廠房排風機_65th鍋爐風機變頻調速技術應用節能分析工業自動化高

             粉磨站具有一套年產100萬噸水泥生產線，工程設計初期收塵器的收塵風機是定速運行，其風量調節依靠檔板開度來控制�？紤]產量變化及生產品種的變化（水泥成品的顆粒細度不同），需要不同的風量來滿足工藝要求。若用檔板調節，不但控制精度較差，而且依靠檔板截流來減少風量，電機的出力變化較小，造成大量電能被白白浪費。為了改善工藝、降低能耗，水泥廠的設計職員決定對收塵風機采用變頻調速改造，風量的調整決定通過變頻器來改變收塵風機的轉速來實現。用戶通過大量考察論證，最后選用湖南中科電氣有限公司的一臺高壓變頻器（型號為CSHF-550/06-A）驅動收塵風機。

         二、現場工藝簡介

             1、水泥生產工藝
    水泥的生產步驟，可分為以下八個步驟：
    原料的提�。ú傻V） 原料的破碎 原料的儲存和預均化 原料的粉磨（球磨機） 生料的均化和儲存 煅燒（生料通過旋風筒預熱后再進進回轉窯烘烤物料，煅燒成熟料） 水泥的粉磨（根據水泥的品質，混合其他的化學原料粉磨）。
    水泥的儲存與運輸 其中物料的粉磨工藝流程是：
    電動機通過減速機帶動磨盤轉動，物料從下料口落到磨盤中心，在離心力的作用下向磨盤邊沿移動并受到磨輥的碾壓，粉碎后的物料離開磨盤，被高速向上的氣流帶至與立磨一體的分離器，粗粉經分離器后返回到磨盤上，重新粉磨；細粉則隨氣流出磨，在系統的收塵裝置中收集下來。
    收塵風機的轉速（收塵器所需風量）主要由管磨機內工藝情況（產量及粉的細度）決定。 
    2、水泥粉磨系統主要設備：（表一）

         三、收塵風機系統控制方案

             1、主回路方案
    工作原理：變頻器為一拖一配置，即一臺變頻器拖動一臺電機。變頻器高壓進線端直接接于6kV電壓等級的主動力電源，輸出側直接連接電機。QF1為用戶現場高壓斷路器，為了實現對變頻器故障保護，變頻器與QF1的合、分閘回路實現連鎖，只有變頻器控制系統正常才答應QF1合閘，而變頻器重故障則跳開QF1。
    2、控制回路方案
　 按照用戶要求,變頻器可以根據用戶反饋的風壓信號來調節風機的風壓,也可以與用戶的風門進行開、合聯動。
　 變頻器控制柜有“本機控制/遠程控制”選擇開關，可以方便地選擇本地操縱或遠程操縱，變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協議及硬接線連接來實現遠程操縱，本套系統與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發啟動、停止指令及一路頻率給定信號，變頻器反饋給DCS“備妥”、“運行”、“報警”、“故障”四路開關量信號及“電機轉速”、“電機電流”兩路模擬量信號。
    變頻器概略圖如下：

         四、節能效果分析

             1、變頻器參數

         五、變頻改造對系統產生的其他效果
　 
    通過對粉磨站的變頻節能分析測算表明，設備進行變頻改造后，具有明顯的經濟效益，并且在其它方面也產生了一些明顯的影響：
　 （1）采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流只是額定電流，啟動時間相應延長，對電網和變壓器無大的沖擊，減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命；
　 （2）變頻改造前，風量的調節要靠調整檔板的開度來完成，一次風量的改變通常要反復調節多次才能完成。變頻改造后，電機轉速的改變只要在DCS設定即可，大大降低了勞動強度，進步了生產效率，風量調節更平穩、精確；
　 （3）收塵風機改變頻后，由于變頻器采用單元串聯移相技術，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網側電壓諧波總含量可以控制在2％以內，電流諧波總含量小于4％；
　 （4）變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質量諧波標準要求；
　 （5）該變頻器為電壓源型結構，功率因數可高達0.95；
　 （6）廠房通風設備噪聲污染大大降低。

