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    一、 普通鍋爐系統工作原理

    （一）、鍋爐的工作原理：

    鍋爐是由鍋爐本體和燃燒設備（包括爐膛和煙道）兩部分組成。鍋爐本體由受壓部件組成汽水系統。它吸收燃燒設備燃料所放出的熱量，將鍋爐給水加熱到需要的熱水（符合熱水鍋爐額定參數）或蒸汽（符合蒸汽鍋爐額定參數）。燃燒設備是由爐膛、煙道組成的風、燃料、煙系統，燃料與空氣混合燃燒把熱量傳遞給汽水系統，而煙氣自身溫度逐漸降低，直至經除塵器、引風機由煙囪排入大氣。

    下面以雙爐筒橫置式鏈條爐排水管鍋爐（SHL型鍋爐）為例，簡要介紹鍋爐的基本結構和工作過程。

    1、 鍋爐的風、煤、煙系統： 

    將鍋爐所需要的煤送入加煤斗然后落入爐排，爐排由減速箱帶動鏈輪以一定的速度將爐排向爐后移動，爐排上的煤進入爐膛后受到高溫煙氣的強烈輻射，又得到爐排下面風倉送來的空氣（該空氣先由鼓風機鼓入空氣預熱器，被加熱的空氣送入爐排下的風倉內）混合進行燃燒放熱，煤最后燃燼成爐渣進入灰渣斗排出爐外。在爐排上燃燒的煤產生高溫煙氣，在引風機的抽吸作用下以一定的流速依次經爐膛、對流煙道，煙氣不斷將熱量傳遞給爐膛和對流受熱面，而煙氣本身溫度逐漸下降，最后經除塵器、引風機和煙囪排入大氣。

    2、 鍋爐的汽水系統：

    鍋爐給水由給水泵送入省煤器，省煤器的作用是利用鍋爐尾部煙氣熱量加熱鍋爐給水、降低排煙熱損失、提高鍋爐熱效率。經省煤器加熱的爐水進入上鍋筒，上鍋筒組成水循環回路，即：高溫區的對流管束中的汽水混合物是由下鍋筒向上吸熱流動進入上鍋筒；而低溫區對流管中的爐水是由上鍋筒向下吸熱流動進入下鍋筒。同時上鍋筒的另一部分爐水通過水冷壁管和捕渣管受到高溫煙氣的強烈輻射將爐水汽化產生蒸汽，因此水冷壁管中的汽水混合物由下集箱或下鍋筒上升進入上鍋筒；而下降管中的爐水由上鍋筒向下流進下集箱。在上鍋筒內汽水混合物經汽水分離裝置分離后進入汽空間，并進入過熱器內將飽和蒸汽繼續加熱成需要的過熱蒸汽。

    （二）、鍋爐性能分析：

    鍋爐的電氣單元及拖動機構一般由鼓風機、引風機、給水泵、循環泵、爐排電機和沖渣泵（除灰泵）組成，在原有的鍋爐系統中一般都采用以下方式：鼓、引風機采用離心式風機，利用檔板或閥門調節鼓、引風量；給水和循環水系統由給水泵和循環泵完成，給水量、出水量、回水量及水壓由閥門調節；利用調速電機和控制器拖動爐排往復運行。

    二、 普通鍋爐系統存在的問題

    所有電機均工作在工頻50HZ狀態下（爐排電機除外），電能消耗量大，浪費嚴重而且噪音非常大；

    1、磁調速電機的滑差部分封閉性差，在運行環境較惡劣的鍋爐現場長期使用易產生滑差頭抱死的情況，可靠性差，維護工作量大；

    2、普通控制方式基本上為手動操作、調節，鍋爐運行人員勞動強度大、控制精度低；

    3、由于水量/壓和風量/壓不能準確控制，致使水、煤量消耗較大；

    4、原有的自耦降壓啟動裝置在電機啟動時仍存在較大的沖擊電流，對一次開關回路電器元件、二次繼電回路儀表和電纜的容量要求較高且系統可靠性較低，維護工作量大等。

    三、 節電原理概述

    交流電動機的轉速N用公式表示為：N=60f（1-s）/p ；
 
    （N為電機每分鐘轉速，f為電機接受頻率，p為電機磁極對數，s為電機轉差率）。

    由此可知交流電機的轉速與接受頻率成正比，通過改變電機的供電頻率可達到調整電機轉速的目的。流體傳輸設備（水泵、風機）的工作原理可知：水泵、風機的流量（風量）與其轉速成正比；水泵、風機的壓力（揚程）與其轉速的平方成正比，而水泵、風機的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風機的軸功率與其轉速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）。

