徐世勇
烟台市特种设备检验研究院 山东烟台 265508
摘要：锅炉是现代多数企业生产不可或缺的重要设备，实践中多数企业所使用的锅炉不但年数久且技术也相对落后，尤其是高耗能问题一直较为突出，而从实践中看，主要是由与在企业规划设计时，锅炉设备的设计与规划都是以最高工艺要求进行选择设计的，因此其风机与水泵的自身功耗非常大，而实际上锅炉运行过程中其实大部分时间风机水泵均不在满负荷状态，如此便造成了相当部分的无功功耗。传统的锅炉电控系统主要包括继电器、接触器等，达不到良好的自控效果，同时电气元件不具有较强的触电安全性，从而导致锅炉机电一体化系统运行的效果始终无法让人满意，变频技术的应用可以有效解决这一问题，提高锅炉设备的节能能力，已成为近年来多数企业的技改重点。
关键词：变频技术；锅炉机电；一体化
一、锅炉变频系统概述
变频技术是一种自动调控设备运行速率或效率的一种技术，是PLC控制系统中重要的组成部分，变频技术可以有效的根据工艺的实际生产情况对机械设备的运行情况进行自适应调整，节能能源的同时延长机械设备的使用寿命，现阶段的应用非常广泛，比如水泵、风机、振动器等在调控都已经开始大量的使用变频技术。锅炉变频系统是用于调节锅炉运行状态与工艺参数的一种系统。在锅炉设备的运行过程中，需要对多项工艺参数进行调节，而且不同的工艺间还相互影响，单一调节非常容易引起连锁反应。
二、锅炉系统耗能问题
锅炉主要的控制技术在于燃烧效率及用电效率，而众所周知，锅炉运行中风机和水泵耗能最大，尤其是鼓、引风机的耗电量有数据揭示能达到整个锅炉房的80%，因此锅炉节能潜能巨大。实践中，由于风机、水泵的流量设计上并未考虑节能降耗的目的，因此锅炉运行过程中风机水泵的流量增减主要是通过风门挡板的开度来进行调节，不但控制精度较差，且无论风量需求大小风机始终处于全速运转的状态中，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了，从而既造成了蒸汽等能源的极大浪费，还会对电机的寿命产生不良影响。因此为了实现锅炉的节能降耗，我们往往在锅炉自动化节能改造系统中采用变频调速节能、轻载降压节电、软启动节能等节电措施以进一步降低锅炉能耗，而其中又以变频调速节能的应用最为广泛，有实践证明，变频调速的节电率可高达20%～60%，值得推广应用。
三、锅炉控制系统的组成
（一）蒸汽压力控制系统
正常的工艺生产需要稳定的蒸汽压力，锅炉的蒸汽压力控制系统主要是根据生产所需要的实际所需要用气量进行蒸汽压力控制，以保证足够的蒸汽压力完成工业活动。如果生产量上升，那么用气量需求就会变大，此时蒸汽压力会下降，当蒸汽压力控制系统检测到锅筒工艺压力下降时变会自动提高蒸汽压力达到标准值，反之，如果生产量下降，那么用气量也会下降，此时蒸汽压力会上升，当蒸汽压力控制系统检测到锅筒工艺压力上升时，就会自动降低蒸汽压力达到标准值，锅炉机电一体化系统主要是通过压力传感器检测锅筒的压力情况，从而与标准压力值进行比较，然后实现对蒸汽压力的控制。蒸汽压力的控制需要鼓风机、路牌等协同作用，而鼓风机的风力控制以及炉排的转速控制都需要变频技术的参与。通过该系统可以实现锅炉设备的自动化控制，有效降低人力参与程度。
（二）水位调节系统
锅炉设备的安全运行离不开水位调节系统的控制，水位的高低直接影响锅炉设备的工作效率，比如如果水位过高，不仅需要较长的时间加热，并需要大量的燃料，而且契税分离的速率也较低，蒸汽的含量量则不足。而如果水分过低，那么就会导致锅炉过热，产生锅炉水蒸气，导致内部压力过高，甚至造成爆炸。因此水位的控制调节对于锅炉的稳定运行非常关键，只有控制好合适的水位，才能保证锅炉的稳定运行。
四、锅炉机电一体化节能系统中变频技术的应用
（一）测量检测仪表
测量检测仪表的作用主要是将各种传感器所收集到的工艺参数转化为可识别的电子信号进行传输，从而为逻辑芯片的运算与处理提供数据基础，在锅炉系统中，主要的工艺参数有蒸汽压力、入水流量、风机风量、火焰温度、水位情况等。
（二）可编程控制器
可编程控制器是锅炉几点一体化节能系统的核心结构，其主要的构成是逻辑芯片，作用是对收集到的各项工艺参数进行分析与处理，并根据结果输出正确的控制指令，调节变频系统的运行速率。可编程控制器本质上是计算机嵌入式操作系统，其主要是在一个ROM中写入一个控制程序作为一个嵌入式的处理其控制板。该控制板可以放入各种设备中，实现对设备的控制和监视，在锅炉机电一体化节能系统中，可以完成多项复杂的操作。
（三）变频变压调速器
变频变压调速器主要的用于控制鼓风机、引风机、水泵等设备的转速，其实现的基础是控制交流异步电动机的转动速度，由可编程控制器传输对应的信号实现控制，可以有效节约能源，保证锅炉设备运行的稳定与安全。
五、变频调速控制系统改造及设计
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，工艺生产量不是固定的，存在着天然的峰值与谷值。因此，锅炉要保证最佳燃烧状态，也要根据工艺变化时刻进行调整。实现生产调整的基础是变频设备的使用和科学合理的调频方案。变频设备可以根据用实际情况和需求，实时调整转速，降低设备的能量损耗，并延长设备的使用寿命，达到节能降耗的目的。但是变频设备并不是独立存在的，其需要与整个系统共同发挥作用。因此，这就需要在变频设备的基础上制定科学合理的调频方案。科学合理的调频方案不仅可以有效保证生产的持续性和稳定性，随着工艺生产实际情况进行调节，并且可以有效降低电能损耗，实现节能的目的。
其次，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。按照相关理论与实践研究，锅炉炉膛最好的状态为微负压状态，该状态下可以有效将悬浮煤颗粒束缚在炉膛内，提高燃烧率，减少飞灰节约能源。因此，给煤量、送风量以及引风量等都要根据实际负荷随时调整，以保证炉膛微负压环境。在通过变频技术控制锅炉燃烧系统可以有效控制好这这一平衡，为了避免控制系统滞后性带来的影响，在设置负压控制时引入前馈PID控制器进行超前调节可以更好的控制好炉膛环境的微负压状态。
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，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，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，自动调整输出频率，进而调节电机的转速。
六、结束语
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。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，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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