　　1、計算確定隧道內所需透風量：

　　2、計算所需總推力It

　　It=△P×At(N）

　　其中，At：隧道橫截面積（m2）

　　△P：各項阻力之和（Pa）；一般應計及下列4項：

　　1）隧道進風口阻力與出風口阻力；

　　2）隧道表面摩擦阻力，懸吊風機裝置、支架及路標等引起的阻力；

　　3）交通阻力；

　　4）隧道進出口之間因溫度、氣壓、風速不同而生的壓力差所產生的阻力；

　　3、確定風機布置的總體方案

　　根據隧道長度、所需總推力以及射流風機提供推力的范圍，初步確定在隧道總長上共布置m組風機，每組n臺，每臺風機的推力為T。

　　滿足m×n×T≥Tt的總推力要求，同時考慮下列限制條件：

　　1）n臺風機并列時，其中心線橫向間距應大于2倍風機直徑。

　　2）m組（臺）風機串列時，縱向間距應大于10倍隧道直徑。

　　4、單臺風機參數的確定

　　射流風機的性能以其施加于氣流的推力來衡量，風機產生的推力在理論上即是風機進出口氣流的動量差（動量即是氣流質量流量與流速的乖積），在風機測試條件下，進口氣流的動量為零，所以可以計算出在測試條件下，風機的理論推力：

　　理論推力=ρ×Q×V=ρQ2/A(N)

　　ρ:空氣密度（kg/m3)

　　Q：風量（m3/s)

　　A:風機出口面積（m2）

　　試驗臺架量測推力T1一般為理論推力的0.85-1.05倍。取決于流場分布與風機內部及消聲器的結構。風機性能參數圖表中所給出的風機推力數據均以試驗臺架量測推力為準，但量測推力還不即是風機裝在隧道內所能產生的可用推力T，這是由于風機吊裝在隧道中時會受到隧道中時會受到隧道中氣流速度產生的卸荷作用的影響（柯達恩效應），可用推力減少。影響的程度可用系數K1和K2來表示和計算：

　　T=T1×K1×K2或T1=T（K1×K2）

　　其中T：安裝在隧道中的射流風機可用推力（N）

　　1  引言
　　山西陽光發電有限責任公司1#機組設計出力(燃煤)為300MW，機爐配有兩臺AN-28靜葉可調軸流式引風機，額定風量928800m3/h，全壓為3196Pa，配用YKK800-8-W型電動機，額定功率2000kW、額定電壓6kV、額定電流254A，無調速裝置只能靠改變風機的靜葉的角度來調節風量。
　　由于發電廠的發電負荷一般在50%~100%之間變化。引風機不能調速，只能靠改變風機的靜葉的角度來調節風量，造成了很大的節流損失，其設備效率僅在40%~60%，兩臺電動機功率消耗達到800kW~1200kW，是電動機額定容量的47%~62%，而調節性能也不能滿足鍋爐燃燒能力及穩定性運行需要，所以有必要對引風機進行節能和調節性能改造，來滿足機組整體調節性能需要。
　　變頻調速裝置可以優化電動機的運行狀態，大大進步其運行效率，達到節能目的。過往受價格、可靠性以及容量等因素的限制，在我國風機市場上一直未能得到更廣泛的應用。近年來，隨著電力電子器件和控制技術的迅速發展，變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，且模塊化的設計使變頻器的容量幾乎不受限制，高壓大容量變頻器已逐步廣泛應用。 
　　本次我廠在1#機組的引風機上，采用了兩套高壓變頻'>高壓變頻器，利用變頻器來改變電動機的轉速，以此來調節引風機的風量和風壓。采用的高壓變頻'>高壓變頻器為北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVEST-A電壓源型全數字控制變頻器，型號:HARSVEST-A06/220、形式:高-高、容量:2250kVA、額定電壓:6kV、額定電流:220A、最高頻率:50Hz。改造工期從2005年5月底-2005年6月初共40天，與1#機組大修后同步啟用，1#機組引風機高壓變頻裝置于2005年6月10日正常投運。

