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    一、 普通鍋爐系統(tǒng)工作原理

    （一）、鍋爐的工作原理：

    鍋爐是由鍋爐本體和燃燒設(shè)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(tǒng)。它吸收燃燒設(shè)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(shù)）或蒸汽（符合蒸汽鍋爐額定參數(shù)）。燃燒設(shè)備是由爐膛、煙道組成的風(fēng)、燃料、煙系統(tǒng)，燃料與空氣混合燃燒把熱量傳遞給汽水系統(tǒng)，而煙氣自身溫度逐漸降低，直至經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)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(jiǎn)要介紹鍋爐的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。

    1、 鍋爐的風(fēng)、煤、煙系統(tǒng)： 

    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(dòng)鏈輪以一定的速度將爐排向爐后移動(dòng)，爐排上的煤進(jìn)入爐膛后受到高溫?zé)煔獾膹?qiáng)烈輻射，又得到爐排下面風(fēng)倉(cāng)送來的空氣（該空氣先由鼓風(fēng)機(jī)鼓入空氣預(yù)熱器，被加熱的空氣送入爐排下的風(fēng)倉(cāng)內(nèi)）混合進(jìn)行燃燒放熱，煤最后燃燼成爐渣進(jìn)入灰渣斗排出爐外。在爐排上燃燒的煤產(chǎn)生高溫?zé)煔猓谝L(fēng)機(jī)的抽吸作用下以一定的流速依次經(jīng)爐膛、對(duì)流煙道，煙氣不斷將熱量傳遞給爐膛和對(duì)流受熱面，而煙氣本身溫度逐漸下降，最后經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)和煙囪排入大氣。

    2、 鍋爐的汽水系統(tǒng)：

    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(jīng)省煤器加熱的爐水進(jìn)入上鍋筒，上鍋筒組成水循環(huán)回路，即：高溫區(qū)的對(duì)流管束中的汽水混合物是由下鍋筒向上吸熱流動(dòng)進(jìn)入上鍋筒；而低溫區(qū)對(duì)流管中的爐水是由上鍋筒向下吸熱流動(dòng)進(jìn)入下鍋筒。同時(shí)上鍋筒的另一部分爐水通過水冷壁管和捕渣管受到高溫?zé)煔獾膹?qiáng)烈輻射將爐水汽化產(chǎn)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(jìn)入上鍋筒；而下降管中的爐水由上鍋筒向下流進(jìn)下集箱。在上鍋筒內(nèi)汽水混合物經(jīng)汽水分離裝置分離后進(jìn)入汽空間，并進(jìn)入過熱器內(nèi)將飽和蒸汽繼續(xù)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(dòng)機(jī)構(gòu)一般由鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)泵、爐排電機(jī)和沖渣泵（除灰泵）組成，在原有的鍋爐系統(tǒng)中一般都采用以下方式：鼓、引風(fēng)機(jī)采用離心式風(fēng)機(jī)，利用檔板或閥門調(diào)節(jié)鼓、引風(fēng)量；給水和循環(huán)水系統(tǒng)由給水泵和循環(huán)泵完成，給水量、出水量、回水量及水壓由閥門調(diào)節(jié)；利用調(diào)速電機(jī)和控制器拖動(dòng)爐排往復(fù)運(yùn)行。

    二、 普通鍋爐系統(tǒng)存在的問題

    所有電機(jī)均工作在工頻50HZ狀態(tài)下（爐排電機(jī)除外），電能消耗量大，浪費(fèi)嚴(yán)重而且噪音非常大；

    1、磁調(diào)速電機(jī)的滑差部分封閉性差，在運(yùn)行環(huán)境較惡劣的鍋爐現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期使用易產(chǎn)生滑差頭抱死的情況，可靠性差，維護(hù)工作量大；

    2、普通控制方式基本上為手動(dòng)操作、調(diào)節(jié)，鍋爐運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、控制精度低；

    3、由于水量/壓和風(fēng)量/壓不能準(zhǔn)確控制，致使水、煤量消耗較大；

    4、原有的自耦降壓?jiǎn)?dòng)裝置在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)仍存在較大的沖擊電流，對(duì)一次開關(guān)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(tǒng)可靠性較低，維護(hù)工作量大等。

    三、 節(jié)電原理概述

    交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N用公式表示為：N=60f（1-s）/p ；
 
    （N為電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速，f為電機(jī)接受頻率，p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率）。

