探究鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)中變頻技術(shù)的應(yīng)用

朱洪生　劉光輝

【摘要】本文針對(duì)鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)中變頻技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探究，以供參閱。

【關(guān)鍵詞】鍋爐;機(jī)電一體化;節(jié)能系統(tǒng);變頻技術(shù);應(yīng)用

1鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)變頻控制概述

鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象較復(fù)雜，其受多種工藝參數(shù)的影響，單一頻率控制已無(wú)法滿(mǎn)足鍋爐運(yùn)行需求。而鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)變頻控制主要從整體入手，綜合利用前饋、比值、串級(jí)等計(jì)算方式，不斷對(duì)輸入水位信號(hào)、火焰信號(hào)、壓力信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行邏輯分析，最終輸出控制信號(hào)，控制鍋爐爐排燃燒狀態(tài)。

2基于變頻技術(shù)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)改造背景

某電廠3#機(jī)組主要由高爐煤氣燃料輸送系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、增壓風(fēng)機(jī)等幾個(gè)模塊構(gòu)成。該機(jī)組為亞臨界一次再熱直流微止壓塔式鍋爐單元制汽輪發(fā)電機(jī)組，燃燒系統(tǒng)主要包括左右墻16個(gè)燃燒器，每側(cè)2層，每層8個(gè)。

3鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)中變頻技術(shù)應(yīng)用措施

3.1基于變頻調(diào)節(jié)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)改造要點(diǎn)分析

根據(jù)3#機(jī)組鍋爐運(yùn)行情況可知，受BFG（高爐煤氣）、COG（焦?fàn)t煤氣）、NG（天然氣）等燃料供應(yīng)條件及數(shù)量限制，3#機(jī)組常規(guī)運(yùn)行負(fù)荷量較低。依據(jù)某電廠3#機(jī)組年度統(tǒng)計(jì)報(bào)表可知，3#機(jī)組年均負(fù)荷為220MW，即年負(fù)荷率在62%以下。而其年均負(fù)荷率低會(huì)導(dǎo)致高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)常規(guī)運(yùn)行余量增加，進(jìn)而致使風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，增加能源損耗。

某電廠3#機(jī)組現(xiàn)有高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)均采用雙速電機(jī)控制模式，在其處于高速/低速切換模式時(shí)，對(duì)進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度范圍要求較高。這種情況下，若調(diào)節(jié)擋板存在特性不良問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)擋板無(wú)法切換，進(jìn)而造成大量高爐煤氣擴(kuò)散。不僅造成了大量燃料資源浪費(fèi)，而且對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。此時(shí)利用變頻控制模式，可以?xún)捎靡粋涞姆绞?，?#鍋爐運(yùn)行階段某一高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)，立即進(jìn)行輕油槍?xiě)?yīng)用。同時(shí)自行啟動(dòng)備用變頻風(fēng)機(jī)，保證鍋爐內(nèi)燃料燃燒穩(wěn)定。

根據(jù)3#機(jī)組高爐煤氣燃料輸送系統(tǒng)現(xiàn)有運(yùn)行情況，結(jié)合高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)參數(shù)，可得出3#機(jī)組鍋爐增壓風(fēng)機(jī)改造需采用離心式雙速控制高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)。隨后依據(jù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中生產(chǎn)工藝及設(shè)備穩(wěn)定性等級(jí)參數(shù)，保證其在不同負(fù)荷下維持高功率、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2基于變頻調(diào)節(jié)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行措施

首先，由于某電廠鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能改造重點(diǎn)為高爐煤氣增壓風(fēng)機(jī)高速電機(jī)，常規(guī)變頻控制要求為2臺(tái)變頻控制。而針對(duì)2臺(tái)變頻運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)機(jī)切換問(wèn)題，系統(tǒng)改造人員可將第三臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)置為變頻啟動(dòng)模式，其余風(fēng)機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制模塊。若第三臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到起始轉(zhuǎn)速350r/min后，作業(yè)人員可手動(dòng)增速，促使其余自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速下降。在全部風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速一致后，將待切換風(fēng)機(jī)控制模式轉(zhuǎn)化為手動(dòng)降速，在其轉(zhuǎn)速達(dá)到350r/min以上時(shí)，關(guān)停變頻器。考慮到風(fēng)機(jī)擋板、變頻器為統(tǒng)一手操器控制，因此，在本次系統(tǒng)改造過(guò)程中，可在模擬量控制中添加切換邏輯。此時(shí)在變頻器啟動(dòng)后，增壓風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)會(huì)根據(jù)速率變化進(jìn)行逐步啟動(dòng)。同時(shí)采用PID或者手動(dòng)操作的方式，直接輸出命令符，控制增壓風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)。

其次，考慮到鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中各調(diào)節(jié)系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)改造人員可將具體系統(tǒng)劃分為水位調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、經(jīng)濟(jì)燃料控制系統(tǒng)3個(gè)模塊。其中水位調(diào)節(jié)主要包括單沖量、雙沖量或三沖量等不同形式。本次改造主要采用三沖量調(diào)節(jié)方式，利用給水流量前饋比例運(yùn)算。結(jié)合蒸汽流量前饋比例等級(jí)運(yùn)算結(jié)果，可進(jìn)行前饋串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)搭建。同時(shí)在前饋串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，以蒸汽流量為主要信號(hào)，結(jié)合鍋筒水位闡參數(shù)及給水流量參數(shù)，對(duì)汽包水位進(jìn)行控制，保證鍋筒水位在一定限度內(nèi)。

