高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水中的應(yīng)用探討

馮巖冰

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

目前，我國(guó)的大型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)已非常成熟，且隨著電力、電子器件的不斷發(fā)展，高壓變頻裝置的型號(hào)、樣式也變得越來(lái)越多。由于變頻調(diào)速的調(diào)速、起動(dòng)和制動(dòng)性能，易于自動(dòng)化控制、高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)能省電效果以及廣泛的適用范圍等優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是有良好發(fā)展前途的調(diào)速方式，本文就此來(lái)分析探討高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水中的應(yīng)用。

1 變頻器恒壓供水方式及變頻調(diào)速的特點(diǎn)分析

如果想用變頻器進(jìn)行恒壓供水，我們一共有兩種方式，一種是使用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵；另一種是使用一臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵。前種方法主要是根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到恒壓的目的。后一種方法需要利用恒壓供水器PLC，當(dāng)變頻器被使用后，A泵電動(dòng)機(jī)接觸器首先會(huì)被控制導(dǎo)通，變頻器的輸出頻率上升，管網(wǎng)壓力增加，出水管網(wǎng)的壓力信號(hào)與恒壓供水器PLC管網(wǎng)壓力設(shè)定信號(hào)負(fù)反饋閉環(huán)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)頻率上升到最高頻率，而管網(wǎng)壓力達(dá)不到設(shè)定要求時(shí)，變頻器立即控制工頻接通A泵，使A泵先運(yùn)行，然后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間變頻器對(duì)B泵進(jìn)行變頻控制。當(dāng)水需求量減少的時(shí)候，管網(wǎng)壓力會(huì)逐漸升高，變頻器輸出頻率會(huì)降低，當(dāng)變頻器輸出頻率低至0Hz，而管網(wǎng)高于所設(shè)定的壓力時(shí)，變頻器會(huì)切斷當(dāng)前的變頻控制泵，轉(zhuǎn)而控制下一個(gè)原工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)輪換使用水泵，使每個(gè)水泵的利用率均等，以此增加系統(tǒng)可靠性。對(duì)于大功率的機(jī)組，通常采用第一種控制方式。變頻調(diào)速的特點(diǎn)及分析：因?yàn)橛脩粲盟恳话闶莿?dòng)態(tài)的，所以會(huì)出現(xiàn)供水不足或過(guò)剩的情況。而用水和供水之間的不平衡主要集中反映在供水的壓力上，我們需要保持供水壓力的恒定，從而使供水和用水之間保持平衡，以此提高供水的質(zhì)量。

2 工況

兗礦新疆煤化工有限公司成立于2009年3月26日，為注冊(cè)在烏魯木齊國(guó)家高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的一家從事煤化工生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的大型高科技綠色化工企業(yè)，是新疆地區(qū)首個(gè)建成投產(chǎn)的多品種、多聯(lián)產(chǎn)、循環(huán)式煤化工項(xiàng)目，也是新疆維吾爾自治區(qū)首個(gè)通過(guò)竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收的煤化工企業(yè)。擁有熱電、空分、氣化、甲醇和尿素等五個(gè)主要工段，其中熱電工段擁有3臺(tái)220t/h煤粉鍋爐和兩臺(tái)25mw的發(fā)電配套機(jī)組，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)鍋爐運(yùn)行、一臺(tái)鍋爐備用。鍋爐給水系統(tǒng)為4臺(tái)1600kW/10kV的給水泵，4臺(tái)水泵互為備用；兩臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐給水泵兩臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用、一臺(tái)檢修，每臺(tái)鍋爐擁有兩條上水線路——主線和副線，主線和副線上均安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，達(dá)到自動(dòng)供水的目的。

3 改造方案

我們選擇一種變頻控制單元及其旁路采用串聯(lián)的高——高形式的高壓變頻器，這種采用串聯(lián)旁路結(jié)構(gòu)的新型變頻器具有良好的變頻模擬信號(hào)輸入、輸出以及信號(hào)動(dòng)態(tài)波形，非常高的性價(jià)比,可靠性高，即便個(gè)別新型變頻控制單元旁路出現(xiàn)故障，也可將其作為故障旁路，然后所在的另外一組新型變頻控制單元旁路作為降壓旁路,從而降頻重復(fù)使用。

