变频器在锅炉节能上的应用

一、前言
   锅炉节能降耗主要的控制指标在於煤耗及用电效率，传统方法多用风门档板、阀门和机械调速来控制鼓（引）风机、给水泵、循环泵的流量及炉排的运行速度，其设计上并未考虑节能目的，同时，工艺及生产任务的不同，蒸汽需求量变化时，需改变给煤（喷降）量，以达到高效率燃烧，传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度低，且易因操作不当而产生环境污染（烟囱冒黑烟）。
二、锅炉供水控制系统的改造
水泵的工作原理
   由水泵的工作原理可知流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N三次方成正比，电机的转速N与电源频率F成正比，因此改变电源频率，可改变电动机即给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。
原设备工况
   现锅炉给水泵是连续恒速运行的，且流量的控制是通过调节管路中调节阀和支路回流实现的，采用调节阀调节时，由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力上升，阀门两边的压差将增大，造成能量的浪费同时还易损害阀门和轴承的磨损；采用支路回流调节时，大量水的回流也同样造成能量的消耗。
给改造方案
   原系统加装伟创AC32水泵、风机专用变频器，并保留原系统工频设备做备份，变频器故障输出继电器常开触点连延时继电器再连原工频主回路接触器，确保变频器故障情况下锅炉给水系统正常运行，同时控制室声、光报警，提示操作人员及时排除问题；变频器设下限频率，保证锅炉给水量在安全值以上运行；
变频器工作状态
   操作人员在控制室可根据汽包水位的变化实时对变频器进行频率调整，满足蒸发量和给水量的同时力求变频器运行在最佳经济状态。
   现场实测：给水泵相对原调节筏控制节电率达24%，并且水泵磨损大大减少，延长设备使用寿命。
三、锅炉鼓(引)风控制系统的改造
原现场工况
   锅炉的鼓（引）风机的风量随汽量变化而经常产生变化的，原现场采用阀门调节，锅炉的控制室到阀门的距离较远，操作不便还不易控制准确，风量调节过大，空气含氧量超标，浪费了热能；风量调节过小，煤渣残留碳份超标燃烧不尽又增加了煤耗；高速运行的风机产生的噪音对环境也产生极大的污染；由于长时间高速运行，风机轴承和电机温升都很高，设备的使用寿命降低。
变频器工作状况
   安装伟创AC32系列变频器后，操作人员在控制室根据用汽量的变化，随时调整鼓（引）风机的转速，减少了噪音对环境的污染（电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降），由于鼓引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。
节能效果
   一般设计中风机、水泵设备额定的风量、流量通常都超过实际需要的风量、流量，且运行中风量、流量都是实时变化的，而目前，采用档板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
从流体力学原理知道，风机风量与转速及电机功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q－风量(流量)Ｈ－风压（扬程）P－轴功率n－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，例如风量下降到80%，转速(n)也下降到80%时其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大，因此对风量、流量调节范围较大的风机水泵，采用变频调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。
   变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大，精度高、无级调速。容易实现协调控制和闭环控制，由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合于对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机水泵节能的最理想的方法。
四、炉排电机的变频改造
原现场工况
   炉排电机因为比较小，许多厂家都忽略了对其的改造。炉排电机是控制煤在炉内的停留时间，其速度的快慢和煤的燃烧率息息相关。传统的调速方式是机械换档，精度低，煤燃烧后留碳份超标严重。
   现场其炉排三级调速档已锈死，只有高速档可以运行，煤渣出来呈黑灰色且脚踩有硬感，明显没有燃烧完全。
变频改造效果
   采用变频调速后情况大为改观，由于可实时调整，煤块燃烧充分，热效提高，煤渣出炉后呈灰白色，同时烟囱冒黑烟的现象也基本没有，煤耗降低10%左右。
综上：使用伟创变频调速器取代风门、档板、阀门控制流量，并控制炉排后，其整体改造效果如下：
1、综合节电约35%，约9个月回收投资。
2、提高燃烧效率，节省用煤10%左右。
3、降低排烟浓度，避免冒黑烟的环境污染。
4、提高设备自动化程度，控制更精确、更方便、更及时。
5、实现电机软起动，减小冲击电流
6、降低设备运行损耗，延长设备使用寿命。

