锅炉电气系统中变频器的节能应用分析

晋能长治热电有限公司 王 鑫

1 引言

锅炉对于工业生产及民用取暖都发挥着极为重要的作用。锅炉的使用需要耗费大量电能，因此如何能够节约能源是相关企业积极探索的重要问题。锅炉运行消耗的电能中，95%以上为水泵和风机消耗的。一般情况下，如果锅炉的负荷发生变化，需要对锅炉的燃烧情况进行必要调整，能够降低能源耗损。过去多利用机械节流方法进行调节，对风门挡板张开角度进行合理调整从而控制进风量。但是在锅炉运行时调整阀门或是挡板，无法改变风机和水泵的运行负荷，同时也无法改变风机和水泵电动机的拖动轴功率，发动机耗费的能量并没有实际降低。此种运行模式不但会导致能量浪费，同时还会导致设备耗损增加，因此缩短设备的使用寿命或是提升维修及维护费用。

编排调速依据负荷变化为基础，可确保电动机实现自动、平滑的增减速度，完成电动机无级变速。电动机最佳调速方式为大范围高精度的变频调速。

2 变频器工作原理

变频器的应用原理主要包含两个方面，包括基本原理和节能原理。

首先是变频器的应用基本原理，变频器利用现代化方式制作而成，不仅在使用起来相对来说比较容易，而且在节约和减少能源消耗方面也有着非常突出的效果。在锅炉的电气系统中利用变频器进行节能的过程中，需要根据锅炉的温度调节变频器，使变频器能够更好地使用锅炉内的环境因素[1]。

对流量的控制通常用于调节水泵的阀门，调剂风门的时候需要使用到风机，从而调节挡板的开合度，根据特定情况调节风量，但是这个过程依旧有许多缺陷。变频器有着较为广泛的应用范围，同时在使用的时候精准程度高，同时也促进能源节约和环境保护，因此，在发展企业和增进经济利益方面发挥着非常重要的作用。

其次则是变频器的节能原理，主要包含变频的节能、使用功率补偿节能以及软启动节能。首先，需要将变频的功率调节到合适的节点，来降低电动机的运转速度，通过这种方式来做到电动机功率的降低，从而达到节能的目的。功率的补偿节能是通过电容的使用，减少运行过程中无功的损耗，增加有功功率。软启动节能主要通过降低电网的冲击力和供电要求，以便有效延长设备和阀门的寿命，为公司节省了更多的成本并提高了盈利。变频器工作原理如图1所示。

图1 变频器工作原理

3 应用变频调速的重要性分析

企业锅炉中风机和水泵等设备应用广泛，属于电动机拖动机械设备中广泛使用的设备类型。此类设备进行必要调节时，最为常用的方法是对风门、阀门和挡板的开合度进行合理调整事项调节目的。但是在调节时，电机的转速是保持不变的，因此挡板或是阀门上会消耗大量的能力，因此也会导致能量的浪费。积极引入变频调速技术，可对原有调节方式进行根本性改变。将原有速度保持不变的电动机变为速度可调的，电动机能够自动根据负荷量及时地对转速进行合理调节，另外此类负载电动机轴功率输出和电动机转速的立方值呈正相关。因此相比提前调节方式来说，变频调节的节能效果最佳，同时也能显著提高装置的转换频率[2]。

另外实施变频调速技术之后，能够大大降低电机转速，因此可以随之降低轴承的磨损和热度，有助于提高水泵和电动机等机械设备的使用周期，也可降低设备维修和保养频率。同时变频器还具有手动、自动相互转换这一特殊功能，能够依据实际需求，对转速进行及时调节变化。由于变频器调速和启动相对平稳，也可有效避免对电网造成冲击和影响。风机、水泵等设备被广泛应用在能化企业中，是电动机拖动机械设备中应用最广泛的设备。该设备在通过传统的调节方式进行调节时，能量浪费较大。通过引入变频调速技术使得调速方式发生了根本的改变，电动机的转速由原来的不可变转为可变。

电动机可以根据实际需求量进行自动调节转速，该装置的转换效率高，节能效果相对于其他控制方式也更好。通过应用变频调速技术，可以降低电机水泵的转速进而减少轴承的磨损及发热，这样不仅能节约维修成本，而且还能延迟设备的使用寿命。此外，变频调速技术可以实现自动控制，避免了操作人员频繁操作，降低了员工的劳动强度，同时还能减少设备运行的噪声，优化工作环境。变频调速器还具有故障检测、诊断、数字显示功能，这样更加提升了锅炉的运行安全性。

