1 引言
锅炉是由锅炉本体和燃烧设备(包括炉膛和烟道)两部分组成。锅炉本体吸收燃烧设备燃料所放出的热量,将锅炉给水加热到需要的热水(符合热水锅炉额定参数)或蒸汽(符合蒸汽锅炉额定参数)。燃烧设备是由炉膛、烟道组成的风、燃料、烟系统,燃料与空气混合燃烧把热量传递给汽水系统,而烟气自身温度逐渐降低,直至经除尘器、引风机由烟囱排入大气。
锅炉的电气单元及拖动机构一般由鼓风机、引风机、补水泵、循环泵、炉排电机和冲渣泵(除灰泵)组成,在原有的锅炉系统中一般都采用以下方式:鼓、引风机采用离心式风机,利用档板或阀门调节鼓、引风量;补水和循环水系统由补水泵和循环泵完成,给水量、出水量、回水量及水压由阀门调节;利用调速电机和控制器拖动炉排往复运行。
所有电机均工作在工频50HZ状态下(炉排电机除外),电能消耗量大,浪费严重而且噪音非常大,其主要缺点包括:
1、 磁调速电机的滑差部分封闭性差,在运行环境较恶劣的锅炉现场长期使用易产生滑差头抱死的情况,可靠性差,维护工作量大;
2、 普通控制方式基本上为手动操作、调节,锅炉运行人员劳动强度大、控制精度低;
3、 由于水量/压和风量/压不能准确控制,致使水、煤量消耗较大;
4、 原有的自耦降压启动装置在电机启动时仍存在较大的冲击电流,对一次开关回路电器元件、二次继电回路仪表和电缆的容量要求较高且系统可靠性较低,维护工作量大等。
而采用变频调节,这些问题便可以迎刃而解。
2 变频器应用于鼓引风机
鼓风机和引风机分别设一台变频控制柜,内装变频器及电抗器、断路器等控制元件,同时为保证锅炉系统的安全连续工作,一般在控制柜内设工频回路,在变频出现故障的时候进行应急使用。装置可实现锅炉鼓引风机的启停,锅炉风量和负压控制等功能,正常情况下系统变频运行,同时对炉膛负压作闭环调节;当变频系统出现故障时,系统可转换到手动状态下,用工频启动风机,用风门调节风量大小,以保证系统运行不受影响。
变频状态下,鼓风机运行频率可采用手动调节或采主控室控制,与给煤量配合,保证锅炉的烟气含氧量(或炉膛温度)达到要求,以实现热水/蒸汽供应量的控制并保证节能高效运行。引风机采集炉膛负压,作PID闭环运行,当鼓风机运行速度改变或其它干扰使炉膛负压变化时,引风机变频器自动改变引风机的运行速度,从而使炉膛负压保持恒定。
若变频器发生故障无法正常启动或运行时,为保证锅炉的正常运行,可转换为手动方式运行,鼓风机或引风机可分别转换。手动方式下,变频器停止运转,通过在就地控制柜或主控室按启、停按钮来实现风机的软启动或直接启动。风机启动后,可调整送风或吸风风门的开度,保证锅炉系统在需要的工况下工作。变频器部分恢复正常后,可将风机停止,并切换回变频运行。
3 变频器应用于锅炉补水泵
变频恒压补水控制系统的原理如下:系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行,系统检测给水管的水压,当变频器频率上升到工频时,如水压未达到设定的压力值,系统自动将第一台电机切换至工频直供电,并由变频器拖动第二台水泵运行,如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电,再由变频器拖动第三台运行,依次类推,直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少,变频控制系统可自动降低变频器的运行频率,如变频器的频率到下限频率仍不能满足要求,则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行,依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是:始终利用一台变频器自动调整水泵的转速,切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定,同时保证管网的压力动态恒定。
一般情况下,可使用给水专用型变频器(如艾默生TD2100系列等)进行水泵的自动增减切换。若采用普通风机水泵类变频器,需在控制柜内安装专用控制设备(如给水控制器或可编程控制器),实现水泵的无扰切换。
4 变频应用于锅炉循环水泵(热水炉)
在循环泵变频调速控制系统中,一般采用开环调节的控制方式,因为目前在我国的供热系统中,负荷变化一般很小,很大程度上可以认为负荷是恒定不变的,这种情况下,采用闭环调速的控制方案意义不大。
一般在循环泵变频控制柜上设置调速旋钮,可以随意设定循环水泵,运行人员根据锅炉水系统供回水的压力,设置循环泵转速达到要求。
若外部负荷发生变化,引起锅炉压力系统发生变化,可及时调整循环水泵的转速,使供回水压差再次达到平衡状态。
目前,我国正在进行供暖体制改革,以往按面积收费的供暖方式正越来越多的改造为按流量收费。对于锅炉水系统来说,负荷的变化越来越大,开环定速的循环泵变频控制方式已逐渐显露出弊端。这种情况下,可将循环泵变频控制系统改造为闭环控制方式,安装一台供水压力变送器或供回水压差变送器,作为反馈信号接在变频器上,由变频器进行定压力或定压差调节,可以很好地解决这一问题。
5 结束语
随着电力电子技术的发展,变频器的各项技术性能也得到拓宽和提高,在锅炉行业中,风机水泵类负荷较多,充分应用变频器进行节能改造和应用已经逐渐被大家所接受。对于目前的中低端变频器,投资较低、效益高,一年左右就可以收回投资。同时,随着锅炉自动控制水平的越来越高,变频控制的优势也越来越明显。随着变频器价格的逐渐降低,使变频控制技术在锅炉行业的发展前景更为广阔。
参考文献:
[1] 艾默生网络能源有限公司,EV2000系列通用变频器用户手册[Z].2004.
[2] 艾默生网络能源有限公司,TD2100系列供水专用变频器用户手册[Z].2004.
[3] 李善化、康慧等.集中供热设计手册[S].北京:中国电力出版社,1996.
[4] 丁明舫等,锅炉技术问答1100题[M].北京:中国电力出版社,2002.
作者简介:韩金波(1969－),男,工程师,研究方向:烟草工业电气及机械设备。