　　2  高壓變頻調速系統應用情況
　　2.1 高壓變頻器的組成
　　北京利德華福電氣技術有限公司的高壓變頻器由變壓器柜、功率柜、控制柜三個部分組成。為單元串聯多電平結構
　　2.2 高壓變頻器與現場接口方案
　　北京利德華福電氣技術有限公司的高壓變頻器的控制部分由高速單片機、工控PC和PLC共同構成;單片機實現PWM控制。工控PC提供友好的全中文WINDOWS監控和操縱界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處理，可以和用戶現場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該變頻器使用西門子的PLC中的S7-200，具有較好的與DCS系統接口能力，根據風機的特性運行要求以及變頻器控制的具體要求采取了相應控制方案。
　　(1) DCS系統與變頻器的接口方案
　　DCS系統與變頻器之間的信號總共有11個，其中開關量信號9個，模擬量信號有2個。(以A引風機為例，B側對應為07改08)如表1所示。
　　(2) 電纜敷設及所用材料
　　引風機變頻器送往DCS系統MC柜的開關量信號電纜共用14芯;DCS系統RC柜送往引風機變頻器的開關量信號電纜共用4芯;DCS系統送往引風機變頻器的模擬量信號電纜及引風機變頻器送往DCS系統MC柜的模擬量信號電纜共用4芯。DCS系統內部電纜需800m，如表2所示。
　　共使用模件:DCS控制模件6DS1412-8RR兩塊，6DS1717-8RR兩塊，6DS1723-8BB模件一塊。
　　(3) DCS畫面增加以下內容
　　為實現對變頻引風機的啟�？刂萍稗D速調節，在DCS畫面上增加:
　　l 變頻器啟停操縱功能塊  ，用于遠方啟停變頻器;          
　　l 變頻器轉速控制功能塊   ;
　　l 變頻器輕故障報警塊□W、重故障報警塊□A; 工頻旁路狀態□FF。
　　2.3 高壓變頻運行方式及控制邏輯
　　正常情況下，風機以變頻方式啟動，及兩臺變頻器運行方式，考慮到變頻器可能有故障，還具備了一臺變頻一臺工頻的運行方式和兩臺工頻的運行方式。
　　變頻器運行方式分為就地控制及遠方控制兩種。就地控制狀態時，DCS輸出的轉速命令信號(C0701TRS )跟蹤變頻器轉速反饋(C0701TRSG )。就地控制時，對變頻器遠方操縱無效。
　　變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態時，運行職員通過改變畫面轉速控制塊控制變頻器轉速，實現負壓的調節。
　　(1) 引風機變頻器啟動的答應條件
　　由于變頻器啟動的條件為引風機電機高壓開關必須合閘及S07.1/S08.1 啟動反饋為1。而原有的引風機啟動的條件繼續在整個邏輯中起作用，及原有的風機啟動條件保存下來作為引風機變頻器的答應條件。
　　另外考慮到變頻器就地的實際條件加進了變頻器就地送來的停當信號:
　　S0701.RD和S0801.RD及A、B引風機變頻停當作為啟動的另一啟動條件。
　　在變頻器遠方啟動的調試過程中發現由于變頻器轉速設定塊中的命令可能在一個較高的轉速位而這是啟動變頻器必然會對爐膛負壓有一個較大擾動,而且輕易造成運行誤操縱,所以在啟動中加進的命令必須小于30%的限制。
　　總結A、B引風機變頻器啟動必須具備以下3個條件:
　　l 引風機A、B的高壓部分S07-1、S08-1的啟動反饋為1。
　　l 引風機A、B的變頻器就地從其PLC送來的啟動停當開關:S0701-RD、S0801-RD為1。
　　l 引風機A、B的變頻器的轉速設定值C0701TRS、C0801TRS的輸出小于30%。
　　(2) 引風機變頻器轉速調整的自動方式
　　A、B變頻器轉速自動的開關量部分:當引風機靜葉投進自動及閉鎖A、B變頻器轉速投自動，同時當偏差回路中形成值超過一定值(暫定為50%)自動切除自動。C04-P90信號發故障則發傳感器故障退出自動。當爐膛負壓低一值PS0921觸發時延時3s后閉鎖轉速增加，當爐膛負壓高一值PS0925觸發時延時3s后閉鎖轉速減少。
　　A、B變頻器轉速自動方式的模擬量部分:由于調節對象與的引風機靜葉自動一樣，所以將原有的偏差形成回路直接引出作為現有的變頻調節的偏差作用于現有的引風變頻控制。并就變頻器的特點加進了結合轉速的平衡回路，將兩側的出力保持平衡。同時也獨立的加進其單雙風機變頻方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了總風量的前饋部分，故在新的變頻轉速回路中就不在增加，考慮到一旦發生單臺引風機變頻跳閘，又不能恢復變頻方式運行，將原有的擋板控制回路中的電流平衡回路改為位置反饋平衡回路，同時將另一臺引風變頻逐步加到最大后投進引風自動方式。
　　(3) 引風機變頻涉及相關跳閘保護方面
　　單側風機的變頻跳閘聯跳相應一側的送風機。并聯關相應擋板及靜葉的邏輯不變。
雙側風機的變頻跳閘后由于相應的S07.1和S08.1的高壓開關聯跳故保存原S5中的MFT跳閘回路不變。
原有的引風機跳閘回路中加進了相應的變頻器重故障S0701-A/S0801-A與上S0701-FF/S0801-FF的非往跳相應的風機。及保證在變頻方式下變頻跳閘聯跳風機。工頻方式下該保護被閉鎖。
　　2.4引風變頻自動參數整定試驗
　　啟動A、B引風機的變頻器，將C04-1與C04-2的靜葉開至100%將爐膛負壓設為―50Pa;啟動A、B送風機后并將其動葉C03-1、C03-2的開度至10%將A、B引風機變頻在最低轉數225r/min下將引風變頻同時投進自動,先進行定值擾動，將設定值進行20%變化的擾動試驗，對自動變化進行記錄;針對壓力調節的特性，先將積分時間放到較大為4min，比例系數放到0.3逐步改變比例系數,用臨界比例帶法,進行參數設定.出現調節的等幅震蕩后根據臨界比例帶的算法，先進行初設，有一個基本的參數:P=0.025,Ti=100s。
　　將A、B送風機并將其動葉C03-1、C03-2的開度，按每10%的開度上行程試驗觀察爐膛負壓的變化情況記錄偏差大小以及偏差消除時間，完成后進行下行程試驗用A/B送風機的動葉進行擾動試驗。
　　通過改變其中一個的開度30%,觀察引風機變頻的轉數的變化情況以及負壓的響應時間，在做送風機的動葉進行擾動試驗，每10%的開度上行程試驗觀察爐膛負壓的變化情況記錄偏差大小以及偏差消除時間，以及變頻器的命令輸出和轉速的實際值，完成后進行下行程試驗,核定單雙風機運行的比例增益。
　　模擬MFT動作條件,在送風機并將其動葉C03-1、C03-2的開度在50%的情況下, 觀察爐膛負壓的變化,以及滅火后引風超弛環節的動作情況進行完自動試驗后，將有關引風機變頻的聯鎖在引風變頻投進自動的進行一次實際動作試驗，在試驗過程中，還進行將送風機單側拉掉，仿真運行中單側送風機掉閘后變頻自動是否能夠將負壓控制到滿足的范圍。
　　鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，固然變頻調速裝置可靠，但一旦出現題目，必須確保鍋爐安全運行，所以必須實現工頻―變頻運行的切換。一旦一臺引風機變頻故障，無法在短時間內恢復，需要引風機自動控制改變由原先的靜葉來調整，在此背景和需要下，必須對一臺引風機變頻停掉，開大另一臺引風機變頻，并將原引風機自動(靜葉)投進進行相應的擾動，經過試驗，對其中的一些參數進行調整和修改。

