火力發電廠鍋爐風機變頻器改造 及其自動化控制設計研究

胡振凱

大唐安陽發電廠

摘要：風機是火力發電系統中最主要的輔助機器，其功率很大，根據實際情況可以看出，為了嚴格控制其實際風量，許多風機都采用液力偶合的辦法來實施調試，這種相對落后的方法，在節流過程中會出現很大的能量損耗，并且不能進行準確操作，需求動能很高，但成果不好。因此，本文闡述了對火力發電廠鍋爐風機進行變頻調速改造，設計送、引風機自動控制系統，力爭完善火力發電廠的鍋爐風機系統，為優化火力發電做出貢獻。

關鍵詞：火力；發電廠；鍋爐；變頻器；自動化；設計

引言

中國發電總量的66%消耗在電動機上，具體到火力發電廠主要損耗是：送風機、引風機、一次風機、排粉風機、脫硫系統增壓風機、鍋爐給水泵、循環水泵、凝結水泵、灰漿泵。但是這些主要耗電設備由于運行方式落后，實際運行效率底下，致使我國火力發電廠中普遍存在著大馬拉小車的現象，大量的能源在終端利用中被白白地浪費掉。

1變頻技術概述

變頻技術是指交流用電設備的供電頻率發生變化時，與頻率成正比的功率將隨之發生變化。頻率高則功率大；頻率低則功率小。所以變頻調速裝置即變頻就是將固定頻率的交流電變化為頻率連續可調的交流電。根據負荷的變化，通過調整風機等有電設備的輸入頻率，來調整風機的轉速，使被控風機出口流量隨負荷的變化而變化。在滿足不同負荷需要的情況下，減少用電量的損耗，提高用電率。由于變頻調速與原來的液偶調速原理相差甚遠，故電廠鍋爐風機控制系統的設計仍有諸多問題有待探討。如果這些問題合理解決將有助于提高變頻器在電廠風機節能控制效率，延長設備的使用壽命，產生巨大的社會經濟效益。

2火力發電廠鍋爐風機變頻器改造

2.1總體方案

鍋爐燃燒系統包括兩臺送風機和兩臺引風機，在工作時某一引風機是雙速電機帶動液偶控制，兩臺送風機和另一引風機是單速電機帶液偶控制。按照實際要求，需要對兩臺送風機和另一引風機轉換為變頻器控制，系統的風量自動控制和爐膛壓力自動控制仍然使用原先的分散控制原理，在工作過程中兩臺送風機和另一引風機必須要提供給變頻器充足的工況。

2.2變頻器電氣控制系統改造方案

為了實現簡單的操作過程，變頻器機器需要集中安裝。由于場地的因素，機器安裝、電纜架設、通風系統等需要實施統一規劃，并且需要滿足變頻器小室通風的條件，安裝通風散熱管路，熱風通過引風管路排出，不能因為添加通風管路而降低通風量；變壓器柜和功率單元柜一定都要安裝通風管路，并且不可以由同一管道排出；風路周圍和風機周圍的間距不能小于三厘米；電源進線需要從柜的頂部接入，而且風機罩不可以把進線隱藏。風路出口需要朝下，并且需要安裝鐵絲網，。小室需要安裝帶濾網的進風管道，門窗需要封閉，主要通過外加空調實現溫度的降低。變頻器使用下進線，通過電纜線路引出。通過原廠用電6kv輔助機器電源開關，在引、送風機和開關中間安裝變頻設備，并使用原有工頻回路當做旁路。變頻器和電機中間、變頻器和開關室中間都需要架設高壓動力電纜。需要實現原有電纜的作用。如果電機發生向前移動，需要考慮其高壓電纜余量。

2.3高壓變頻器邏輯控制系統改造方案

改造后的變頻器全部由DCS實行集中控制，通過控制相應的變頻電機完成對相關參數的自動調節控制。改造后，在DCS中保留電動機開關的操作控制，取消液偶勺管的操作控制，增加變頻器的操作控制，變頻器運行方式分為就地控制及遠方控制兩種。遠程控制狀態時，DCS輸出的轉速命令信號跟蹤變頻器轉速反饋。就地控制時，對變頻器遠方操作無效。變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。原邏輯中送、引風機的停止、運行信號，改為變頻器控制后，相關信號取變頻器運行狀態、變頻器隔離開關位置及電動機開關相應位置的綜合判斷信號。由變頻器控制的送、引風機啟動條件中取消液偶開度小于10%的條件，改為對應變頻器控制信號、變頻器隔離開關位置的綜合判斷信號。