圖1 “高-高”形式變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和可具備的條件，所采取的改造方案步驟

（1）1#給水采用一拖一的高壓起動(dòng)工作方式。（2）從母管上提取一個(gè)備用壓力專用變送器的4～20mA信號(hào)，將其作為內(nèi)部電流控制反饋,給定后的電流反饋頻率根據(jù)實(shí)際情況，由用戶從DCS直接輸出給定頻率。（3）運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)和運(yùn)行控制信號(hào)從DCS內(nèi)部直接給定。（4）高壓水泵壓力驅(qū)動(dòng)變頻器的狀態(tài)信號(hào)從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng),以便工作人員監(jiān)控時(shí)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行觀察。（5）改造后的高壓水泵母管內(nèi)部控制壓力值和流量控制值必須能夠達(dá)到相關(guān)國(guó)際制造工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的要求，即壓力在6.8MPa以上。（6）將每臺(tái)水泵的旁通閥關(guān)閉，將鍋爐專用給水主線（或副線）高壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi),用高壓變頻器來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制鍋爐所需要的給水壓力和流量。

3.2 閉環(huán)控制

兩臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，1#、3#給水泵運(yùn)行，其中3#給水泵工頻運(yùn)行、1#給水泵變頻運(yùn)行。將1#、3#給水泵的輸出旁路自動(dòng)疏通和閘閥關(guān)閉，利用輸出壓力控制變頻器和壓力系統(tǒng)管理軟件及其自帶的壓力控制器和PID程序聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，由DCS控制給出一個(gè)對(duì)應(yīng)給定連續(xù)水流壓力母管可以微調(diào)的4～20mA輸出壓力信號(hào)（其對(duì)應(yīng)0～10MPa的輸出水流壓力），由輸出壓力母管上的輸出水流壓力自動(dòng)控制器和變送器的0～10MPa輸出水流壓力閉環(huán)控制信號(hào)（其對(duì)應(yīng)4～20mA信號(hào)），通過(guò)反饋提供給輸出壓力控制變頻器,通過(guò)壓力控制器和PID功能來(lái)控制1#給水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的調(diào)節(jié)給水流量的閉環(huán)控制目的。

圖2

4 效益分析

根據(jù)各種利用電動(dòng)給水泵的起動(dòng)運(yùn)行量和運(yùn)動(dòng)量的特性,流量與水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速值的大小必須成正比,電動(dòng)機(jī)的最大輸出起動(dòng)功率與電動(dòng)機(jī)流量轉(zhuǎn)速的立方成正比。即因此，在水泵用水量降低的時(shí)候可以用直接降低水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方式來(lái)滿足生產(chǎn)的所需,而無(wú)須再通過(guò)閥門調(diào)節(jié)改變給水流量,從而可以省去因利用水泵電動(dòng)機(jī)通過(guò)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)而損耗的電能。以下是1＃水泵（電機(jī)功率1600kW/10kW）變頻改造前和改造后的數(shù)據(jù)對(duì)比（采集720h的運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算平均日用電量和年用電量，每年按8000h計(jì)算）。

表1

從上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)本表格的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們可以明顯能夠看出,每年的平均年節(jié)省電費(fèi)約有61萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)中小企業(yè)有關(guān)節(jié)能環(huán)保的高度重視和有關(guān)節(jié)能環(huán)保低碳高效減排以及相關(guān)行業(yè)優(yōu)惠政策的陸續(xù)出臺(tái)發(fā)布，企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)以及經(jīng)營(yíng)發(fā)展過(guò)程中如何節(jié)約能源的大量排放以及浪費(fèi)等污染現(xiàn)象日益高度重視，紛紛提出加強(qiáng)合理有效利用能源的經(jīng)營(yíng)管理，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)節(jié)能變頻器的快速發(fā)展與廣泛推廣應(yīng)用起到了重要作用，也為配置有風(fēng)機(jī)與壓力水泵的企業(yè)節(jié)能減排運(yùn)行和提高風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能運(yùn)行管理效率提供了有效途經(jīng)。