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摘 要] 在启动电动机时，产生的过大电磁力和大电流往往会引起传统锅炉辅机出现故障。而若将原来的锅炉系统辅机手动操作，转变为采用变频调速技术来调节阀门和风门的开度，控制风速与风量，不仅可以大幅度地降低电能消耗，又可以消除上述锅炉辅机缺陷。本文首先阐述了机组锅炉辅机在未采用变频调速前的运行情况，其次，重点分析了电厂锅炉运行中应用变频调速技术。
[关键词] 电厂；锅炉；变频调速技术
中图分类号：F407文献标识码： A
1 前 言
与以往的交流调速方式相比，交流变频器技术及装置在工作效益、功率因数、转差补偿、频率范围、低频转矩、动态响应等方面都具有较大的优势，在火力发电厂中应用较为广泛，也取得了巨大的经济效益。在启动电动机时，产生的过大电磁力和大电流则往往会引起传统锅炉辅机出现故障。而若将原来的锅炉系统辅机手动操作，转变为采用变频调速技术来调节阀门和风门的开度，控制风速与风量，不仅可以大幅度地降低电能消耗，又可以消除上述锅炉辅机缺陷。本文以某电厂300MW东锅机组为例，就变频调速技术在电厂锅炉运行中的应用进行探讨。
2 机组锅炉辅机在未采用变频调速前的运行情况
该机组在没有采用变频调速之前，通常都是由定速电动机带动锅炉一次风机、送风机运行，由人工调节挡板来适当调节风量。在运行过程中，该机组主要存在着5个方面的问题：①在启动锅炉一次风机、送风机电机时，启动电流的大小通常为6～8倍额定电流，所以，电动机的使用寿命很容易受到启动机械转矩的影响；②一次风机、送风机的挡板执行机构故障较多，通常为大力矩电动执行器，对于长期频繁调节往往都不能较好地适应；③风道压流会由于挡板调节的作用而造成严重的损失；④运行人员在手动操作挡板时，往往不容易操作，且动作迟缓，进而引起一次风机的出力大幅度波动，而若采用自动操作的方式，则很难有效地达到最佳调节品质；⑤当风速过大，往往会对挡板造成冲击损耗。
3 电厂锅炉运行中应用变频调速技术
根据多方对比和考察，结合某电厂300MW 东锅机组锅炉的运行情况，将变频电控柜安装在锅炉一次风机、送风机上，对锅炉的一次风机风量、送风机风量进行变频调节。
3.1 合理选择高压变频器
目前绝大多数火力发电厂已经普及了低压变频器，但是高压变频器却应用有限，主要原因就在于需要解决大容量、高耐压等难题，核心技术目前还仅仅只掌握在富士公司（日本）、西门子公司（德国）、ABB公司（瑞典）、AB公司（美国）、ROBICON公司（罗宾康公司，美国），尤其是美国罗宾康公司这方面做得较好，该公司推出的完美无谐波变频器采用多重化技术， 由一个多绕组的隔离变压器来对各功率单元进行供电，由多个低压PWM功率单元串接构成每一相， 通信和控制则通过光导纤维和高速微处理机来进行实现。每相由5个低压PWM功率单元串联。为了实现输入多元化， 在绕制时将二次线圈（给功率单元供电上的）互相形成电角度为12度的相位差， 形成的整流大概为30脉冲。多元化可大幅度降低对电网的污染，也能够较好地将大多数谐波进行消除。与此同时，谐波无功造成的功率因数應该为维持在0.95以上。
3.2 锅炉送风机变频电控柜
锅炉送风机变频电控柜与电网，以及送风机、含氧量变送器的电动机共同组成一个炉膛烟气含氧量闭环控制系统，能够对送风机风量进行自动调节，让炉膛烟气含氧量维持在最佳稳定值， 既可以提高锅炉的热效率，降低炉膛温度，又可以让电厂锅炉炉膛不送进过多的冷空气，将燃煤完全燃烧。
3.3 锅炉一次风机变频电控柜
实践表明：控制器操作简便，运行方式灵活，运行参数变化一目了然。锅炉一次风机启动时，由于频率能够手动或自动调整，因此不仅不会对供电电网造成冲击，同时还能够使开关设备的故障率大为减少，延长了开关电器的使用寿命，减少了设备的维护工作量。一次风机改用变频器后，降低风机转速运行的同时，噪声也将大幅度地降低，当转速降低50%时，噪声可减少十几个dB。同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声，变化相当可观。此外，改变频后，一次风机运行电流从105 ×2A下降到66 ×2A（300MW负荷下），根据改造后至今的电能表计量数据统计月节电38万kW·h。可多售电价值13.67万元/月。
3.4 系统技术方案分析
