锅炉鼓风、引风及水泵变频改造

一、 普通锅炉系统工作原理
（一）、锅炉的工作原理：
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。锅炉本体由受压部件组成汽水系统。它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。
下面以双炉筒横置式链条炉排水管锅炉（SHL型锅炉）为例，简要介绍锅炉的基本结构和工作过程。
1、 锅炉的风、煤、烟系统：
将锅炉所需要的煤送入加煤斗然后落入炉排，炉排由减速箱带动链轮以一定的速度将炉排向炉后移动，炉排上的煤进入炉膛后受到高温烟气的强烈辐射，又得到炉排下面风仓送来的空气（该空气先由鼓风机鼓入空气预热器，被加热的空气送入炉排下的风仓内）混合进行燃烧放热，煤最后燃烬成炉渣进入灰渣斗排出炉外。在炉排上燃烧的煤产生高温烟气，在引风机的抽吸作用下以一定的流速依次经炉膛、对流烟道，烟气不断将热量传递给炉膛和对流受热面，而烟气本身温度逐渐下降，最后经除尘器、引风机和烟囱排入大气。
2、 锅炉的汽水系统：
锅炉给水由给水泵送入省煤器，省煤器的作用是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉给水、降低排烟热损失、提高锅炉热效率。经省煤器加热的炉水进入上锅筒，上锅筒组成水循环回路，即：高温区的对流管束中的汽水混合物是由下锅筒向上吸热流动进入上锅筒；而低温区对流管中的炉水是由上锅筒向下吸热流动进入下锅筒。同时上锅筒的另一部分炉水通过水冷壁管和捕渣管受到高温烟气的强烈辐射将炉水汽化产生蒸汽，因此水冷壁管中的汽水混合物由下集箱或下锅筒上升进入上锅筒；而下降管中的炉水由上锅筒向下流进下集箱。在上锅筒内汽水混合物经汽水分离装置分离后进入汽空间，并进入过热器内将饱和蒸汽继续加热成需要的过热蒸汽。
（二）、锅炉性能分析：
锅炉的电气单元及拖动机构一般由鼓风机、引风机、给水泵、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；给水和循环水系统由给水泵和循环泵完成，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。
   二、 普通锅炉系统存在的问题
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；
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。
   三、 节电原理概述
交流电动机的转速N用公式表示为：N=60f（1-s）/p ；
（N为电机每分钟转速，f为电机接受频率，p为电机磁极对数，s为电机转差率）。
由此可知交流电机的转速与接受频率成正比，通过改变电机的供电频率可达到调整电机转速的目的。流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）。
根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。如下图：
   
由以上内容可以看出，用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。锅炉控制系统在设计时是按现场最大需求量来考虑的，其鼓风机、引风机、给水泵、循环泵都是按单台设备的最大工况来考虑的，在实际使用中有90% 以上的时间它们都工作在非满载状态下。采用阀门、自动滑阀调节不仅增大了系统循环压力和节流损失，而且由于调节是阶段性的，造成整个系统工作在波动状态；而安装变频控制系统则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并通过节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，延长锅炉各部件的使用寿命。
   四、 锅炉系统改造方案
（一）、鼓、引风机变频控制系统：
锅炉的鼓、引风机的作用是用来保障燃料充分燃烧并维持锅炉炉膛保持微负压。锅炉风机一般采用离心式风机，且电机一般具备以下功能：
1、 鼓、引风机强/弱电连锁装置：
A、强电：只能先启动引风机再启动鼓风机，鼓风机应无法单独开启；若引风机掉电鼓风机立即停机。
B、弱电：当引风机变频器出现故障或电机减速停止，鼓风机变频器输出立即停止。
2、由于电机距控制室较远，变频器到电机的电缆接线较长，线路上的分布电容会在电机运行的过程中产生较大的尖峰电流，这就要求变频器具有很好的抑制尖峰电流的能力。
3、一般离心式风机的叶片直径较大，电机在停止时产生的惯量非常大，利用变频器减速停止电机，就必须要求变频器具有很好的抑制由于惯量大而产生的直流母线电压提升过高的能力。
4、在控制系统中，应加装变频器与原自耦降压启动柜的手动切换装置，以防止当变频器发生不可恢复的故障或定期保养时影响锅炉的正常运行。
5、 变频控制系统应有清晰准确的电流、电压、电机转速、频率等显示仪表，若为全自动控制系统还有锅炉炉膛风量、风压的指示和锅炉燃烧情况的三维动画显示，以便于锅炉操作及运行人员监视和操作。
（二）、锅炉变频恒压供水控制系统：
变频恒压供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，如变频器的频率到零仍不能满足要求，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。 五、 变频改造后性能
变频恒压供水控制系统在锅炉上应用具备以下功能：
1、由于锅炉给水母管的压力往往比较大，变频器的速度响应要很快，避免在切换过程中导致水压波动。
2、 系统的程序执行单元--可编程控制器（PLC）可根据现场的实际需要进行时间、幅值和程序的调整，同时要保证系统运行的可靠性。
3、 控制系统有清晰准确的电流、电压、电机转速、频率、数字式压力显示器等显示仪表。
   六、 变频改造主要配置
变频器
控制系统可编程控制器；A/D、D/A扩展功能模块
温控器
压力传感器
主断路器
交流接触器
热过载继电器
电气柜
指示灯/转换开关/按钮
交流电压表、交流电流表、互感器
数码LED显示器
高稳定度开关电源
控制电源滤波器