　　3  經濟綜合測試評價
　　3.1 節能效益明顯
　　表3是1＃機組引風機變頻器運行后，6月10日至16日生產數據與2#、3#、4#機組的比較。
　　通過上表數據對比，從節電率分析，在四個機組發電負荷相同情況時，1#機組兩臺引風機天天均勻耗電量16431kW.h，2#、3#、4#機組兩臺引風機天天均勻耗電量32450kWh，節約電量16019kWh，節電率為49.37%。

　　3.2 投資和回收年限估算
　　兩臺引風機節電用度，按全年運行7200h的日負荷分布統計，使用兩臺變頻調速引風機，與以往的靜葉調節相比較，經計算，全年可以節省4805700kWh。按發電本錢電價0.20元/kWh計算，4805700kWh×0.20元/kWh=961140元。
兩臺變頻器的總投資用度，包括安裝用度和土建用度約為440萬元左右，則需要4年左右時間回收。

　　4  結束語
　　綜上所述，變頻裝置在電廠應用大有作為，是今后的技術發展方向，不僅是節能明顯，更主要是調節性能好，同時也改善了風機和電動機的使用壽命。相信隨著高科技技術發展趨勢，制造本錢不斷下降，新的產品不斷問世，高壓變頻裝置的結構將會大大簡化，并會減少元器件，進步變頻裝置的可靠性。