智控變頻調速技術在堿廠鍋爐風機系統節能運行中的應用

(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

經 驗 交 流

智控變頻調速技術在堿廠鍋爐風機系統節能運行中的應用

張子凱

(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

針對堿廠鍋爐風機系統采用風門調節的控制方式調節風量，不能跟隨系統負荷的需求變化做自動調節，通過智控變頻調速技術的運用，改變了以往工頻運行的方式，實現“跟隨負荷同步、功率按需輸出”的最佳節能效果。

鍋爐風機;變頻調速;負荷同步;節能

1 鍋爐風機系統現狀解析

1.1 系統概述

連云港堿業有限公司熱電站配備4套鍋爐設備，1#～3#鍋爐風機系統配置相同，每套鍋爐配備2條煤粉生產線，每條生產線配備1臺0.4 kV/160 kW排粉風機，使用方式為常用；2臺6 kV/250 kW引風機，使用方式為常用；1臺6 kV/315 kW鼓風機，使用方式為常用。4#鍋爐鼓風機配置有差異，配置為1臺6 kV/400 kW風機，使用方式為常用。1#和2#鍋爐配備1臺6 kV/900 kW增壓引風機，3#和4#鍋爐同樣配備1臺6 kV/900 kW增壓引風機，使用方式均為常用。

1.2 系統運行分析

鍋爐必須時時維持爐膛負壓在一定安全范圍內，而在實際運行過程中，爐膛負壓隨生產量、工況和環境的變化而變化，而鍋爐送/引風機系統不能根據負荷的變化做自動調節跟隨，即鼓風機、引風機一直工頻運行，導致爐膛負壓處于波動狀態，不利于鍋爐安全穩定運行，而且造成了系統的能源浪費。

風機系統現場的控制是根據生產和工藝需要，調節閥門的開度來平衡供風風量和風壓。這種操作方式使很大一部分電能浪費在克服閥阻力做無用功上，而且操作方式復雜，響應時間較長，需人工調節或主控臺值班人員監測調節電動閥，增加了工人勞動量。同時設備長時間高速運轉，電氣和管道系統機械磨損嚴重，增加維修費用，降低使用壽命。

電機采用直啟方式，直接啟動電流沖擊非常大，是額定電流5～6倍的啟動電流，可能造成電網電壓跌落，欠壓保護動作，導致設備跳閘，使電機啟動失敗并影響其他用電設備的正常運行；過大的啟動電流會使電機迅速發熱，加速其絕緣老化，影響電機使用壽命。

1.3 系統分析結論

結合上述分析，連云港堿業有限公司鍋爐風機系統均以工頻方式運行，現場是根據用風的需求采用風門調節的控制方式，不能跟隨系統負荷的需求變化做自動調節。從節能改造和系統運行優化兩方面考慮，都有改造的必要。

2 改造方案

2.1 設備選型和設計

從系統的整體性和控制的系統性出發，對設備的安全、工藝的保障、系統的平衡、負荷的跟隨等方面綜合考慮，實現“跟隨負荷同步、功率按需輸出”的設計思想，提高系統自動化控制程度，并實現大幅度節能。

鍋爐鼓/引風機系統是確保燃料充分燃燒，維持爐膛負壓穩定，保證鍋爐系統安全運行的重要動力設備。由于鍋爐消耗的煤粉量、轉爐煤氣和高爐煤氣量是變化的，燃料燃燒所需的氧氣量也是相應變化的，爐膛負壓也會隨著波動。

1)依據“跟隨負荷同步”理論，實時采集鍋爐內過剩氧含量信號，自動調節鼓風機的運行轉速，滿足煤氣燃燒所需要的氧量。

2)由于鼓風機鼓風量的變化相應引起爐膛負壓的變化，通過采集爐膛負壓信號，自動調節引風機的運行轉速，使爐膛負壓始終維持在工藝標準范圍內。

3)最終實現引風量跟隨鼓風量作自動變化，滿足鍋爐系統生產安全及轉爐煤氣、高爐煤氣的充分燃燒，實現了鍋爐鼓引風機系統的能效管理，達到了系統整體節能的效果。

根據現場實際使用情況，為連云港堿業有限公司設計安裝的節能裝置如表1。

表1 鍋爐風機系統節能裝置

2.2 控制技術解析

1) 基本控制原理

實時采集鍋爐氧含量、爐膛負壓，風機運行壓力等參數，經A/D變換后送到智能控制器，經PID運算和模糊控制，計算出實際需求風量和風壓，智能調控鍋爐鼓風機、引風機的流量、壓力，使拖動電機的輸出功率始終與系統的負荷變化相匹配，達到節電的目的。

2)同步跟隨技術

鍋爐風機系統是典型的負載可變系統，它受發電量、系統工況和環境變化的直接影響，這就導致了系統的負載特性曲線不斷變化。智控節能系統能夠實時跟蹤負載的變化智能控制電機的轉速，使拖動電機的輸出功率跟隨負荷的變化同步輸出，實現“跟隨負荷同步、功率按需輸出”，從而達到最佳的節能效果。

圖1 運行曲線分析圖

3)同頻控制技術

當系統有多臺風機同時運行時，智能控制系統能夠實現風機系統同頻節能運行，使壓力均衡輸出，消除不同頻率運行產生的壓力損失和出口壓力不同造成的風機系統內部的相互損耗。利用同頻控制技術對系統進行節能改造的節電效果是最佳的。

3 節電量分析

表2 節電量計算

電費單價按0.70元/kW·h。

4 結 語

通過改造，鍋爐風機系統改變了以往工頻運行的方式，實現了系統的自動化控制，實現了“跟隨負荷同步、功率按需輸出”的最佳節能效果；提高了電機的功率因數，消除了諧波對電網的污染；降低了設備的噪音、震動等現象，延長了設備的使用壽命。節電率可以達到20%～25%，年節約電量約492.81萬kW·h，折合標準煤1 514 t，年節約電費約345萬元。從節能降耗和系統運行優化兩方面都取得了明顯的效果，可謂一舉多得。

[1] 張燕賓.變頻調速應用實踐[M].北京：機械工業出版社，2002

[2] 姜連剛，王寶安.300MW機組鍋爐引風機節能技術改造[J].吉林電力，2010(3):46-47

TM621.2;TM921.51

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1005-8370(2017)06-33-03

2017-07-27

張子凱(1976—)，大學，現任連云港堿業有限公司機動處電氣主管工程師。