火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器改造 及其自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)研究

胡振凱

大唐安陽發(fā)電廠

摘要：風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電系統(tǒng)中最主要的輔助機(jī)器，其功率很大，根據(jù)實(shí)際情況可以看出，為了嚴(yán)格控制其實(shí)際風(fēng)量，許多風(fēng)機(jī)都采用液力偶合的辦法來實(shí)施調(diào)試，這種相對落后的方法，在節(jié)流過程中會(huì)出現(xiàn)很大的能量損耗，并且不能進(jìn)行準(zhǔn)確操作，需求動(dòng)能很高，但成果不好。因此，本文闡述了對火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，設(shè)計(jì)送、引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，力爭完善火力發(fā)電廠的鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，為優(yōu)化火力發(fā)電做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：火力；發(fā)電廠；鍋爐；變頻器；自動(dòng)化；設(shè)計(jì)

引言

中國發(fā)電總量的66%消耗在電動(dòng)機(jī)上，具體到火力發(fā)電廠主要損耗是：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)、脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、灰漿泵。但是這些主要耗電設(shè)備由于運(yùn)行方式落后，實(shí)際運(yùn)行效率底下，致使我國火力發(fā)電廠中普遍存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，大量的能源在終端利用中被白白地浪費(fèi)掉。

1變頻技術(shù)概述

變頻技術(shù)是指交流用電設(shè)備的供電頻率發(fā)生變化時(shí)，與頻率成正比的功率將隨之發(fā)生變化。頻率高則功率大；頻率低則功率小。所以變頻調(diào)速裝置即變頻就是將固定頻率的交流電變化為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。根據(jù)負(fù)荷的變化，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)等有電設(shè)備的輸入頻率，來調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使被控風(fēng)機(jī)出口流量隨負(fù)荷的變化而變化。在滿足不同負(fù)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(diào)速與原來的液偶調(diào)速原理相差甚遠(yuǎn)，故電廠鍋爐風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(fēng)機(jī)節(jié)能控制效率，延長設(shè)備的使用壽命，產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器改造

2.1總體方案

鍋爐燃燒系統(tǒng)包括兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，在工作時(shí)某一引風(fēng)機(jī)是雙速電機(jī)帶動(dòng)液偶控制，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)和另一引風(fēng)機(jī)是單速電機(jī)帶液偶控制。按照實(shí)際要求，需要對兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)和另一引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換為變頻器控制，系統(tǒng)的風(fēng)量自動(dòng)控制和爐膛壓力自動(dòng)控制仍然使用原先的分散控制原理，在工作過程中兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)和另一引風(fēng)機(jī)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(tǒng)改造方案

為了實(shí)現(xiàn)簡單的操作過程，變頻器機(jī)器需要集中安裝。由于場地的因素，機(jī)器安裝、電纜架設(shè)、通風(fēng)系統(tǒng)等需要實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃，并且需要滿足變頻器小室通風(fēng)的條件，安裝通風(fēng)散熱管路，熱風(fēng)通過引風(fēng)管路排出，不能因?yàn)樘砑油L(fēng)管路而降低通風(fēng)量；變壓器柜和功率單元柜一定都要安裝通風(fēng)管路，并且不可以由同一管道排出；風(fēng)路周圍和風(fēng)機(jī)周圍的間距不能小于三厘米；電源進(jìn)線需要從柜的頂部接入，而且風(fēng)機(jī)罩不可以把進(jìn)線隱藏。風(fēng)路出口需要朝下，并且需要安裝鐵絲網(wǎng)，。小室需要安裝帶濾網(wǎng)的進(jìn)風(fēng)管道，門窗需要封閉，主要通過外加空調(diào)實(shí)現(xiàn)溫度的降低。變頻器使用下進(jìn)線，通過電纜線路引出。通過原廠用電6kv輔助機(jī)器電源開關(guān)，在引、送風(fēng)機(jī)和開關(guān)中間安裝變頻設(shè)備，并使用原有工頻回路當(dāng)做旁路。變頻器和電機(jī)中間、變頻器和開關(guān)室中間都需要架設(shè)高壓動(dòng)力電纜。需要實(shí)現(xiàn)原有電纜的作用。如果電機(jī)發(fā)生向前移動(dòng)，需要考慮其高壓電纜余量。

2.3高壓變頻器邏輯控制系統(tǒng)改造方案

改造后的變頻器全部由DCS實(shí)行集中控制，通過控制相應(yīng)的變頻電機(jī)完成對相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。改造后，在DCS中保留電動(dòng)機(jī)開關(guān)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(yùn)行方式分為就地控制及遠(yuǎn)方控制兩種。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號(hào)跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時(shí)，對變頻器遠(yuǎn)方操作無效。變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。原邏輯中送、引風(fēng)機(jī)的停止、運(yùn)行信號(hào)，改為變頻器控制后，相關(guān)信號(hào)取變頻器運(yùn)行狀態(tài)、變頻器隔離開關(guān)位置及電動(dòng)機(jī)開關(guān)相應(yīng)位置的綜合判斷信號(hào)。由變頻器控制的送、引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件中取消液偶開度小于10%的條件，改為對應(yīng)變頻器控制信號(hào)、變頻器隔離開關(guān)位置的綜合判斷信號(hào)。

