关键词：变频器；变频调节；锅炉；给水泵；锅炉汽包水位
1 前 言
张店钢铁总厂（简称张钢）热电公司35t燃气锅炉给水系统采用定速节流调节方式，锅炉汽包水位采用串级三冲量调节系统控制。锅炉燃料是炼铁过程中产生的尾气，其可燃成分主要是CO。受高炉炉况的影响，尾气压力及CO含量时常变化，锅炉的燃烧状况也随之变化，汽包水位及蒸气压力变化较大，串级三冲量调节系统不能保证汽包水位在规定的范围内，只能采用手动方式，通过电动执行机构，调节管道阀门的开度来改变给水流量，以维持汽包水位在规定的范围内。这种方式不仅调节不便，而且浪费大量电能。为此，对锅炉的给水系统进行了变频改造，以实现锅炉汽包水位的自动控制。
2 改造内容
2.1 改进锅炉汽包水位计
采用SWJ-13型水位计测量和显示锅炉汽包水位，此水位计共有13个电接点，每个电接点与汽包的一个水位相对应，水位计的显示“0”位置与汽包的最佳工作水位线相对应。水位计输出4对常开点：±50mm处的两对电接点的输出对应高、低水位报警线，±150mm处的两对电接点的输出对应高、低危险水位线。为确保控制精度，对水位计内部接线进行改进，引出与±30mm水位线相对应的2对常开点，作为高、低水位线的控制范围。
2.2 锅炉汽包水位的自动控制
变频器采用ABB公司的ACS-800系列产品，根据汽包水位线的位置，对给水泵电机进行恒速控制，使汽包水位稳定在±30mm范围内，变频器控制系统原理如图1所示。图中J1为启动/停止选择，来自操作回路，J1为0时变频器停止，J1等于1时变频器启动。K1、K2为对应于水位线在±30mm时水位计输出的两对常开点。K3为自动/手动选择开关，K3等于0，选择手动控制方式，使用面板上的电位器手动调节电机转速，使汽包水位稳定在±50mm范围内；K3等于1，选择自动控制方式，利用K1、K2、 K3的逻辑组合控制电机的转速，实现汽包水位的自动调节。K1、K2、K3的逻辑组合与电机转速的对应关系如表1所示。
图1 变频器控制系统原理图
表1 K1、K2、K3逻辑组合与电机转速的对应关系
直接使用水位计K1、K2两接点控制电机转速时，水位在±30mm临界线附近出现“抖动”现象，电机转速反复升高、降低3～4次，才能使水位稳定。为解决这一“抖动”现象，用K1、K2两接点分别控制时间继电器JS1、JS2，利用时间继电器的断电延时常开接点JS1、JS2取代图1中的K1、K2，延时设置为5s。
3 改造效果
3.1 给水泵出口压力比较
定速节流调整流量时，给水泵的特性曲线如图2中实线所示，uv为电动阀门在不同开度时管道的特性曲线，与曲线n=ne的交汇点为水泵在不同流量下的工作点。从图2中看出，阀门开度从30%变化到100%时，给水泵流量从22t/h变化到40t/h，而给水泵出口压力在5.8～6.5MPa范围内变化很小。
图2 给水泵的特性曲线
变频调整流量时给水泵的特性曲线见图2中虚线，电动阀门在全开时管道的特性曲线（uv=100%）与n=100%ne、n=90%ne、n=86%ne、n=75%ne曲线的交汇点，为水泵在不同流量下的工作点。从图中看出，给水泵流量从22t/h变化到40t/h，出口压力在3.8～4.6MPa范围内变化。
通过比较看出：给水泵在相同的流量下，变频调节方式的出口压力要比定速节流调节方式减小2MPa，降低约30%，有效地减小了对水泵及阀门的磨损和损坏，节约了维修时间和费用。
3.2 给水泵节能比较
定速节流调节方式下，满负荷发电时锅炉的给水流量为31t/h，给水管道阀门的开度为70%，给水泵电机的电流为190A，功率因数为0.89，电压为395V，给水泵电机实际输出功率约115kW。
变频调节方式下，满负荷发电时锅炉的给水流量为31t/h，给水泵转速为2560r/min，给水泵电机的电流为140A，功率因数为0.89，电压为380V，变频器效率为96%，给水泵电机实际输出功率约85kW。
通过比较看出：在给水泵流量相同时，采用变频调节方式电机的输出功率要比采用节流调节方式减少30kW，节电率在26%以上，大约8个月即可收回改造费用，节电效果明显。
给水泵变频改造后，不仅实现了流量自动调节，节约了能源，延长了水泵及阀门的寿命，而且改善了电机的启动过程，实现了电机的软启动，避免了较大启动电流对低压电网和电机主回路设备的冲击。
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