系统采用一台电动机被一套变频装置驱动的“一拖一配置”方式，高压变频调速装置的控制线路主要包括远传控制系统与控制电源、冷却风机电源的接口；主回路接线主要包括输出高压电缆和输入6 kV高压电缆。高压变频调速装置能够与DCS系统进行实时通信， 其运行状态可以通过DCS系统进行操作并监视。多组功率模块串联组成该高压变频器主体结构，拓扑结构多为单元串联多电平式，变换形式则为“高-低-高”，从而产生需要的高压输出。
4 变频调速技术在锅炉控制系统中的节能应用
锅炉主要的控制技术在于煤效率及用电效率, 传统的控制方法是使用风门档板及阀门控制引风机、给水泵、补水泵、循环泵的流量,其设计上并未考虑节能目的, 同时, 生产工艺及生产任务不同, 蒸汽需求量变化时, 需改变给煤量, 以达到高效率燃烧, 传统的控制方式( 如滑差电机调速控制) 采用耗电高、控制精度低、对环境污染严重。
1) 锅炉变频调速供水控制系统
传统的锅炉水位控制系统中, 给水泵是连续恒速运行的, 并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的。这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时, 由于阀门的开度的减小, 水泵出口在压力会上升阀门两边的压差将增大, 进而寿命缩短。采用回流支路调整时, 大量的水回流也同样造成能量的消耗。
变频调速供水控制系统, 本系统主要由一个单片机和一台变频器组成, 这里汽包水位是被控变量, 给水量与蒸发量是两个辅助的冲量, 这三个变量是由电动差压变送器进行检测, 然后经过单片机的计算输出4~20mA 的电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节。
在设计系统时, 首先确定变频器的输出频率, 因为这一参数的选择关系到整过系统的控制效果, 应根据水泵流量、扬程等参数和最大用水量和最小用水量确定。变频器通过与外部电路相连的输入输出端子设置。手动和自动两种工作状态, 手动工作状态通过调节电位器来给定变频器输出频率,这种工作状态是在单机因某种情况停用时进行操作的, 自动工作状态时由单片机的输出信号进行控制。
2) 锅炉变频调速风机控制系统
锅炉的引风机一般都选用额定风量流量, 通常都超过实际需要的风量流量, 又因为工艺要求在运行中变更风量流量。而目前,采用档板或阀门来调节风量的节流调节方式应用还较普遍, 风量调节过大, 空气含氧量超标, 浪费了热能, 风量调节过小, 煤渣残留的碳份超标, 又浪费了煤。所以这种方法虽然简单, 但实际上是通过认为增加阻力的办法达到调节风量流量的目的。这种节流调节方法浪费大量电能, 通过应用变频调速技术对风量进行有效的调节, 大大提高了控制水平, 保证空气含氧量和煤渣残留的碳份达标, 节省了这部分电能损耗, 达到很好的节能效果。
应用变频调速技术可根据用汽量的变化,通过闭环控制, 随时调整风机的转速, 既节省了电能, 又减少了噪音对环境的污染。由于风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏, 延长了使用寿命, 电机的发热量也减少了, 维修量下降。停机时间减少, 节约了大量的维修费用。
3 )变频调速技术节能分析
通过流体力学的基本定律可知: 风机、泵类设备均属平方转矩负载, 风机风量与转速及功率的关系, 用下述关系式表示:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2= {n11/n2} 2
P1/P2= {n1/n2} 3
式中, Q 代表风量, H 代表风压, P 代表轴功率, n 代表转速。
当风量减少风机转速下降时, 其电动机输入功率迅速降低。即使考虑到由于转速低引起效率下降及附加控制装置的效率等的影响, 其节电效果仍相当明显。
上述原理也基本适用于水泵。因此, 对风量流量调节范围较大的风机水泵, 采用调速控制来代替风门或阀门调节, 是实现节能的有效途径。
结束语:
锅炉作为能源转换的重要设备，在冶金工业生产中占据重要的角色，根据生产负荷需求，锅炉要随时调整生产状态，改变供热量多少，在很多地区生产技术落后，锅炉生产状态的改变常采用改变风门大小来调整，这样，会对能源造成很大浪费， 尤其在我国现在大力倡导节能的大政策下，设计一种节能系统显得尤为重要，锅炉控制系统采用变频技术控制锅炉生产设备，系统极大改善了设备运行状况， 改善风机设备的起动性能实现了无级调速，而且节约电能，从而达到节能降耗、降低成本、减少设备噪声污染的目的。
参考文献:
[1]向立清.变频调速在电厂中的节能应用[J]. 中国高新技术企业，2009（1）：134-137.
