變頻調速器在鍋爐引風機控制系統中的應用


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[關鍵詞]變頻調速器 爐膛負壓控制 鍋爐引風機
[ 摘 要 ]

文章介紹了鍋爐引風機采用變頻調速實現爐膛負壓自動調節的方法以及在工業運行中的效果。
1 引言

對風機采用變頻調速達到對風量的調節比通常采用調節風門擋板控制風量的方法有顯著的節電效果。
表達風機基本特性的參數是風量 Q 、風壓 H 、功率 P 和效率 h 。
風機總功率
P t = Qh t / 102 (1)
式中 P t ——總功率， kW
Q ——風量， m 3 /s
H t ——全風壓， H t = H s +Hd , kg • m / m 3
H s ——靜壓
H d ——動壓
全壓效率
h t = Qh t /102P t (2)
當風機的轉速從 n 1 變為 n 2 時， Q 、 H 、 P 大致變化關系為
Q 2 = Q 1 (n 2 / n 1 )
H 2 = H 1 (n 2 / n 1 ) 2 (3)
P 2 = P 1 (n 2 / n 1 ) 3

由式 (3) 可知，風機功率同風機轉速的立方成正比，所以當風機的轉速變化時，風機的功率會有較大的變化。

工業鍋爐燃燒的穩定性和可靠性是實現鍋爐安全經濟運行的關鍵，鍋爐爐膛的負壓是一個重要的控制參數。傳統的爐膛負壓控制方式是當電機以恒速運行時通過一次儀表檢測爐膛的負壓，再同負壓給定值比較，經 PI 運算后，由電動或氣動執行器控制風機引風擋板開口度，即改變風阻調節引風量達到調整燃燒的效果。在實際應用中，引風擋板的開口度一般在 70% ~ 80% ，相當一部分電能消耗在引風擋板的阻力降上，造成電能的浪費。另外擋板的機械聯接結構在擋板的調節過程中存在滯后，線性度差，調節性能不太好。在負壓閉環控制中，若負壓過大，還會造成爐內燃料的浪費，負壓過小，又會影響燃料的充分燃燒，進而影響到鍋爐蒸汽的質量。但其優點是控制方法簡單，設備量小，可靠性高，維修方便。
采用變頻調速技術，將原有的風門擋板開至最大，應用負壓閉環控制，通過調節風機電機的轉速即直接調節風量來實現鍋爐負壓自動調節控制，能夠更好地滿足生產要求，又達到了節電和節省燃料的目的。
2 引風機變頻調速負壓閉環控制系統
天津石化公司石油化工廠新建的 35t/h 燃煤蒸汽鍋爐引風機，采用了變頻調速負壓自動控制。為了保證系統運行的可靠性，還采取了電機軟起動切換措施，保證一旦變頻器出現一時無法修復的故障，使風機電機軟起動后恒速運行，這時調節引風擋板，以保證生產正常運行。鍋爐爐膛負壓自動控制系統如圖 1 。

圖 1 中，爐膛負壓給定由儀表調節器面板設定，同爐內負壓檢測和變送器檢測到的負壓實際值比較，經儀表調節器 PI 運算后輸出 4 ~ 20mA 電信號，作為變頻器頻率給定信號，用于變頻器控制電機轉速，達到自動控制風量的目的。如果變頻器出現故障，可切換到軟起動運行方式，這時的頻率給定信號就作為電動執行器的控制信號，通過控制引風擋板的開度，達到對引風量的控制。這種設備方案既保證了風機變頻調速運行，滿足負壓自動調節的穩定性和運行的經濟性，又能保證一旦變頻器出現故障仍能保證運行的可靠性。
引風機電機控制主回路單線圖如圖 2 所示。

通常情況下采用變頻運行方式，在變頻運行時， K 1 、 K 2 觸點吸合，軟起動主回路觸點 K 3 、 K 4 和旁路主回路觸點斷開。在變頻運行時，引風機入口擋板全開，負壓調節系統自動控制變頻器的輸出頻率來調節電機的轉速，達到對負壓的控制。如果變頻器出現暫時無法恢復的故障時，可通過“變頻—軟起” 選擇開關，選“軟起”運行方式，在電機軟起動過程中， K 3 、 K 4 吸合， K 1 、 K 2 、 K 5 斷開，電機降壓起動，以減少對電網和機械設備的沖擊，電機軟起動完成后， K 5 吸合， K 1 ~ K 4 斷開，電機自動轉投接電網保持恒速運行，變頻器頻率給定信號作為電動執行器開度給定控制信號，爐膛負壓的控制通過調整引風機入口擋板調節供風量來實現。
該系統的控制操作回路流程圖如圖 3 所示。

3 工業運行
引風機參數： Y4-68-12.50 、流量 9405m 3 /h 、全壓 3177Pa 、轉速 1450r/min 、電機容量 132kW ；電動機參數： Y315M-4 、容量 132kW 、電壓 380V 、頻率 50Hz 、電流 139.7A 、轉速 1486r/min ；配用變頻器： 6SE7032-6EG60 ，容量 132kW 、額定輸出電流 260A ；儀表： STD 智能調節器，輸出信號 4 ~ 20mA 。
系統投入運行時，風機風門完全打開，調節風機電機轉速，實現了風量、風壓 自動調節。根據對用汽量的要求和季節變化不同，正常達到 33 ~ 34t/h 蒸汽量時，變頻器輸出頻率在 40 ~ 46Hz 范圍內調節變化，在最少用汽量 16 ~ 17t/h 時，變頻器輸出頻率為 25 ~ 30Hz ，完全能夠滿足生產過程對分量的調節變化要求。

圖 4 是變頻調速運行風門全開和電機軟起動后旁路運行調節風門時對電機功率測試的對比，變頻運行時，有顯著的節電效果。
4.結束語
對鍋爐引風機采用變頻調速實現爐膛負壓閉環控制，具有節能降耗，調節特性好，能更好地滿足生產要求。對原有系統改造工作量小。
鍋爐運行中，還能根據用汽量的大小，可以對鍋爐送風機和引風機都實現變頻調速控制，結合對爐排的調整，保證煤的充分燃燒，既能保證鍋爐處于良好的運行狀態，又能避免冒黑煙現象，達到環保的要求。
對鍋爐風機電機采用變頻調速，對原有設備無需改動，投資較小，投資回報快，有推廣價值。