基于ABB ACS510變頻器的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

林偉杰　辛道義　武學(xué)謙等

摘要：介紹了ACS510系列變頻器在循環(huán)流化床鍋爐煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用。通過改變變頻器頻率來調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)風(fēng)量，配合一二次風(fēng)量調(diào)整，控制爐膛出口含氧量，從而降低氮氧化物排放量。

關(guān)鍵詞：ABB變頻器；風(fēng)機(jī)；ACS510；循環(huán)流化床鍋爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.110

0概述

隨著新的燃煤電站鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的制定，循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物排放控制越發(fā)受到重視，溫度和氧化還原氣氛是影響循環(huán)流化床鍋爐的中氮氧化物生產(chǎn)的最主要因素。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)作為循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造重要手段之一，從引風(fēng)機(jī)出口引出一管道，經(jīng)過煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)把部分低氧煙氣引到一次風(fēng)機(jī)入口，有效減少一次風(fēng)含氧量。根據(jù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)來調(diào)整一二次風(fēng)量和煙氣再循環(huán)風(fēng)量配比，控制爐膛出口含氧量，確保鍋爐燃燒正常，同時(shí)降低氮氧化物排放量。

1煙氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理

風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

為降低企業(yè)能耗、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)選用變頻風(fēng)機(jī)，通過改變變頻器頻率，來調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)風(fēng)量。同時(shí)考慮到便于機(jī)組運(yùn)行人員操作，將變頻器的遠(yuǎn)程控制接入主機(jī)DCS系統(tǒng)，通過DCS系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組DCS系統(tǒng)畫面的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。

利用變頻器啟動(dòng)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，在DCS端設(shè)置爐膛出口氧量，此信號(hào)作為變頻器給定信號(hào)，就地爐膛出口氧量?jī)x檢測(cè)的含氧量作為檢測(cè)信號(hào)，反饋到變頻器的實(shí)際信號(hào)端，變頻器通過PID調(diào)節(jié)控制電機(jī)頻率。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行工況一定時(shí)，鍋爐總風(fēng)量隨之確定，如果爐膛出口含氧量高于設(shè)定氧量，變頻器頻率增加，低氧煙氣再循環(huán)風(fēng)量占總風(fēng)量比例增大，降低了爐膛出口含氧量；當(dāng)爐膛出口含氧量低于設(shè)定氧量，變頻器頻率降低，低氧煙氣再循環(huán)風(fēng)量占總風(fēng)量比例減小，增加了爐膛出口含氧量。這樣使?fàn)t膛出口含氧量維持在一個(gè)恒定的數(shù)值范圍內(nèi)，從而通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動(dòng)氧量的效果。

2變頻器的選型

ABB變頻器為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，特別適用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于電力、化工、采礦、石油等行業(yè)。ABB變頻器是通過將380V交流電壓整流濾波成為平滑的510V直流電壓，再通過逆變器件將510V直流電壓變成頻率與電壓均可調(diào)的交流電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍在0-380V之間，頻率可調(diào)范圍在0HZ-60HZ之間，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)無極調(diào)速的目的，ABB變頻器以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性及超強(qiáng)的過載能力，在變頻器市場(chǎng)占據(jù)著重要的地位。由于ABB針對(duì)的行業(yè)較多，ABB公司專門為一些行業(yè)生產(chǎn)了特定變頻器，在選型過程中要注意，不然高端系列應(yīng)用在低端場(chǎng)合，造成浪費(fèi)；低端系列應(yīng)用在高端場(chǎng)合，無法保證設(shè)備正常運(yùn)行。ABB變頻器主要有以下幾個(gè)系列：

（1）ACS350系列，此系列主要應(yīng)用于食品飲料、物料輸送、紡織、印刷、橡膠與塑料及木工機(jī)械行業(yè)，功率為0.37～7.5kW；

（2）ACS510系列，此系列主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵行業(yè)，典型應(yīng)用于恒壓供水、冷卻風(fēng)機(jī)、地鐵和隧道通風(fēng)機(jī)等，功率為1.1～160kW；

（3）ACS550系列，此系列主要應(yīng)用于機(jī)床類的重負(fù)載設(shè)備，功率為0.75～160kW；

（4）ACS800系列，此系列主要應(yīng)用于對(duì)變頻器要求特別高的行業(yè)，如大型起重機(jī)、鍛造、機(jī)床等設(shè)備，功率為0.55～5600kW。

ACSS10系列變頻器于2005年在第九屆國際工業(yè)自動(dòng)化展覽會(huì)上發(fā)布，該系列變頻器具有節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)，特別是在風(fēng)機(jī)和水泵的應(yīng)用方面，優(yōu)化了變頻器的調(diào)速功能，可明顯減少因局部負(fù)載引起的電機(jī)損耗和噪音。

