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，爐排由減速箱帶動鏈輪以一定的速度將爐排向爐后移動，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?，在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下以一定的流速依次經(jīng)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(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)的對流管束中的汽水混合物是由下鍋筒向上吸熱流動進(jìn)入上鍋筒；而低溫區(qū)對流管中的爐水是由上鍋筒向下吸熱流動進(jìn)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?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)和控制器拖動爐排往復(fù)運行。 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，在運行環(huán)境較惡劣的鍋爐現(xiàn)場長期使用易產(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操作、調(diào)節(jié)，鍋爐運行人員勞動強(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、 原有的自耦降壓啟動裝置在電機(jī)啟動時仍存在較大的沖擊電流，對一次開關(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，可節(jié)約大量電能。鍋爐控制系統(tǒng)在設(shè)計時是按現(xiàn)場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)泵都是按單臺設(shè)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(tài)下。采用閥門、自動滑閥調(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，造成整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)；而安裝變頻控制系統(tǒng)則可一勞永逸地解決該問題，還可實現(xiàn)自動控制，并通過節(jié)能收回投資。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對系統(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：只能先啟動引風(fēng)機(jī)再啟動鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)無法單獨開啟；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，線路上的分布電容會在電機(jī)運行的過程中產(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啟動柜的手動切換裝置，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)時影響鍋爐的正常運行。 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畫顯示，以便于鍋爐操作及運行人員監(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)指令由變頻器自動啟動第一臺泵運行，系統(tǒng)檢測給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動將第一臺電機(jī)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(tài)時供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)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(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(jìn)行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實質(zhì)是：始終利用一臺變頻器自動調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時間以管網(wǎng)的實際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時保證管網(wǎng)的壓力動態(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。 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)場的實際需要進(jìn)行時間、幅值和程序的調(diào)整，同時要保證系統(tǒng)運行的可靠性。 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