[2]杨晓芳.关于某电厂锅炉过热器保护的探讨[J]. 锅炉制造，2009（3）：142-144.
[3]刘文军.变频调速控制技术在电厂设备上的应用[J]. 科技资讯，2010（31）：102-105.
[关键词] 电厂；锅炉；变频调速技术
中图分类号：F407文献标识码： A
1 前 言
与以往的交流调速方式相比，交流变频器技术及装置在工作效益、功率因数、转差补偿、频率范围、低频转矩、动态响应等方面都具有较大的优势，在火力发电厂中应用较为广泛，也取得了巨大的经济效益。在启动电动机时，产生的过大电磁力和大电流则往往会引起传统锅炉辅机出现故障。而若将原来的锅炉系统辅机手动操作，转变为采用变频调速技术来调节阀门和风门的开度，控制风速与风量，不仅可以大幅度地降低电能消耗，又可以消除上述锅炉辅机缺陷。本文以某电厂300MW东锅机组为例，就变频调速技术在电厂锅炉运行中的应用进行探讨。
2 机组锅炉辅机在未采用变频调速前的运行情况
该机组在没有采用变频调速之前，通常都是由定速电动机带动锅炉一次风机、送风机运行，由人工调节挡板来适当调节风量。在运行过程中，该机组主要存在着5个方面的问题：①在启动锅炉一次风机、送风机电机时，启动电流的大小通常为6～8倍额定电流，所以，电动机的使用寿命很容易受到启动机械转矩的影响；②一次风机、送风机的挡板执行机构故障较多，通常为大力矩电动执行器，对于长期频繁调节往往都不能较好地适应；③风道压流会由于挡板调节的作用而造成严重的损失；④运行人员在手动操作挡板时，往往不容易操作，且动作迟缓，进而引起一次风机的出力大幅度波动，而若采用自动操作的方式，则很难有效地达到最佳调节品质；⑤当风速过大，往往会对挡板造成冲击损耗。
3 电厂锅炉运行中应用变频调速技术
根据多方对比和考察，结合某电厂300MW 东锅机组锅炉的运行情况，将变频电控柜安装在锅炉一次风机、送风机上，对锅炉的一次风机风量、送风机风量进行变频调节。
3.1 合理选择高压变频器
目前绝大多数火力发电厂已经普及了低压变频器，但是高压变频器却应用有限，主要原因就在于需要解决大容量、高耐压等难题，核心技术目前还仅仅只掌握在富士公司（日本）、西门子公司（德国）、ABB公司（瑞典）、AB公司（美国）、ROBICON公司（罗宾康公司，美国），尤其是美国罗宾康公司这方面做得较好，该公司推出的完美无谐波变频器采用多重化技术， 由一个多绕组的隔离变压器来对各功率单元进行供电，由多个低压PWM功率单元串接构成每一相， 通信和控制则通过光导纤维和高速微处理机来进行实现。每相由5个低压PWM功率单元串联。为了实现输入多元化， 在绕制时将二次线圈（给功率单元供电上的）互相形成电角度为12度的相位差， 形成的整流大概为30脉冲。多元化可大幅度降低对电网的污染，也能够较好地将大多数谐波进行消除。与此同时，谐波无功造成的功率因数應该为维持在0.95以上。
3.2 锅炉送风机变频电控柜
锅炉送风机变频电控柜与电网，以及送风机、含氧量变送器的电动机共同组成一个炉膛烟气含氧量闭环控制系统，能够对送风机风量进行自动调节，让炉膛烟气含氧量维持在最佳稳定值， 既可以提高锅炉的热效率，降低炉膛温度，又可以让电厂锅炉炉膛不送进过多的冷空气，将燃煤完全燃烧。
3.3 锅炉一次风机变频电控柜
实践表明：控制器操作简便，运行方式灵活，运行参数变化一目了然。锅炉一次风机启动时，由于频率能够手动或自动调整，因此不仅不会对供电电网造成冲击，同时还能够使开关设备的故障率大为减少，延长了开关电器的使用寿命，减少了设备的维护工作量。一次风机改用变频器后，降低风机转速运行的同时，噪声也将大幅度地降低，当转速降低50%时，噪声可减少十几个dB。同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声，变化相当可观。此外，改变频后，一次风机运行电流从105 ×2A下降到66 ×2A（300MW负荷下），根据改造后至今的电能表计量数据统计月节电38万kW·h。可多售电价值13.67万元/月。
3.4 系统技术方案分析
系统采用一台电动机被一套变频装置驱动的“一拖一配置”方式，高压变频调速装置的控制线路主要包括远传控制系统与控制电源、冷却风机电源的接口；主回路接线主要包括输出高压电缆和输入6 kV高压电缆。高压变频调速装置能够与DCS系统进行实时通信， 其运行状态可以通过DCS系统进行操作并监视。多组功率模块串联组成该高压变频器主体结构，拓扑结构多为单元串联多电平式，变换形式则为“高-低-高”，从而产生需要的高压输出。