2.4電機與風機連接方案

送、引風機電機改變頻調速，對電機的處理有兩種方案。方案一是電機前移，將電機與風機軸用聯軸器直聯。送、引風機在停爐后拆除液力偶合器和附屬的油、水管路，臨時將電動機吊離現場，在液偶和電機處的基礎上新鉆孔，滿足液偶取消后電動機前移的設計、安裝要求。并在新電機位置將上部鑿除、鑿毛，重新安裝電機后進行二次灌漿。原聯軸器通過改造或新配一只半聯軸器。該方案優點是運行維護簡單、可靠性較高，缺點是施工工期長。方案二是電機位置不變、用過渡軸及聯軸器將電機與風機軸直聯。引風機在停爐后拆除液力偶合器和附屬的油、水管路，在液偶和電機處的基礎上方增加一根過渡軸，將電機與風機軸用聯軸器直聯。優點是施工工期短，風機停運后1天內即可完成。缺點是過渡軸及l對聯軸器重量在300公斤以上，找中心時困難，風機停運后過渡軸會下沉致使中心變化，聯軸器銷子易損壞，且機械故障率高，可靠性較低。綜合考慮方案一具有安全性高、工期合理的優點。投資費用基本相同。為此確定采用方案一即電機前移，將電機與風機軸用聯軸器直聯的技術方案。

3自動控制系統的設計

3.1送風自動調節系統

送風調節系統的任務是供給爐膛內燃燒的燃料以合適的風量，保證燃料的合理經濟燃燒。其控制機理是通過調節系統控制兩臺送風機變頻器指令，而控制送風機的轉速，改變進入爐內的總風量。氧量信號采用雙支氧化鋯進行測量。由于進入爐內風量變化到鍋爐尾部氧量信號的反映需要較長的時間，而是一個變化的動態過程，故需對氧的測量信號進行補償，甲或乙氧量變送器故障、甲乙側氧量偏差大、氧量調節器入口偏差大，氧量調節器切手動。運行人員可以由軟手操增減氧量定值，直接去校正風量信號。風量調節器的被調量采用經煙氣含氧量修正后的風量信號，在送風控制系統中為保證鍋爐燃燒過程中送風量始終大于燃料量，即富氧燃燒，它的定值取自于以下三個信號的大值，即最小風量定值、燃料控制系統來的熱量需求指令和協調控制來的能量需求指令信號。由風量調節器的輸出控制變頻器。

3.2引風自動調節系統

爐膛壓力控制系統的工作原理是改變引風機轉速，同時和送風系統一起作用，讓鍋爐壓力穩定在可承受數值內。為了提升系統的穩定性，爐膛壓力需要使用三個變送器選擇其中間值。為體現爐膛壓力的動態反應特點，系統能夠使用引入送風量指令當做前饋調節。為確保爐膛壓力的穩定，需要安裝方向閉鎖實施調節，假如其壓力升高，自動閉鎖引風機的轉動速度就會降低，假如其壓力降低，自動閉鎖引風機的轉動速度就會升高。鍋爐乙側引風機轉變為變頻調節，甲側引風機保持工頻穩定工作，并沒有調節作用。引風自動調節系統對乙側變頻器加以調節，進而改變引風機的轉動速度。當變頻器工作結束后，利用調節偶管對引風機實施調節。

一般狀況下，乙側引風機是變頻調節，具有自動調節作用；甲側引風機液偶調至某一恒定值，保證穩定速度開展工作，并沒有自動調節作用。引風自動調節系統對乙側變頻器加以調節，進而改變乙側引風機的轉動速度，當其需要檢查維修結束運行時，轉變為工頻運行，甲側引風機就能夠利用液偶開展引風自動調節。兩臺引風機不可以同時引風。在這個封閉調節回路中，反饋信息能夠通過吸風機轉動速度或者其勺管部位信息來實現，目前已經規定甲引風機通過勺管部位反饋信息，乙引風機通過吸風機轉動速度反饋信息。

結語

總之，對電廠鍋爐送、引風機進行變頻調速控制改造后，變頻器實現無級調速，調速范圍廣，調速精度高，提高了風機風量調節的穩定性，大大改善了控制品質和運行工況，提高了機組自動裝置的穩定性，為優化燃燒、提高機組效率提供了可靠保證。

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