    由此可知交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與接受頻率成正比，通過改變電機(jī)的供電頻率可達(dá)到調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。流體傳輸設(shè)備（水泵、風(fēng)機(jī)）的工作原理可知：水泵、風(fēng)機(jī)的流量（風(fēng)量）與其轉(zhuǎn)速成正比；水泵、風(fēng)機(jī)的壓力（揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵、風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）。

    根據(jù)上述原理可知：改變水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變水泵、風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)軸功率）。如下圖：

        

    由以上內(nèi)容可以看出，用變頻器進(jìn)行流量（風(fēng)量）控制時(shí)，可節(jié)約大量電能。鍋爐控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)是按現(xiàn)場(chǎng)最大需求量來考慮的，其鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)泵都是按單臺(tái)設(shè)備的最大工況來考慮的，在實(shí)際使用中有90% 以上的時(shí)間它們都工作在非滿載狀態(tài)下。采用閥門、自動(dòng)滑閥調(diào)節(jié)不僅增大了系統(tǒng)循環(huán)壓力和節(jié)流損失，而且由于調(diào)節(jié)是階段性的，造成整個(gè)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)；而安裝變頻控制系統(tǒng)則可一勞永逸地解決該問題，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并通過節(jié)能收回投資。同時(shí)變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，延長(zhǎng)鍋爐各部件的使用壽命。

    四、 鍋爐系統(tǒng)改造方案

    （一）、鼓、引風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)：

    鍋爐的鼓、引風(fēng)機(jī)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(fù)壓。鍋爐風(fēng)機(jī)一般采用離心式風(fēng)機(jī)，且電機(jī)一般具備以下功能：

    1、 鼓、引風(fēng)機(jī)強(qiáng)/弱電連鎖裝置：

    A、強(qiáng)電：只能先啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)再啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)無法單獨(dú)開啟；若引風(fēng)機(jī)掉電鼓風(fēng)機(jī)立即停機(jī)。

    B、弱電：當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)故障或電機(jī)減速停止，鼓風(fēng)機(jī)變頻器輸出立即停止。

    2、由于電機(jī)距控制室較遠(yuǎn)，變頻器到電機(jī)的電纜接線較長(zhǎng)，線路上的分布電容會(huì)在電機(jī)運(yùn)行的過程中產(chǎn)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(fēng)機(jī)的葉片直徑較大，電機(jī)在停止時(shí)產(chǎn)生的慣量非常大，利用變頻器減速停止電機(jī)，就必須要求變頻器具有很好的抑制由于慣量大而產(chǎn)生的直流母線電壓提升過高的能力。

    4、在控制系統(tǒng)中，應(yīng)加裝變頻器與原自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜的手動(dòng)切換裝置，以防止當(dāng)變頻器發(fā)生不可恢復(fù)的故障或定期保養(yǎng)時(shí)影響鍋爐的正常運(yùn)行。

    5、 變頻控制系統(tǒng)應(yīng)有清晰準(zhǔn)確的電流、電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率等顯示儀表，若為全自動(dòng)控制系統(tǒng)還有鍋爐爐膛風(fēng)量、風(fēng)壓的指示和鍋爐燃燒情況的三維動(dòng)畫顯示，以便于鍋爐操作及運(yùn)行人員監(jiān)視和操作。

    （二）、鍋爐變頻恒壓供水控制系統(tǒng)：

    變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的原理如下：系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)泵運(yùn)行，系統(tǒng)檢測(cè)給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時(shí)，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動(dòng)將第一臺(tái)電機(jī)切換至工頻直供電，并由變頻器拖動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時(shí)供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動(dòng)將第二臺(tái)水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動(dòng)第三臺(tái)運(yùn)行，依次類推，直至壓力達(dá)到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動(dòng)降低變頻器的運(yùn)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(dòng)切換至前一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺(tái)變頻器自動(dòng)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時(shí)間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時(shí)保證管網(wǎng)的壓力動(dòng)態(tài)恒定。

    五、 變頻改造后性能

    變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在鍋爐上應(yīng)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(yīng)要很快，避免在切換過程中導(dǎo)致水壓波動(dòng)。

    2、 系統(tǒng)的程序執(zhí)行單元--可編程控制器（PLC）可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要進(jìn)行時(shí)間、幅值和程序的調(diào)整，同時(shí)要保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

    3、 控制系統(tǒng)有清晰準(zhǔn)確的電流、電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率、數(shù)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(tǒng)可編程控制器；A/D、D/A擴(kuò)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(zhuǎn)換開關(guān)/按鈕

    交流電壓表、交流電流表、互感器

    數(shù)碼LED顯示器

    高穩(wěn)定度開關(guān)電源

    控制電源濾波器