蒸汽壓力控制主要是依據(jù)用汽量變化進(jìn)行鍋爐產(chǎn)熱量的調(diào)節(jié)，保證鍋爐內(nèi)汽壓力一定。為保證汽壓調(diào)節(jié)效果，本次改造工程主要利用PLC（可編程控制器），以鍋筒壓力標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)測(cè)值為已知參數(shù)，進(jìn)行PID智能運(yùn)算。并引入蒸汽流量比例前饋運(yùn)算方式，以保證內(nèi)置調(diào)節(jié)功能自動(dòng)運(yùn)行，同步調(diào)節(jié)鍋爐爐排、鼓風(fēng)機(jī)，保證變頻閉環(huán)控制精確度。

鍋爐燃燒變頻控制主要是以燃燒熱量與負(fù)荷需求相符為目標(biāo)，利用變頻器輸出控制信號(hào)的方式，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量、給煤量平衡。同時(shí)利用煙氣含氧量參數(shù)，加強(qiáng)風(fēng)煤比分析，保證給煤量穩(wěn)定，為鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)燃燒提供依據(jù)。同時(shí)考慮到鍋爐燃燒控制中各種不確定因素，在某電廠3#機(jī)組鍋爐改造過(guò)程中，可在鍋爐爐膛位置設(shè)置負(fù)壓傳感器，負(fù)壓傳感器可直接將壓力測(cè)量值輸送到變頻器，利用內(nèi)置調(diào)節(jié)功能，對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理控制。

再次，為保證基于變頻調(diào)節(jié)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)改造人員可利用蒸汽壓力、進(jìn)水流量、鍋筒水位、煙氣含氧量、火焰溫度等測(cè)量檢測(cè)儀表，將鍋爐內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)化為以PLC控制系統(tǒng)為核心，添加少量輸入輸出控制點(diǎn)，為后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。由于鍋爐通信輔助電路需在CPU串行口配合下運(yùn)行。即多臺(tái)測(cè)量檢測(cè)儀表需經(jīng)一總線，與上位機(jī)進(jìn)行信息交互。隨后將鍋爐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信息、測(cè)量檢測(cè)儀表信息傳送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)通信反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬量輸出。據(jù)此，本次鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)變頻控制模式設(shè)計(jì)主要依據(jù)模塊化控制原則，利用PLC可編程功能，在面板上進(jìn)行運(yùn)算功能模塊、調(diào)節(jié)功能模塊等用戶(hù)程序的直接編制。

最后，依據(jù)鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，在PID/手操調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)改造人員可依據(jù)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水系統(tǒng)運(yùn)行需求。結(jié)合電機(jī)學(xué)原理，進(jìn)行變頻器調(diào)速控制方案設(shè)計(jì)。其中電機(jī)學(xué)原理主要為交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：n（軸轉(zhuǎn)速）=60×定子供電頻率×（1-轉(zhuǎn)差率）/極對(duì)數(shù)。根據(jù)上述公式可知，通過(guò)對(duì)定子供電頻率的合理變化，可平滑調(diào)整風(fēng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整。即依據(jù)風(fēng)量變化調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在風(fēng)量下降到75%時(shí)，交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也下降75%，此時(shí)軸功率下降到額定功率的49.8%。

通過(guò)以上變頻調(diào)速模式的合理應(yīng)用，可以降低鍋爐運(yùn)行期間大量電力能源損耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.3基于變頻調(diào)節(jié)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)改造結(jié)果

通過(guò)基于變頻調(diào)節(jié)的鍋爐機(jī)電一體化節(jié)能系統(tǒng)改造，作業(yè)人員可以直觀觀測(cè)鍋爐各模塊運(yùn)行參數(shù)，迅速得出鍋爐正常運(yùn)行、啟停運(yùn)行有效數(shù)據(jù)信息。并在顯示面板上顯示鍋爐運(yùn)行壓力、爐膛負(fù)壓、水位等數(shù)據(jù)。同時(shí)基于機(jī)電一體化高精度優(yōu)勢(shì)，通過(guò)系統(tǒng)改造，可以全面、自動(dòng)控制鍋爐系統(tǒng)送風(fēng)比例，保證煙氣中充足的氧氣含量，促使鍋爐內(nèi)燃料充分燃燒，有效地降低了能源損耗量。

結(jié)語(yǔ)

總之，將變頻技術(shù)應(yīng)用于鍋爐機(jī)電一體節(jié)能系統(tǒng)中，可以有效提升鍋爐的使用效率，減少蒸汽的浪費(fèi)。所以研究人員要充分了解、掌握鍋爐變頻系統(tǒng)，找出鍋爐系統(tǒng)中存在的問(wèn)題進(jìn)而采取相應(yīng)的措施予以有效地解決，以實(shí)現(xiàn)變頻技術(shù)更好地應(yīng)用以及鍋爐系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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