、锅炉变频系统简介
锅炉设备的调解工作中存在多项互相影响的的工艺参数，较为复杂，相对简单的控制系统难以满足作业需求，在对调节措施方案进行设计时，要以全局为基础，对融串级、前馈以及比值于一体的繁琐调节方式进行综合考虑。此时若将常规仪表组装在一起，就会形成仪表数量过多、缺乏可靠性且投运困难的文体（问题），针对于此，在控制锅炉设备的过程中采用带微机的可编程控制器，即PLC。在作业过程中，PLC会对输入的压力信号、火焰信号以及水位信号进行连续的逻辑计算，进而以信号的形式输出对水状态以及燃烧状态进行控制，确保锅炉在正常状态下运行…。而若由于受到一些因素影响发生水位下降、压力过高或者火焰信号异常等情况时，要中断PLC的逻辑运算过程，并且发出报警信号。这时候，处理好故障问题之后重新启动，才能使系统再开始运行。若系统中的设备出现了故障，PLC会以中文故障显示器为通道进行发出警报，且采取相应的保护措施。
此外，PLC还可以通过中文故障显示器对系统的运转情况进行实时的展示。利用变频变压调速器代替调节阀与挡板用作自控系统的执行结构，可以对机泵输出能量进行充分的利用进而有效降低阀门与挡板的截流压降，实现电能损耗的大幅度减少。作为结合电力电子技术与微电子技术于一体的变频器，其具有良好的调速性能以及优越的节能作用，目前正广泛应用于在电力行业中，例如引风、鼓风、给水、炉排电机在调节过程中都采用变频技术。
2、锅炉控制系统的构成
锅炉控制系统主要包括三个组成部分，即：压力控制系统、水位调节系统以及燃烧控制系统。下面对这三个主要构成系统进行详细的介绍。
2．1、蒸汽压力控制系统
要以作业过程所需的实际用汽量对锅炉蒸汽的汽压进行调节，进而实现锅炉的有效控制。若作业需要的用汽量增加，那么蒸汽的输出量就会加大进而使压力减少，相反锅炉的蒸汽压力升高。可编程控制器首先会以锅筒压力定值以及测量值为基础执行智能化的运算，将运算所得数据输送至锅炉内部设置的调节功能，对锅炉的炉排以及鼓风机等设备进行同步化、自动化的调节。增加鼓风机的引风量与鼓风量，加快炉排的旋转速率，使炉温得到提升，进而实现蒸汽量的增加，相反就会使蒸汽量减少，由上述的方式就可以对锅炉蒸汽的压力进行有效的控制进而实现锅炉控制作业的自动化。
2．2、水位调节系统
对于锅炉设备来说，其运行的安全性主要取决于水位的高低，如果水位过高，那么燃料的燃烧时间就会相对较长，导致汽水分离的速度降低，蒸汽中水含量高质量较差，而若（如）果水位过低，那么锅炉发生管壁大面积超温、爆炸（管）以及烧毁等安全事故的可能性就会大大提升，所以要对锅炉的水位情况进行科学合理的调节进而实现锅炉燃烧以及给气（汽）的有效控制。现如今对锅炉进行调节一般采用的方案为三冲量调节，该方案的运算过程以给水和蒸汽流量前馈比例为基础，且前馈信号为蒸汽的流量，是较为经典的前馈串级调节系统。这个算法能够有效消除假水位在调节过程中产生的不利影响，应用了变频器闭环控制，微机可以向变频器中输送标准的控制信号，对给水泵的旋转速率进行调节，确保水泵的旋转速率可以对水位的变化进行自动追踪，实现控制精确度的有效提升。
2．3、燃烧控制系统
对锅炉燃烧过程进行有效的控制可以提高锅炉运行的安全性、经济性以及环保性。员工以变频器输出的控制信号为基础，对锅炉的给煤量进行控制，对鼓风机的鼓风量进行调节，以使得锅炉膛中的煤实现燃烧的最优状态，变频器会对锅炉膛中负压传感器测得的压力值进行采集，进而采用内置调节功能对锅炉引风机的转动速率进行自动地调控，以保持锅炉膛负压的稳定性J。引风机的转动速率可以直接由压力控制器的输出参数调节，这样对鼓风机电机与炉排的转动速率进行有效的调控之后，就可以使风煤获得最优的配比，进而使其燃烧状态达到最优，实现锅炉作业过程的有效自动控制。
