1.1

　　由于变频调速装置在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果，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。

　　1. 2链条炉简介：

　　链条炉是一种应用最广泛的火床炉，至今已有一百余年的历史，煤在火床—水平运动的炉排上燃烧，空气从炉排下方自下而上引入。煤从煤斗落到炉排上，经过炉闸门时被刮成一定的厚度，随后进入炉膛，在炉排上分段燃烧成渣，目前在我国小型电厂和工、矿和供热企业中使用很普遍，运行经验也比较丰富。但目前国内链条炉运行中风机和泵类负载变频调速装置应用程度不够普遍，锅炉运行过程能源浪费严重，出力不能随着外界温度的变化而及时变化、炉膛温度低、排烟温度较高、风煤比不能及时调整、炉膛换热效率低，锅炉鼓引风还采用闸板控制风量，循环水泵、补水泵采用工频运行，炉排机、刮煤器采用差速装置等问题，因此用先进的变频调速装置来设计出合理的控制方法，不管是对旧有锅炉的改造还是新炉的制造都具有很大的现实意义。

　　链条炉燃烧变频控制的基本任务既要使供热量适应负荷需要，还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。因而燃烧控制要通过调节给煤量来保持锅炉分配到的负荷，调节送风量使之随时与给煤量保持恰当的比例即风煤比，以保证燃料完全的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。

　　1.3 .链条炉燃烧系统采用变频调速方案的控制方法

　　链条炉变频控制包括: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。

　　根据链条炉系统的工作特点、基本控制任务和控制要求包括:燃烧控制(烟气含氧量控制、炉膛温度控制、炉膛负压控制、引风控制、送风控制);给补水控制(提供运行参数和回水压力、供水温度、供水流量控制、补水压力、补水流量控制等。

　　根据链条炉燃烧过程自动控制的任务和目的，燃烧变频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。

　　变频器在在风机和泵类负载上的应用

　　2.1 由于变频调速装置在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果，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 . 2 链条炉简介：

　　链条炉是一种应用最广泛的火床炉，至今已有一百余年的历史，煤在火床—水平运动的炉排上燃烧，空气从炉排下方自下而上引入。煤从煤斗落到炉排上，经过炉闸门时被刮成一定的厚度，随后进入炉膛，在炉排上分段燃烧成渣，目前在我国小型电厂和工、矿和供热企业中使用很普遍，运行经验也比较丰富。但目前国内链条炉运行中风机和泵类负载变频调速装置应用程度不够普遍，锅炉运行过程能源浪费严重，出力不能随着外界温度的变化而及时变化、炉膛温度低、排烟温度较高、风煤比不能及时调整、炉膛换热效率低，锅炉鼓引风还采用闸板控制风量，循环水泵、补水泵采用工频运行，炉排机、刮煤器采用差速装置等问题，因此用先进的变频调速装置来设计出合理的控制方法，不管是对旧有锅炉的改造还是新炉的制造都具有很大的现实意义。

　　链条炉燃烧变频控制的基本任务既要使供热量适应负荷需要，还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。因而燃烧控制要通过调节给煤量来保持锅炉分配到的负荷，调节送风量使之随时与给煤量保持恰当的比例即风煤比，以保证燃料完全的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。

　　2.3 .链条炉燃烧系统采用变频调速方案的控制方法

　　链条炉变频控制包括: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。

　　根据链条炉系统的工作特点、基本控制任务和控制要求包括:燃烧控制(烟气含氧量控制、炉膛温度控制、炉膛负压控制、引风控制、送风控制);给补水控制(提供运行参数和回水压力、供水温度、供水流量控制、补水压力、补水流量控制等。

　　根据链条炉燃烧过程自动控制的任务和目的，燃烧变频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。

　　3.1 给煤调节系统

　　给煤调节的任务在于通过调节给煤机的转速改变进入锅炉的燃料量的大小。这一任务由给煤变频调节来完成。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反馈信号，以尽快消除由于设备结构造成的给煤量自发扰动的情况，同时，还引入烟气含氧量作为给煤量的修正。所以，给煤调节系统的结构。

　　3.2 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。其控制框图如图4所示。

　　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。

　　3.3 送风调节系统

　　送风调节的根本任务在于保证锅炉燃烧的经济性，要使锅炉燃烧热效率最高，使锅炉运行在最佳工作状态下，即送风量与给煤量的比例最佳。送风调节由送风机变频调节来完成，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。

　　炉负荷扰动停止时，同样从给煤变频调节引入给煤量的变化量作为前馈信号送至送风变频控制器，实验证明这时f(dB)近似为常值，用K1近似表示。燃烧的经济性指标是烟气中最佳含氧量O2%，最佳含氧量O2%同样也是负荷的函数，函数关系通过锅炉热效率试验确定。

　　送风机控制原理: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。

　　3.4 引风调节系统

　　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，严重时会造成炉膛灭火等事件;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，引入送风量的大小的标志—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。

　　采集炉膛负压信号，通过变送器反馈至变频器，通过变频器内置的PID参数调整，调节引风机转速。

　　上各调节系统的方案形成总的控制系统框图，如图8所示。为了使给煤机、送风机、引风机协调动作，以克服耦合的影响，必须采用多变量输入多变量输出的协调控制方式控制燃煤锅炉的燃烧过程。

　　3.5 除氧补水调节系统

　　补水泵采用变频调节的作用:

　　(1) 补充水量;

　　(2) 维持锅炉入口水压。

　　补水泵变频调节采用简单PID调节，调节被控锅炉入口水压。

　　4 锅炉鼓引风机实现变频控制每年节约电能估算

　　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。

　　锅炉风机属于平方转矩负载，过去经常用的闸门调节风量的弊端是浪费电能;同行业测试的风机变频调速运行节能率，一般在15~40%左右;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 ;根据风机水泵相似定律有下述公式成立:

　　(1)

　　kW (2)

　　因为在锅炉风机选型时，选用风机的额定风量至少留有10%的富裕量;所以我们假设风机经常在94%的额定转速上运行;电动机的需用系数取0.8，日运行24h，年运行300天，电价按0.53元/kWh计算年节约电量。根据公式(1)和公式(2)，计算风机变频运行比工频运行每年节约电量如下:

　　(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=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=526258kWh

　　二次风机变频运行比工频运行时每年节约电量:

　　ΔA3=633600-526258=107342 kWh

　　(3) 锅炉送、引风机变频运行每年总节约电量:

　　∑ΔA=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=263768.3元=26.4万元