糖廠鍋爐燃燒自動變頻改造研究

林勇先

（廣西農墾糖業集團昌菱制糖有限公司 廣西防城港上思縣 535514）

糖廠鍋爐燃燒自動變頻改造研究

林勇先

（廣西農墾糖業集團昌菱制糖有限公司 廣西防城港上思縣 535514）

我國某省作為全國性的主要甘蔗產糖區，目前大約有制糖廠100多家，二百多臺鍋爐，其中壓力在3.8MPa以下的鍋爐大約二百多臺。因此，對于某省而言，小型化、低參數的鍋爐在當地占了較大比例。由于這類糖廠鍋爐設備的主要燃料是蔗渣，而且個別鍋爐屬于燃煤鍋爐，不僅平均容量小，且燃燒技術相對落后。這類設備大多安裝于上世紀末，設備運行效率低。盡管部分鍋爐經過技術改造后產氣量能夠滿足實際生產需要，但相關運行指標依然難以滿足不斷發展的需求，導致設備運行過程中耗能較高。對此，本文將結合這一實際情況重點對某省糖廠鍋爐燃燒系統進行自動變頻改造。

糖廠鍋爐；燃燒系統；自動變頻改造

1 前言

某省蔗糖產量占全國的60%以上，當前該地蔗糖生產企業正面臨著嚴峻的困境。由于生產成本高，且糖廠鍋爐主要以甘蔗蔗渣作為主要燃料，因此對于糖廠而言，現階段主要的發展任務是采取科學的措施節能降耗，不斷降低糖廠鍋爐燃燒能耗。由于鍋爐燃燒過程中實際負荷在不斷變化，因此傳統的人工操控不僅效率低，且設備能耗高、設備運行環境差。所以新形勢下，必須對糖廠鍋爐燃燒系統進行自動變頻技術改造，提升其實際工作效率，降低設備能耗。本文接下來就針對某省某大型糖廠2#鍋爐的燃燒系統進行結構配置優化及自動化變頻技術改造設計。

2 糖廠鍋爐燃燒系統自動變頻改造的必要性

本文研究的實例為我國某省一大型糖廠的2#鍋爐，該設備重85t，燃燒過程中的壓力參數為3.82MPa，設備運行溫度為450℃。由于該燃燒系統運行時間較長，因此設備性能不佳。對此，經過研究論證，最終決定對該鍋爐系統的燃燒系統進行自動化變頻技術改造。采用DCS對鍋爐鼓引風機系統的擋風板及鍋爐喂料器轉速裝置、蔗渣閘板等相關運行系統進行手動控制。

由于該糖廠鍋爐鼓引風機系統一直缺少自動化變頻設備，且軸系統輸出功率一直保持不變，從而使鍋爐燃耗系統的電動機設備長期以來一直在額定功率下高速運行，其實際額定運行負荷在40～50%之間，所以設備運行能耗高。與此同時，該系統在運行時電動機設備一直以額定功率保持運行，所以軸承磨損及風機振動、風機葉輪磨損情況更為嚴重。此外，鍋爐系統在燃燒運行時會產生巨大的噪音，對環境造成了嚴重影響。因此，對該糖廠鍋爐燃燒系統進行自動變頻技術改造非常必要。

3 糖廠鍋爐燃燒系統自動變頻改造重點

本文認為，該糖廠鍋爐燃燒系統節能變頻技術改造應該有重點、分步驟、分層次：

（1）安排一位司爐操作人員通過DCS流程圖畫面中呈現的制糖鍋爐給料量及爐膛負壓、設備主蒸汽壓力、運行溫度等相關參數信息，對1個鼓風機的擋風板開度及2個引風機設備的運行負荷進行調節，從而合理控制鍋爐燃燒系統的配風量[1]。

（2）安排同一個司爐操作員，結合上述運行參數與鍋爐系統的主蒸汽壓力，對4個蔗渣喂料設備的滑差電機調速設備進行手動調節，從而自動化控制鍋爐給渣量。

（3）該鍋爐由于缺少氧化鋯氧量分析儀，因此無法對燃爐中的含氧量準確量化。在鍋爐配風過程中，只能憑操作經驗及透過鍋爐望火孔，對爐膛中的燃燒攝像記錄進行分析才能了解鍋爐爐膛內的燃燒情況。

對此，結合上述情況，本文接下來將重點對該糖廠鍋爐燃燒系統進行節能降耗改造。為了使設備運行達到預期效果，本文擬定該節能降耗改造技術方案需達到以下目標：

（1）要確保該鍋爐的主蒸汽壓力參數保持在一定范圍內，同時確保蒸汽機高效、安全運行。

（2）使鍋爐爐膛負壓維持在既定參數范圍內，且使鍋爐實現安全、穩定運行及經濟、環保燃燒。

（3）節能技術改造后，要將鍋爐的煙氣含量控制在合理范圍，且對相關設備進行全自動化操控。

4 糖廠鍋爐燃燒系統自動變頻改造過程分析

4.1 硬件與軟件設計

針對該糖廠原有相關設備進行硬件與軟件升級優化：

（1）需增加3套AC30型自動節能變頻技術裝置、2套引風機、1套鼓風機，從而對鼓風機設備進行自動變頻調速，以此科學控制鍋爐燃燒過程中的送風量，由此達到節能降耗的目的。

