風機水泵類負載多是按滿負荷工作來選型的，然而，實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態。常用擋風板、回流閥或開停/機時間，來調節風量或者流量；同時大電機在工頻狀態下頻繁開/停比較困難，勢必造成開/停機時的電流沖擊，由此造成了電能的損失和設備的損壞。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種科學的控制方法，當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)3，即51.2%，除去機械損耗及電機銅、鐵損等影響，節能效率也接近40%，同時也可以實現閉環恒壓控制，節能效率將進一步提高。由于變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電流沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。目前，為達到節能目的而推廣使用變頻器已成為廠礦企業節能工作的重點。
2 工業鍋爐燃燒過程的變頻調速系統設計

工業鍋爐根據采用的燃料不同，通常分為燃煤、燃油和燃氣三種。這三種鍋爐的燃燒過程控制系統基本相同，只是燃料量的調節手段有所區別。在各種民用、工業鍋爐熱工自動控制過程中，鍋爐燃燒過程的自動控制是一項重要的控制內容。傳統的控制方案中，鼓、引風機的風量一般采用風門擋板控制，爐排電機及給粉機采用滑差調速，其弊端是調節不及時，操作復雜，不能確保鍋爐的最佳運行狀態，浪費能源。對工業鍋爐燃燒過程實現變頻器調速主要是通過變頻器調節送風機的送風量、引鳳機的引風量和燃料進給。
2.1 技術參數及使用環境
（1）鍋爐容量：2～220T/h;
（2）可變頻率范圍：0～60Hz;
（3）適用電機功率范圍：11kW～280kW;
（4）控制精度：±1%;
（5）工作電壓：380V±10%;
（6）環境溫度：-10℃～50℃;
（7）空氣相對濕度：小于90%RH，無凝露；
（8）設置場所：無劇烈振動、沖擊，無導電性氣體或塵埃。

考慮到原系統均全天運行，為使系統可靠、節能，操作、維護方便，改造后新的控制系統結構如圖1所示，引風機（37kW）、鼓風機（24kW）、供水水泵（22kW）均采用單回路控制，風機均采用恒壓變流量控制方式，水泵采用恒液位控制方式。風機的控制回路均由壓力傳感器、壓力控制器及變頻器組成，水泵控制回路由液位傳感器、水位控制器及變頻器組成。水位、壓力均采用數字方式顯示和控制。

圖1 鍋爐風機、水泵改造系統原理圖

新的鍋爐燃燒控制系統只是將原系統的閥門開度控制信號轉接到變頻器上，改造的工程量很小，但帶來的好處是多方面的。首先是執行機構，包括變頻器、風機、電機的線性度大大改善了，因為變頻器輸出的是頻率，即速度控制信號，而風機的風量是與速度成正比的，其次執行機構的反應時間比閥門要快，且是由變頻器編程設定的，這兩點都有利于控制精度的提高和系統的穩定性。系統的最大的優點正如上面討論的那樣，大大節約了風機消耗的電能，降低了鍋爐生產的成本。
2.4 新的工業鍋爐燃燒過程的變頻調速系統的功能及特點
（1）采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節，降低了設備的故障率，節電效果顯著。
（2）采用變頻器控制電機，實現了電機的軟啟動，延長了設備的使用壽命，避免了對電網的沖擊。
（3）電機將在低于額定轉速的狀態下運行，減少了噪聲對環境的影響。
（4）具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能。

（5）本方案運轉狀態靈活多樣，可完全實現自動控制，且可與鍋爐其它自控裝置進行電器聯鎖，實現鍋爐的自動保護及計算機控制，不會因事故影響生產。
（6）安裝時可不破壞原有的配電設施及環境，不影響生產。
（7）只需調節電位器旋鈕即可調整風量,操作方便。
3 變頻調速節能分析
3.1 節能效果分析
閥門的開啟角度與管網壓力、流量的關系如圖2所示。

圖2 閥門位置與壓力流量關系圖

當電機以額定轉速n0運行，閥門角度為a0（全開）；當閥門開啟角度變化（a，a1）時，管道壓力與流量只能是沿A、B、C點變化。即若想減小管道流量到Q1，則必須減小閥門開度到a1，這使得閥前壓力由原來的P0提高到Pq。實現調速控制后，閥后壓力由原來的P0降到Ph。閥前閥后存在一個較大的壓力差
ΔP=Pq-Ph （1）

如果讓閥門全開（開度為a0），采用變頻調速，使風機轉速降至n1，且流量為Q1，壓力為Ph，這樣在工藝上則與閥門調節一樣，達到對流量或壓力的控制要求。但是，在電機的功耗上則大不一樣。風機水泵的軸功率與流量和揚程（壓力）的乘積成正比。在流量為Q1，用閥門節流時，令電動機的軸功率為Nf=KPhQ1，比閥門節流節省的電能為：
（2）
由式(2)和圖(2)可知，流量越低，閥門前后開度差越大。這就說明了用變頻調速在流量小，轉速低時，節能效果越好。

目前還有很多鍋爐燃燒控制系統中的風量調節還是通過調節風門擋板實現的，這種風量調節方式不但使風機的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為了節約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經濟效益，采用變頻調速方式實現風機、泵類的流量（或壓力）控制，已成為各鍋爐使用單位節能改造的重點。
3.2 節能效果計算及實測值
以撫順鋼廠熱力工段百噸鍋爐為例。

（1）鍋爐現有鼓風機一臺，配用24kW電機，風量在80%～30%之間變化，設電機全速供風量為Qn，空載損耗為0.1(Y0=cosnt)，每天總供風量為60%Qn，則全速功率：Pp=(24-24×0.1)kW=21.6kW。
變頻時，每天只需功率：
Pm2=(2.4+(60%))3×21.6)kW=7kW
節約的功率：

實測值12.4kW
如果電費按0.7元/kW·h計算，每年節約的電費:12.4kW×24h×365×0.7元/kW·h=7.6萬元

（2）鍋爐現有引風機一臺，配用37kW電機。風量在90%～70%之間變化，設電機全速供風量為Qn，空載損耗為0.1(Y0=cosnt)，每天總供風量為80%Qn，則全速功率:Pp=(37-37×0.1)kW=33.3kW。
變頻時，每天只需功率：
Pm2=(3.7+(80%))3×33.3)kW=20.75kW
節約的功率：

實測值10.5kW
如果電費按0.7元/kW·h計算，每年節約電費：
10.5kW×24h×365×0.7元/kW·h=6.5萬元
（3）每年總節約的電費：
7.6+6.5=14.1萬元
由以上情況可知，半年內輕易可收回投資。