1.前言：

   标准机械加工所使用的外圆磨床，砂轮电动机均按传统启动电路运行。 电动机启动后按照额定转速运转，由于电网电压有一定的波动，砂轮和工件的磨擦负载不断的变化，都会影响电动机的转速误差，标准砂轮电动机起动电路一般只有一种加工速度，难以适应不同工件大小的要求不同的加工相对线速度，以至于所加工工件的加工精密度很难保证。因此从提高加工质量和加工效率，节约能源等方面考虑，将变频调速技术应用于外圆磨床中，可以收到满意的效果。

   机械加工行业外圆磨床所加工的产品种类繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各异。相对的要求砂轮转速于主轴的线速度不同，单纯的调整主轴的转速来满足工件的加工线速度很难调整到理想状态。又由于轴杆类在加工过程中所产生的应力弯曲，在磨削过程中会产生砂轮进给的力矩不同，这样就带来砂轮输出转速/力矩不同的变化，相应的会产生振刀纹/烧糊纹等，磨削精度很难保证，由此造成生产效率低，精品率低等。


   随着电力电子技术的发展，变频调速技术的越来越普及，在机械加工行业变频器的应用收到很好的效果。变频器的无级调速，软启动，恒转矩输出极大的满足了机械加工设备对恒速度/恒转矩的要求。

   2.外圆磨床加工的负载特性：

   根据不同的轴杆类直径的大小，主砂轮电动机的转速等于砂轮输出的转速。磨削力的大小取决于砂轮电动机的输出转矩。在驱动工件旋转的主轴电动机的高速段，相对于砂轮输出转速不变，所加工的工件直径小，磨削进给少；加工大直径，长轴类工件时，工件旋转的电动机在低速段，砂轮进给量大，砂轮磨削力也在变大，电动机很难在恒转矩/恒速度下运行。速度的变化就产生了如振刀纹/烧糊纹/加工精度等的变化。变频调速电动机的无级调速，恒转矩输出恰能弥补上述缺陷。


   3.变频器的选择：


   根据系统运行的特点，考虑满足机械加工外圆磨床的使用要求和设备投资费用等角度考虑，选用带自动转矩提升功能的矢量型变频器。以SANCH-S2000系列为例，根据砂轮电动机的功率不同选用18.5KW/15KW的变频器，以15KW为例，额定电压三相380V，输出电流32A，频率控制0.5—400HZ，速度控制0.1%，过负载能力150%/60S。具有自动转矩提升功能，柔性PWM控制，可实现更低噪音运行，多于10段的转速控制。


   4.系统的启动与调速：


   外圆磨床的主砂轮电动机起动电路多采用星—三角转换起动电路。用变频器取代原有电路，利用原有接触器的常开触点控制变频器的运行，考虑砂轮启动的惯性，变频器软启动时间设定为10S，停止刹车时间设定为15S，根据不同类型的砂轮启动力矩可在50%--80%之间调节设定。系统速度通过外接可调电位器调节频率，根据工件直径不同的适应速度调整，因受电动机高速时的机械强度/噪音/振动等因素的限制，电动机最高频率设定为60HZ；因低速时电动机散热效果差，考虑工件旋转的变速因素和实际最大加工工件尺寸，最低频率设定为35HZ，基准频设定为50HZ。由前面的负载特性分析可知，高速段为恒功率性质，低速段为恒转矩性质，且低转速时负载要求转矩大，过载能力强。对电动机基准频以上，为保证电动机不过压，采用恒压变频调速。由电动机理论可知，当电压不变，频率增大时，电动机每极下的磁通随着频率的增大而减小；当电动机电流为额定电流时，最大允许输出转矩减小，容许输出功率不变，属恒功率调速，适用于恒功率负载。基频以下，为保证电动机每极下磁通不变，采用V/F=常数的变压变频调速，当电动机的电流为额定电流时，电动机容许输出转矩不变，属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。但当速度较低时因电动机内阻不可忽略，若仍保持V/F为常数，则电动机转矩将减小，无法满足低速时负载要求的转矩大，过载能力强的性能，因此采用变频器的转矩自动补偿功能，选择补偿后的V/F曲线加以修正。

5.系统设计的注意事项：


   磨削砂轮平衡的精度要提高：将电动机在额定转速上运行，为了减小高速时的振动，应提高电动机转子和砂轮的动平衡度，并加以校正。


   低速时的散热情况：因电动机为自冷风扇方式散热冷却，低速时散热条件变差，而负载转矩较大，电动机温度会增加，因此最低转速的设定以电动机表面温差不超过容许值为依据。


   变频调速时因变频器输出含有高次谐波，会在电动机中产生电磁噪音，因此输出端要安装零相杂讯滤波器，可降低辅射干扰及感应杂讯。