交流变频调速技术在工业锅炉风机中的应用

交流变频调速技术在工业锅炉风机中的应用

杨红石

冶金、化工等行业目前广泛使用交流电机拖动工业锅炉风机，其风量采用挡板风门控制阀控制。这种控制方法电耗高，电机温度高，噪声大，且操作环境恶劣。云南磷肥工业基地动力厂的大型工业锅炉风机装置，采用变频调速技术控制锅炉风机的电机传动系统，取得了明显节能效果。

1 系统组成和工作原理

1．1系统组成

该厂的3台35t/h蒸汽锅炉分别由3套185kW引风机、90kW鼓风机、30kW 二次风机组成的供风系统供给风量，其中2套正常使用，1套备用。每套供风系统的引风机、鼓风机和二次风机分别采用日本富士公司生产的FRN200P7-4、FRN110P7-4、FRN37P9S-4变频调速器进行变频调速控制，主电路如图1所示。

1．2工作原理

变频调速控制系统具有两种操作方式：现场操作和远端操作(操作距离在150m以内)。当外部电源或负载发生异常时，为了防止变频器和异步电动机损坏，变频器具备各种保护功能。系统在保护电路中提供声光报警装置，在异常情况时，提醒管理人员尽快采取维护措施，使损失减小到最低限度。在变频器内部系统采用优化参数设计，使变频器在起停过程中能平稳运行。由图1可知，工频三相交流电压经变频器平滑回路产生平滑的直流电压，经晶闸管逆变器产生可变电压和可变频率的三相交流电压由变频器U、V、W端输出。操作人员根据炉膛负压大小和炉膛温度变化，通过现场控制或远端操作，调节工频电源输入频率，从而控制电机的转速，以平衡炉膛压力和温度，使锅炉正常工作。

(1)加减速时间

变频调速器内部加速时间和减速时间的设定是变频器内部参数设计的重要指标。加速时间是指频率从零变到最高频率所需要的时间；减速时间是指从最高频率到零所需要的时间。加速时间设定的要点是将加速电流限制在变频器过电流容量以下，即不应使控制电路电流增大，防止回路动作；减速时间设定要点则是防止平滑回路的电压过大，即不应使控制电路再生电压增大，防止回路动作。加速、减速时间的计算方法[1]如下：

(1)

(2)

式中t

A 、t

D

为给定的加速、减速时间，min；n

max

为最高转速，r/min；T

∧A,min

为最

小加速转矩，N·m；T

AD,min

为最小减速转矩，N·m。

图1 主电路示意图

R、S、T—主电源输入；U、V、W—变频器输出；R0、T0—变频器控制电源辅助输入；L—直流电抗器；W—频率给定电位器；

FMA—模拟频率表；FWD—正转运行；CM—输入公用点；RST—异常复位；30A、30B、

30C—集中报警输出

(2)电机轴功率

风机类的一个最大特点就是轴功率与转速的立方成正比。因此，将电机以定速运转，把用挡板阀门调节风量的方法，改为根据所需要的风量调节转速可获得明显的节能效果，如式(3)所示[1]。

P

1

／P=(n1/n)3(3) 式中P为电机额定轴功率；P1为实际轴功率；n为电机额定转速；n1为电机实际转速。

2 运行结果

在实际工作中考虑到计算的误差，交流变频调速系统采用不计算加减速时间的方法，即先给定充分长的时间，然后利用报警指示灯把它缩短到最佳时间。加速、减速运转中失速报警不动作时，就将给定时间缩短，再进行实验。重复此操作，即可确定最佳加速、减速时间，使电机在启停过程中平稳运行。

为了便于操作人员使用变频器，在系统内还设计了远端操作控制器(见图1)。远端操作控制器可以通过屏蔽电缆安装在机房的控制柜上，现场距控制柜的距离不超过150m。操作人员通过控制柜上显示的锅炉运行参数，调节控制器频

率控制旋钮，从而控制电机转速，保证锅炉正常运行。

变频调速器的使用与调节挡板风门控制比较，其节电特性如图2所示[1]，n*=n

1 /P。

／n，P*=P

1

该变频调速控制系统已在云南磷肥工业基地动力厂大型工业锅炉风机系统中正式投入使用。根据式(3)计算可知，FRN200P7-4，FRN110P7-4、FRN37P9S-4变频调速器的节电率分别为48．8％、48．8％、65．7％。

经过2年多的运行，表明该系统具有如下特

图2节电特性

1—入口挡板控制；2—逆变器控制

点：(1)系统参数设置合理，运行安全可靠，在系统中设置了保护电路，对变频器过热、过压、过电流等具有保护功能，并发出声光报警信号。(2)系统无级调速，操作简单可靠，电机低速运转，减少机械磨损，避免电机工频直接起动大电流对电机线圈和电网的冲击，电机和风机都处于轻载运行状态，故障明显减少，操作环境得到改善。(3)节能效果显著。电机电耗降低47％～65％。

(编辑初秀兰) 杨红石男 1957年生工程师从事计算机应用软件开发和自动控制技术工作。

作者单位：杨红石(冶金部长沙矿冶研究院长沙 410012)

参考文献

1，三菱电机株式会社.变频调速器使用手册.北京：兵器工业出版社，1992.102～389

出师表

两汉：诸葛亮

先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。