2.4電機(jī)與風(fēng)機(jī)連接方案

送、引風(fēng)機(jī)電機(jī)改變頻調(diào)速，對電機(jī)的處理有兩種方案。方案一是電機(jī)前移，將電機(jī)與風(fēng)機(jī)軸用聯(lián)軸器直聯(lián)。送、引風(fēng)機(jī)在停爐后拆除液力偶合器和附屬的油、水管路，臨時(shí)將電動(dòng)機(jī)吊離現(xiàn)場，在液偶和電機(jī)處的基礎(chǔ)上新鉆孔，滿足液偶取消后電動(dòng)機(jī)前移的設(shè)計(jì)、安裝要求。并在新電機(jī)位置將上部鑿除、鑿毛，重新安裝電機(jī)后進(jìn)行二次灌漿。原聯(lián)軸器通過改造或新配一只半聯(lián)軸器。該方案優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)簡單、可靠性較高，缺點(diǎn)是施工工期長。方案二是電機(jī)位置不變、用過渡軸及聯(lián)軸器將電機(jī)與風(fēng)機(jī)軸直聯(lián)。引風(fēng)機(jī)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(jī)處的基礎(chǔ)上方增加一根過渡軸，將電機(jī)與風(fēng)機(jī)軸用聯(lián)軸器直聯(lián)。優(yōu)點(diǎn)是施工工期短，風(fēng)機(jī)停運(yùn)后1天內(nèi)即可完成。缺點(diǎn)是過渡軸及l(fā)對聯(lián)軸器重量在300公斤以上，找中心時(shí)困難，風(fēng)機(jī)停運(yùn)后過渡軸會(huì)下沉致使中心變化，聯(lián)軸器銷子易損壞，且機(jī)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(yōu)點(diǎn)。投資費(fèi)用基本相同。為此確定采用方案一即電機(jī)前移，將電機(jī)與風(fēng)機(jī)軸用聯(lián)軸器直聯(lián)的技術(shù)方案。

3自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是供給爐膛內(nèi)燃燒的燃料以合適的風(fēng)量，保證燃料的合理經(jīng)濟(jì)燃燒。其控制機(jī)理是通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)變頻器指令，而控制送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變進(jìn)入爐內(nèi)的總風(fēng)量。氧量信號(hào)采用雙支氧化鋯進(jìn)行測量。由于進(jìn)入爐內(nèi)風(fēng)量變化到鍋爐尾部氧量信號(hào)的反映需要較長的時(shí)間，而是一個(gè)變化的動(dòng)態(tài)過程，故需對氧的測量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，甲或乙氧量變送器故障、甲乙側(cè)氧量偏差大、氧量調(diào)節(jié)器入口偏差大，氧量調(diào)節(jié)器切手動(dòng)。運(yùn)行人員可以由軟手操增減氧量定值，直接去校正風(fēng)量信號(hào)。風(fēng)量調(diào)節(jié)器的被調(diào)量采用經(jīng)煙氣含氧量修正后的風(fēng)量信號(hào)，在送風(fēng)控制系統(tǒng)中為保證鍋爐燃燒過程中送風(fēng)量始終大于燃料量，即富氧燃燒，它的定值取自于以下三個(gè)信號(hào)的大值，即最小風(fēng)量定值、燃料控制系統(tǒng)來的熱量需求指令和協(xié)調(diào)控制來的能量需求指令信號(hào)。由風(fēng)量調(diào)節(jié)器的輸出控制變頻器。

3.2引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

爐膛壓力控制系統(tǒng)的工作原理是改變引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)和送風(fēng)系統(tǒng)一起作用，讓鍋爐壓力穩(wěn)定在可承受數(shù)值內(nèi)。為了提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，爐膛壓力需要使用三個(gè)變送器選擇其中間值。為體現(xiàn)爐膛壓力的動(dòng)態(tài)反應(yīng)特點(diǎn)，系統(tǒng)能夠使用引入送風(fēng)量指令當(dāng)做前饋調(diào)節(jié)。為確保爐膛壓力的穩(wěn)定，需要安裝方向閉鎖實(shí)施調(diào)節(jié)，假如其壓力升高，自動(dòng)閉鎖引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)降低，假如其壓力降低，自動(dòng)閉鎖引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)升高。鍋爐乙側(cè)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l調(diào)節(jié)，甲側(cè)引風(fēng)機(jī)保持工頻穩(wěn)定工作，并沒有調(diào)節(jié)作用。引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對乙側(cè)變頻器加以調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。當(dāng)變頻器工作結(jié)束后，利用調(diào)節(jié)偶管對引風(fēng)機(jī)實(shí)施調(diào)節(jié)。

一般狀況下，乙側(cè)引風(fēng)機(jī)是變頻調(diào)節(jié)，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用；甲側(cè)引風(fēng)機(jī)液偶調(diào)至某一恒定值，保證穩(wěn)定速度開展工作，并沒有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對乙側(cè)變頻器加以調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變乙側(cè)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)其需要檢查維修結(jié)束運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl運(yùn)行，甲側(cè)引風(fēng)機(jī)就能夠利用液偶開展引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)不可以同時(shí)引風(fēng)。在這個(gè)封閉調(diào)節(jié)回路中，反饋信息能夠通過吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度或者其勺管部位信息來實(shí)現(xiàn)，目前已經(jīng)規(guī)定甲引風(fēng)機(jī)通過勺管部位反饋信息，乙引風(fēng)機(jī)通過吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度反饋信息。

結(jié)語

總之，對電廠鍋爐送、引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制改造后，變頻器實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，調(diào)速精度高，提高了風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，大大改善了控制品質(zhì)和運(yùn)行工況，提高了機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為優(yōu)化燃燒、提高機(jī)組效率提供了可靠保證。

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