变频调速技术实施后，就可以实现自动控制，不再完全依靠人工进行频繁的调节，也能大大降低调节阀门故障发生率，进而避免对生产造成消极影响，也可使员工的劳动强度显著降低。另外，还可以能够避免电机运行时及阀门节流时产生的噪声，可改善工作环境。闭环控制运行系统，参数超调波动范围相对较小，能够更加有效地控制偏差。显著提升控制极度后，能够确保生产工艺稳定性。另外变频调速系统还可以进行高灵敏度检测、诊断故障，具有数字化显示能力，从而显著提升锅炉运行的安全性[3]。

4 变频器的故障问题

变频器通常处于较为恶劣的运行环境，交变电磁干扰、灰尘、油水脏污、高温发热等现象均极易产生，且无法估量，会对变频器自身性能造成影响，致使故障产生。现阶段，变速恒频式锅炉电气系统装置，特别是双馈式锅炉电气系统装置应对电网运行故障能力上有缺陷存在。

电网运行时产生故障，则锅炉电气系统装置端电压极易发生跌落，致使发电装置增加定子电流。因转子和定子相互强耦合，定子电流快速增长，致使转子电流增速快；因风力装置呈较慢调速，故障发生前期，其风力装置所吸收风能减少明显，发电机组因机端部电压下降，无法向着电网实施正常的电能输送，也就是说部分能量将无法被输入至电网当中，该部分能量均应系统实现内部消化，致使电容充电、电磁转矩骤变、电机转子持续加速、直流电压骤然增加等相关问题，因这些问题的存在，致使锅炉电气系统整个系统内部元器件发生受损情况。

在一定程度上，锅炉电气系统综合系统当中变频器具体运行期间的故障问题，常见欠电压、过热、过电流、过电压、误动作、和预期效果存在较大偏差等。

5 变频器在锅炉电气系统中的节能应用要点

5.1 送电前的检查

检查对项目和系统来说都是极其重要的内容，在送电前进行检查能够有效降低事故发生的概率，并且还能起到节约能源的作用，为企业带来更多的收益。在锅炉电气系统中应用变频器更加需要检查，只有这样才能保障变频器安全稳定的运行，因此送电前的检查相关工作人员一定不能节省这一步骤。

送电前的检查内容烦琐，主要包含以下几个方面。环境检查、电缆连接检查、送电前的清理。变频器的运行环境非常严格，粉尘、温度和湿度都有相应的指标，一旦超过指标，在运行过程中就会影响到变频器的性能，检查连接电缆的主要目的是保障电缆的牢固，使变频器能够正常的运行。在正式投入使用前需要对变频器进行清理，主要清理变频器的灰尘，同时也需要对变频器的柜内进行清理，使变频器能够正常的运行[4]。

5.2 对引风机进行变频节能改造

引风机也是锅炉电力系统中重要组成部分，在引风机上进行变频器节能改造能够做到对风量的调整。例如做好外部条件的准备后，需要按下启动装置进入到主界面，若想退出界面则需要按下确定按钮，同时还需要启动系统，这就可以根据指示灯来判断，灯亮为接通，灯灭为结束，这时变频器将会开始进行工作，若想暂停变频器的工作，需要按下停止按钮。从这一方面可以看出引风机进行变频节能改造也是非常有必要的。

变频器自动控制效果理想，变频系统能够测量炉膛负压传感器数值，应用内置调节模块自动控制锅炉引风机转速，从而确保炉膛内负压稳定。人工调节负压稳定性较差，使用变频器闭环控制，引风机转速自动匹配炉膛负压，更为精准地进行控制。

人工调节负压过大容易增加漏风和热损失，导致引风机用电量增加，负压太小会导致炉膛向外喷火，影响生产安全性同时造成环境污染。变频系统则可实现精准控制，避免不利影响。蒸汽压力波动太大，会对运行质量产生影响。

变频器能够对蒸汽压力传感器数值进行准确测量，能够自动调节锅炉炉排和风机确保蒸汽压力稳定。锅炉的蒸发效果及安全和水位关系密切，水位抬高，则会导致蒸汽中含有过高水分含量，对市场效率产生不利影响，水位过度则会影响锅炉使用安全性。变频器对汽包液位传感器数值进行准确收集，应用调节功能自动控制锅炉给水泵装束，持续保持很低汽包水位。应用变频调速系统对锅炉进行合理改造后，锅炉运行的有效性和安全性得到明显提升。

6 结语

以往的发展对资源造成了非常严重的浪费，因此国家提出了可持续发展战略目标，也要求企业能够时刻践行节能减排的目标。以往的锅炉在运行的过程中不仅会造成大量资源的浪费，还对环境造成一定的影响，因此将变频器应用到锅炉的电气系统中非常必要，在使用的过程中不仅可以达到节能减排的作用，还能为企业节省更多的资源、并对环境做到保护。将变频器使用到锅炉的电气系统中也是时代发展的必然选择，帮助企业实现可持续发展的目标。