4 变频调速技术在锅炉控制系统中的节能应用
锅炉主要的控制技术在于煤效率及用电效率, 传统的控制方法是使用风门档板及阀门控制引风机、给水泵、补水泵、循环泵的流量,其设计上并未考虑节能目的, 同时, 生产工艺及生产任务不同, 蒸汽需求量变化时, 需改变给煤量, 以达到高效率燃烧, 传统的控制方式( 如滑差电机调速控制) 采用耗电高、控制精度低、对环境污染严重。
1) 锅炉变频调速供水控制系统
传统的锅炉水位控制系统中, 给水泵是连续恒速运行的, 并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的。这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时, 由于阀门的开度的减小, 水泵出口在压力会上升阀门两边的压差将增大, 进而寿命缩短。采用回流支路调整时, 大量的水回流也同样造成能量的消耗。
变频调速供水控制系统, 本系统主要由一个单片机和一台变频器组成, 这里汽包水位是被控变量, 给水量与蒸发量是两个辅助的冲量, 这三个变量是由电动差压变送器进行检测, 然后经过单片机的计算输出4~20mA 的电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节。
在设计系统时, 首先确定变频器的输出频率, 因为这一参数的选择关系到整过系统的控制效果, 应根据水泵流量、扬程等参数和最大用水量和最小用水量确定。变频器通过与外部电路相连的输入输出端子设置。手动和自动两种工作状态, 手动工作状态通过调节电位器来给定变频器输出频率,这种工作状态是在单机因某种情况停用时进行操作的, 自动工作状态时由单片机的输出信号进行控制。
2) 锅炉变频调速风机控制系统
锅炉的引风机一般都选用额定风量流量, 通常都超过实际需要的风量流量, 又因为工艺要求在运行中变更风量流量。而目前,采用档板或阀门来调节风量的节流调节方式应用还较普遍, 风量调节过大, 空气含氧量超标, 浪费了热能, 风量调节过小, 煤渣残留的碳份超标, 又浪费了煤。所以这种方法虽然简单, 但实际上是通过认为增加阻力的办法达到调节风量流量的目的。这种节流调节方法浪费大量电能, 通过应用变频调速技术对风量进行有效的调节, 大大提高了控制水平, 保证空气含氧量和煤渣残留的碳份达标, 节省了这部分电能损耗, 达到很好的节能效果。
应用变频调速技术可根据用汽量的变化,通过闭环控制, 随时调整风机的转速, 既节省了电能, 又减少了噪音对环境的污染。由于风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏, 延长了使用寿命, 电机的发热量也减少了, 维修量下降。停机时间减少, 节约了大量的维修费用。
3 )变频调速技术节能分析
通过流体力学的基本定律可知: 风机、泵类设备均属平方转矩负载, 风机风量与转速及功率的关系, 用下述关系式表示:
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2= {n11/n2} 2
P1/P2= {n1/n2} 3
式中, Q 代表风量, H 代表风压, P 代表轴功率, n 代表转速。
当风量减少风机转速下降时, 其电动机输入功率迅速降低。即使考虑到由于转速低引起效率下降及附加控制装置的效率等的影响, 其节电效果仍相当明显。
上述原理也基本适用于水泵。因此, 对风量流量调节范围较大的风机水泵, 采用调速控制来代替风门或阀门调节, 是实现节能的有效途径。
结束语:
锅炉作为能源转换的重要设备，在冶金工业生产中占据重要的角色，根据生产负荷需求，锅炉要随时调整生产状态，改变供热量多少，在很多地区生产技术落后，锅炉生产状态的改变常采用改变风门大小来调整，这样，会对能源造成很大浪费， 尤其在我国现在大力倡导节能的大政策下，设计一种节能系统显得尤为重要，锅炉控制系统采用变频技术控制锅炉生产设备，系统极大改善了设备运行状况， 改善风机设备的起动性能实现了无级调速，而且节约电能，从而达到节能降耗、降低成本、减少设备噪声污染的目的。
参考文献:
[1]向立清.变频调速在电厂中的节能应用[J]. 中国高新技术企业，2009（1）：134-137.
[2]杨晓芳.关于某电厂锅炉过热器保护的探讨[J]. 锅炉制造，2009（3）：142-144.
[3]刘文军.变频调速控制技术在电厂设备上的应用[J]. 科技资讯，2010（31）：102-105.