3、变频调速控制系统改造及设计
实践中，影响锅炉燃烧效率及用电效率的主要因素有空气过剩系数、炉膛出口温度、排烟温度以及炉膛负压等，而一般若是控制好空气过剩系数和炉膛负压这两大因素，则炉膛出口温度及排烟温度也会相对趋以稳定，因此变频节能改造设计中应强调两个重要控制因素，即鼓风量控制及炉膛负压控制。
首先，要保证整个锅炉在燃烧过程中运行在最佳燃烧状态，就要有效调节鼓风量和入炉煤量的配比，由于送风系统几乎没有延迟和惯性，因此在燃烧充分情况下鼓风量的大小将比较直接地反映在锅炉的蒸气压力上，且给煤量发生变化时炉膛温度与鼓风量有一极值关系，因此在设计中可采用变送器、变频器控制器和鼓风机组成氧量反馈闭环风机转速控制系统，从而有效提高炉膛内烟气氧量控制的精度，降低燃料消耗实现节能降耗。
其次，炉膛负压能直接反映锅炉的燃烧工况是否稳定，也是锅炉运行中影响其节能效果的重要参数。炉膛负压大则表示被烟气带走的热量大，此情况下必然会造成热损失的增加以及煤耗量的增大，从而影响到锅炉的节能减排。实践中，锅炉的理想运行状态应是确保炉膛处于微负压状态，该运行状态能使悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间进一步延长，从而增加沉降减少飞灰，保证燃烧充分，从而进一步促进锅炉热效率的提升。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定。实践中，在锅炉燃烧控制系统中可以通过变频器调速系统调节引风量来控制炉膛负压，但由于锅炉燃烧控制系统具有一定的滞后性，因此在设计炉膛负压控制时可引入前馈PID控制器，一方面对引风机进行超前调节，以免炉膛负压因为鼓风变化而发生波动，另一方面还能控制从炉膛到炉膛出口、对流管束、省煤器直到烟道出口的烟气速度，从而控制各段热量的分配和传热系数。
最后，当前采用计算机模块实现变频技术控制系统可以分为闭环控制系统和开环控制系统，两种控制系统中，闭环控制系统相对复杂，由于增加了传感器、调节器等因此在投资量及安装量方面较之开环控制系统要大，但控制精度更高，有实践证明采用闭环控制比开环控制能提高2%～5%的节电率，因此实践设计中一般推荐使用闭环控制设计，并合理选择变频器，运用PID控制模式，根据压力、流量及温度的给定值(设定值)与实际值(反馈值)的比较，自动调整输出频率，进而调节电机的转速。
4、结语
总之，当前随着我国各领域各行业经济建设的如火如荼，能源需求量增加、社会能源供不应求的问题越发突出，变频调速以其众多明显优势，已成为国内外公认的最有发展前途的调速方式，更是在当前节能减排、建设节约型社会的大背景下企业节能技改的主要手段。锅炉是企业的耗能大户，将变频技术应用于锅炉机电一体化节能系统中，不但有效解决了锅炉运行中控制的难题，且在节约能源、提高工艺流程以及减少大气污染改善环境等方面具有积极意义，因此，我们在未来应继续在秉承节能发展理念的基础上，加大对变频技术的进一步研究和探索，以期不断促进技术的升级发展，从而实现企业经济效益和社会效益的双赢。
参考文献：
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