河南中原大化公司化肥事業(yè)部有兩臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計(jì)壓力為5.4MPa，設(shè)計(jì)溫度為450℃，承擔(dān)著向公司合成氨、2套三聚氰胺裝置供應(yīng)蒸汽的任務(wù)，所以機(jī)組排放是否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系到整個(gè)公司的生產(chǎn)運(yùn)行。為符合國家出臺(tái)的燃煤電站鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)該鍋爐進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造，該項(xiàng)目煙氣再循環(huán)系統(tǒng)所需最大風(fēng)量29000m3/h、風(fēng)壓3000Pa，風(fēng)機(jī)功率為30kW、380V供電，根據(jù)電機(jī)參數(shù)選用與之相匹配的ABB變頻器型號(hào)為ACS510-01060A-4。

3變頻器的外部接線

煙氣再循環(huán)系統(tǒng)以ABB ACS510變頻器為核心，通過控制風(fēng)機(jī)的頻率來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。變頻器的控制回路分就地操作和遠(yuǎn)程遙控，變頻器電氣接線包括主回路、開關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、頻率給定與顯示等，具體接線如圖1所示。

（1）電源的進(jìn)線接變頻器的U1、V1、W1，電纜接地線接PE，電機(jī)電纜接變頻器的U2、V2、W2，電纜接地線接PE；

（2）將J1 A11跳線開關(guān)撥至ON，A11控制方式設(shè)為模擬電流輸入；

（3）DCS AO端子輸出4-20mA模擬信號(hào)接變頻器的2、3號(hào)端子上，以設(shè)定變頻器頻率，實(shí)現(xiàn)無極變速運(yùn)行；

（4）變頻器的6、7號(hào)端子輸出4-20mA模擬信號(hào)接DCS AT端，以反饋?zhàn)冾l器實(shí)際頻率；

（5）變頻器的8、9號(hào)端子輸出4-20mA模擬信號(hào)接量程為20mA的電流表，以顯示變頻器實(shí)際電流；

（6）風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)/停止信號(hào)接變頻器的10、13號(hào)端子上，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)/停止可就地操作或遠(yuǎn)程遙控；

（7）變頻器的11、12端子短接，以實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程控制；

（8）變頻器的繼電器輸出22、24端子接運(yùn)行指示燈；

（9）變頻器的繼電器輸出25、27端子接故障指示燈。

4變頻器的調(diào)試

首先檢查變頻器接線，特別是變頻器輸入輸出線是否顛倒，線路接線顛倒，將燒毀變頻器。之后上電并查看變頻器指示燈及控制盤顯示是否正常。通過控制盤對(duì)變頻器設(shè)置參數(shù)，需調(diào)整參數(shù)見“表1”中“設(shè)定值”列，其他參數(shù)為變頻器默認(rèn)值。

5變頻器日常檢查和維護(hù)

在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動(dòng)、粉塵、腐蝕性氣體等環(huán)境條件的影響，其性能會(huì)有一些變化。如合理維護(hù)得當(dāng)，則能延長(zhǎng)使用壽命，并減少因突然故障造成的生產(chǎn)損失。通常做如下檢查：

（1）變頻器安裝環(huán)境是否異常，主要包括環(huán)境溫度、濕度等是否符合要求，環(huán)境溫度容許值為-10～50℃，周圍空氣相對(duì)濕度≤95%（無結(jié)露）。

（2）變頻器下進(jìn)風(fēng)口、上出風(fēng)口是否積塵或因積塵過多而阻塞，變頻器因本身散熱要求通風(fēng)量大，需定期對(duì)變頻器進(jìn)行除塵。

（3）變頻器風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是夠正常，散熱通道是否通暢，停機(jī)時(shí)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇，觀察軸承有無卡死或雜音，必要時(shí)更換軸承或?qū)ζ溥M(jìn)行維修。

（4）變頻器運(yùn)行參數(shù)（輸出電流、電壓、頻率等）是否正常，有無報(bào)警。

（5）變頻器內(nèi)是否有振動(dòng)或異常聲音。

6結(jié)論

此次改造實(shí)現(xiàn)了再循環(huán)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)，無啟動(dòng)沖擊電流，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高，且保護(hù)功能完備，具有過壓、過流、缺相、欠壓、短路、過熱等全面保護(hù)功能，并可顯示電流、頻率、運(yùn)行、故障報(bào)警等。機(jī)組運(yùn)行后，通過設(shè)定變頻器頻率調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)風(fēng)量及一二次風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量配比，將全工況爐膛出口含氧量基本維持在5%左右，NOx排放值為150mg/Nm³以下，其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。