（2）需將原有的4個喂料器滑差電機調速器更換為可接收4～20mA模擬量控制信號的DK-2E數顯調速器，實現對喂料器轉速自動化控制。

（3）因該糖廠原有爐膛負壓差壓變送器運行穩定性及靈敏性不佳，且數據測量不準確，為了進一步滿足設備節能降耗要求，需將上述設備更換為EJA智能微差壓變送器，以此對輸出的阻尼及相關參數進行科學調節。與此同時，需增設一套型號為ZO-4-Ⅱ的氧化鋯氧量分析儀，全面系統監測鍋爐中煙氣的實際含量，實現對污染物的量化[2]。

除此之外，增設一套型號為HK-D型的蔗渣喂料筒料位探測轉換器。由于這一運行裝置可將裝料過程中的料位信號轉化為4～20mA，因此可為蔗渣閘板的自動化開度控制奠定技術基礎。在此過程中，需加裝DCS控制系統，并安裝型號為SP364、SP322、SP363及SP313的硬件卡各2塊，使糖廠鍋爐系統變頻裝置中的信號與DCS控制系統中的相關信號進行交換。

至于軟件方面的配置，需更換接線及增設DFB、LD和FBD等編輯器，對鍋爐系統的變頻技術裝置進行調速及自動化編程、邏輯控制、組態模擬、調試運行等。

4.2 燃燒系統變頻調速優化設計

在鍋爐系統的變頻控制模塊，主要與原控制系統進行互聯互鎖，保證鍋爐引風擋板開度大小為100%。當系統處于正常運行狀態時，將變頻器的電源刀閘關閉，當自動化變頻控制系統發生故障時，將電源變頻設備的電源刀閘打開，并將變頻技術裝置的旁路刀閘合上，此時采用擋風板對鍋爐系統的風量進行調節，如圖1所示為該糖廠鍋爐燃燒系統自動化變頻控制裝置與DCS系統交換信號時的運行流程圖。

圖1 糖廠鍋爐燃燒系統自動變頻改造流程圖

4.3 鍋爐燃燒系統自動變頻控制改造

本項目設計的鍋爐燃燒系統是一個多參數、強耦合及大滯后、多回路、非線性的復雜綜合控制系統。這一系統主要由蔗渣刮板自動控制系統及主蒸汽壓力自動控制系統、煙氣含氧量自動控制系統和爐膛負壓自動控制系統組成。在實際工作運行過程中，上述幾個不同系統相互之間配合操控，從而以燃料筒內料位為主控量，當料位信號較小時，料位信號探測轉化器會將設備運行中的信號輸出到DCS系統，然后以主蒸汽壓力為主要控制量；當主蒸汽壓力參數較小時，壓力變送器會將其運行過程中的信號輸出到DCS系統，然后對喂料系統電機的實際轉速進行科學調節。在煙氣含量自動化控制系統中，為了能夠保證煙氣含量適中，且避免鍋爐系統在燃燒過程中污染環境，可采用氧化鋯氧量分析儀，對鍋爐系統中的煙氣含量進行自動、實時監測。

與此同時，將監測到的信號輸送給鼓風機的變頻系統，以此對鼓風機的實際轉速進行調控。在鍋爐爐膛負壓自動化控制過程中，需將爐膛負壓作為主控制量，然后采用變頻器將爐膛運行參數信號輸送到DCS系統中，以此調節引風機的轉速。在上述四個不同系統中，四大子系統相互協調運行，從而對爐膛負壓參數進行控制，以此調節鍋爐爐膛中的負壓和煙氣實際含氧量。

5 結束語

綜上所述，自動化控制系統已在工業加工生產過程中得到了廣泛應用。本文以此為基礎，針對某省一大型糖廠的鍋爐燃燒系統進行了全面分析與技術改造。實踐證明，對設備進行改造優化后，該系統實現了對鍋爐爐膛負壓及主蒸汽壓力、煙氣含氧量等相關參數的自動化監測與控制，同時降低了工作人員的勞動強度，使鍋爐在燃燒過程中的粉塵量不斷減少，也使設備運行過程中的噪聲得到控制。經科學評估，為該企業節省了大約29%的電能，大大提升了其經濟效益和社會效益。

[1]呂雪萍.“低NOx燃燒+SNCR”技術在蔗渣鍋爐煙氣脫硝上的應用[J].廣西糖業，2015，07（03）：33～36.

[2]譚興旺，鄭盛果，巫少斐，何顯春，李振杰，韋秋林，歐冠禎，張 鑫，蘇喜德，韋毅，覃志這，梁柳，黃益雄.蔗渣鍋爐自動燃燒控制系統及其應用[J].甘蔗糖業，2013，06（06）：36～41.

TS243

A

1004-7344（2016）25-0242-02

2016-8-18

林勇先（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事糖廠工業鍋爐運行、維護、檢修設備管理等方面工作。