    根據上述原理可知：改變水泵、風機的轉速就可改變水泵、風機的輸出功率。例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P為電機軸功率）；將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P為電機軸功率）。如下圖：

        

    由以上內容可以看出，用變頻器進行流量（風量）控制時，可節約大量電能。鍋爐控制系統在設計時是按現場最大需求量來考慮的，其鼓風機、引風機、給水泵、循環泵都是按單臺設備的最大工況來考慮的，在實際使用中有90% 以上的時間它們都工作在非滿載狀態下。采用閥門、自動滑閥調節不僅增大了系統循環壓力和節流損失，而且由于調節是階段性的，造成整個系統工作在波動狀態；而安裝變頻控制系統則可一勞永逸地解決該問題，還可實現自動控制，并通過節能收回投資。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對系統的平穩調節，使系統工作狀態穩定，延長鍋爐各部件的使用壽命。

    四、 鍋爐系統改造方案

    （一）、鼓、引風機變頻控制系統：

    鍋爐的鼓、引風機的作用是用來保障燃料充分燃燒并維持鍋爐爐膛保持微負壓。鍋爐風機一般采用離心式風機，且電機一般具備以下功能：

    1、 鼓、引風機強/弱電連鎖裝置：

    A、強電：只能先啟動引風機再啟動鼓風機，鼓風機應無法單獨開啟；若引風機掉電鼓風機立即停機。

    B、弱電：當引風機變頻器出現故障或電機減速停止，鼓風機變頻器輸出立即停止。

    2、由于電機距控制室較遠，變頻器到電機的電纜接線較長，線路上的分布電容會在電機運行的過程中產生較大的尖峰電流，這就要求變頻器具有很好的抑制尖峰電流的能力。

    3、一般離心式風機的葉片直徑較大，電機在停止時產生的慣量非常大，利用變頻器減速停止電機，就必須要求變頻器具有很好的抑制由于慣量大而產生的直流母線電壓提升過高的能力。

    4、在控制系統中，應加裝變頻器與原自耦降壓啟動柜的手動切換裝置，以防止當變頻器發生不可恢復的故障或定期保養時影響鍋爐的正常運行。

    5、 變頻控制系統應有清晰準確的電流、電壓、電機轉速、頻率等顯示儀表，若為全自動控制系統還有鍋爐爐膛風量、風壓的指示和鍋爐燃燒情況的三維動畫顯示，以便于鍋爐操作及運行人員監視和操作。

    （二）、鍋爐變頻恒壓供水控制系統：

    變頻恒壓供水控制系統的原理如下：系統下達指令由變頻器自動啟動第一臺泵運行，系統檢測給水管的水壓，當變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達到設定的壓力值，系統自動將第一臺電機切換至工頻直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運行，如變頻器運行到工頻狀態時供水母管壓力仍未達到設定壓力值系統自動將第二臺水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動第三臺運行，依次類推，直至壓力達到設定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統的實質是：始終利用一臺變頻器自動調整水泵的轉速，切換時間以管網的實際壓力和設定壓力的差值決定，同時保證管網的壓力動態恒定。

    五、 變頻改造后性能

    變頻恒壓供水控制系統在鍋爐上應用具備以下功能：

    1、由于鍋爐給水母管的壓力往往比較大，變頻器的速度響應要很快，避免在切換過程中導致水壓波動。

    2、 系統的程序執行單元--可編程控制器（PLC）可根據現場的實際需要進行時間、幅值和程序的調整，同時要保證系統運行的可靠性。

    3、 控制系統有清晰準確的電流、電壓、電機轉速、頻率、數字式壓力顯示器等顯示儀表。

    六、 變頻改造主要配置

    變頻器

    控制系統可編程控制器；A/D、D/A擴展功能模塊

    溫控器

    壓力傳感器

    主斷路器

    交流接觸器

    熱過載繼電器

    電氣柜

    指示燈/轉換開關/按鈕

    交流電壓表、交流電流表、互感器

    數碼LED顯示器

    高穩定度開關電源

    控制電源濾波器