锅炉自动控制系统

变频器在链条炉系统中的应用

收藏此信息打印该信息添加：哈尔滨空调股份有限公司空冷设计处电气室王敏来源：未知

1 引言

由于变频调速装置对风机和泵类负载有显著的节能效果，并且具有无冲击启动和软停机的优良控制特性，可极大的延长机械设备的使用寿命，减少设备的维护量；随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高、体积越来越小、运行可靠性越来越高，集成了具有实用的pi调节功能、简易plc、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择、频率给定通道与运行命令通道捆绑、零频回差控制、主辅给定控制等功能，这为变频控制装置纳入自动控制系统，对降低系统成本，提高系统可靠性具有极大价值。变频器已广泛的应用在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域。

2 变频器在链条炉系统的应用

2.1 链条炉燃烧工艺要求

链条炉燃烧的基本要求是使供热量适应负荷需要，达到燃烧的经济性和保证锅炉运行的安全性。燃烧控制即是通过调节给煤量来保持锅炉负荷；调节送风量，使之随时与给煤量保持风煤比，以此来保证燃料完全燃烧和最小的热损失；调节引风使之随时与送风相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内，保证锅炉燃烧的安全性和燃煤燃烧的充分性。

2.2 变频器在链条炉的应用

（1）链条炉变频控制设备

根据链条炉燃烧工艺要求，链条炉变频控制设备包括：鼓风机变频调速装置、引风机变频调速装置、炉排机变频调速装置、分层给煤变频调速装置、循环水变频调速装置、补水变频调速装置等。

（2）链条炉变频控制系统

根据链条炉燃烧过程工艺要求，其变频自动控制系统可分为三个子系统：负荷控制系统（给煤调节、烟气含氧量控制、炉膛温度调节）、送风系统和引风系统。

（3）锅炉燃烧系统及燃烧过程检测量和控制量

为了便于理解和了解链条炉变频控制系统的控制过程，图1为锅炉燃烧系统示意图，附表为锅炉燃烧过程检测量和控制量。

图1 锅炉燃烧系统示意图

附表锅炉燃烧过程检测量和控制量

2.3 变频器链条炉系统介绍

（1）给煤调节

给煤调节的任务是通过变频器调节给煤机的转速，改变进入锅炉的煤料量的大小。考虑到燃煤锅炉运行中经常产生煤量的自发性扰动(煤的阻塞和自流)，因此，调节器中引入锅炉出口水温作为锅炉的检测与反馈信号，以及时消除由于设备结构造成的给煤量自发扰动。同时，还引入烟气含氧量作为给煤量的修正。图2为给煤调节系统结构框图。

图2 给煤调节系统框图

（2）炉膛负压控制

炉膛负压是一个快过程，只要pid参数整定合适，一般单回路即可达到目的。但其控制的品质受鼓风量的影响较大，于是把鼓风机的转速作为前馈，提高响应速度。图3为炉膛负压控制框图。考虑到引风电机的抗冲击性，负压控制也引入一调节死区,在该负压范围内保持上次的输出，调节死区设为控制目标的±2pa，控制精度达到±5pa。

图3 炉膛负压控制框图

（3）送风调节

送风调节的目的在于保证锅炉燃烧的经济性，使锅炉运行在最佳状态，送风量与给煤量的比例最佳，即锅炉燃烧热效率最高。送风调节由变频送风机来完成，采用以燃烧经济性能指标为被调量的单回路结构。为了使送风量迅速跟上给煤量b的变化，送风机变频调节中引入给煤量b的变化量db作为前馈信号，通过前馈补偿系数f(db)来确保送风量快速跟上给煤量的变化，图4为送风控制系统框图。从图4可以清楚了解送风机变频控制原理。

图4 送风控制系统框图

采集炉膛温度或烟气含氧量信号，通过变送器反馈至变频器，通过变频器内置的pid参数调整，调节鼓风机转速。执行元件为鼓风机，控制参数为炉膛温度。控制回路是根据实际的炉膛温度数值进行调节的，其目的是保持合适的炉膛温度。当炉膛温度发生变化时，装置通过变送器将测出的炉膛温度信号转换成电信号，经过pid控制算法计算后输出给变频器。变频器再通过输出不同的电压及频率来控制鼓风机的转速，从而改变鼓风机的风量。

（4）引风调节

引风调节系统的任务是保证炉膛负压维持在一定的范围内，炉膛负压过大会降低炉膛温度，耗费燃煤，严重会造成炉膛灭火等事故；负压过小则危及人员和设备的安全。由于引风调节对象的动态响应快，易于测量，所以引风调节系统主要以炉膛负压作为一个被调量。实际控制中，保持引风量与送风量的比例关系，引入送风量大小即送风机转速的变化dk作为前馈信号。这样当锅炉负荷发生变化时，给煤量改变导致送风量相应变化，引风环节随着前两个环节的改变而先行改变引风量，既抑制了强干扰的影响，又保证炉膛负压维持在一定的范围内变化。图5示出了引风控制原理。

图5 引风机变频控制原理图

综合以上各调节系统，不难得到变频器链条炉总控制系统框图，受篇幅所限，总控制系统框图略。该系统运行中，为了使给煤机、送风机、引风机协调动作，克服耦合的影响，须采用多变量输入多变量输出的协调控制策略，对燃煤锅炉燃烧过程实现控制。

（5）另外，变频器链条炉还有除氧补水调节系统，其补水泵采用变频调节采用简单pid调节，以调节补充水量和维持锅炉入口水压。

3 锅炉变频控制节电能估算

锅炉风机属于平方转矩负载，采用传统的闸门调节风量时，无论风门大小，电机始终运行在工频、额定转速状态，显然电能浪费很大。下面以一台45t蒸汽锅炉为例，引风机200kw一台、送风机200kw一台、二次风机110kw一台，对锅炉变频控制节电能估算。

3.1 节能原理分析

（1）设：风机风量为q1时，风机转速为n1、消耗功率为p1；当根据需要风量降低为q2时，转速为n2、消耗的功率为p2 ，下列关系存在：

（2）锅炉风机选型时，额定风量一般留有10％的富裕量；设风机经常在94％的额定转速运行；电动机的需用系数取0.8，日运行24小时，年运行300天，电价按0.53元/kwh计算年节约电量。

3.2 节电计算

（1）引风机和送风机年耗电量、年节约电量计算

●工频运行时，引风机、送风机年耗电量：

a1=a2=200kw×0.8×24h×300d=1152000 kwh

●变频运行时，引风机、送风机耗电量：

a1.1=a2.1=200×0.8×0.943×24×300=956833kwh

●引、送风机变频比工频运行时每年节约电量：

δa1=a1-a1.1

δa2=a2-a2.1

δa1=δa2=1152000-956833

=195167kwh

（2）二次风机年耗电量、节约电量计算

●二次风机工频运行时年耗电量：

a3=110kw×0.8×24h×300d=633600kwh

●二次风机变频运行时年耗电量：

a3.1=110×0.8×0.943×24×300=526258 kwh

●二次风机变频运行比工频运行时每年节约电量：

δa3=633600-526258=107342kwh

（3）锅炉送、引风机变频运行每年总节约电量：

σδa=195167+195167+107342=497676 kwh

（4）锅炉送、引风机变频运行每年节约电费：

δc=0.53元/kwh×497676 kwh=263768.3元=26.4万元