糖廠鍋爐燃燒自動變頻改造

1、前言

廣西產(chǎn)蔗糖占到全國蔗糖六成以上。目前，蔗糖生產(chǎn)企業(yè)正面臨糖價下降，成本居高不下的困境，部分糖企已經(jīng)出現(xiàn)虧損。糖廠鍋爐主要以甘蔗為原料制糖的附產(chǎn)品——蔗渣為燃料，蔗渣爐燃燒節(jié)能降耗已成為糖廠降低能耗的一個重要方面。在負荷變動的情況下，手工操作燃燒的蔗渣鍋爐往往供汽質(zhì)量差、工人勞動強度大、能耗高、效率低、環(huán)境劣。燃燒自動化就是針對這種實際狀況，而采取的一種有效措施。下面介紹某糖廠2#鍋爐燃燒系統(tǒng)的配置、操作現(xiàn)狀及不足，進行燃燒自控變頻設計改造，達到了節(jié)能降耗等效果。

2、燃燒系統(tǒng)改造前的狀況及不足

（1）該爐的鼓引風機都沒有配置變頻器，調(diào)節(jié)風量是通過調(diào)節(jié)風門擋板進行，電動機一直以額定高速轉(zhuǎn)動，其軸的輸出功率始終沒有改變，導致電機長期在額定負荷40—50%的大馬拉小車狀態(tài)下運行。因此，大大地浪費了電能。同時，電動機一直以額定高速轉(zhuǎn)動，因而大大地增加了風機葉輪、軸承的磨損和風機振動；高速運行的風機產(chǎn)生的噪音對環(huán)境也產(chǎn)生了極大的污染。（2）由一位司爐操作工，在DCS流程圖畫面上，根據(jù)鍋爐的給料量、主蒸汽壓力、爐膛負壓、溫度等參數(shù)，手動調(diào)節(jié)兩個引風機和1個鼓風機的擋風板開度，從而控制鍋爐的配風量。（3）由同一位司爐操作工，在DCS流程圖畫面上，根據(jù)鍋爐當前的主蒸汽壓力，手動調(diào)節(jié)4個蔗渣喂料器滑差電機調(diào)速器，進而控制4個喂料器轉(zhuǎn)速快慢，達到調(diào)節(jié)鍋爐的給渣量大小。（4）鍋爐沒有安裝氧化鋯氧量分析儀，對煙氣含氧量沒有量化依據(jù)，司爐操作工是通過透過鍋爐望火孔對爐膛內(nèi)燃燒攝像了解鍋爐燃燒狀況，根據(jù)經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)鍋爐的配風。（5）還是同一位司爐操作工，通過攝像觀察，在DCS流程圖畫面上，對鍋爐4個蔗渣閘板的開度進行手動調(diào)節(jié)，從而確保4個蔗渣溜槽的蔗渣量既不浪費又充足。（6）同一位司爐操作工手動控制配風、給渣、料位，工作量可謂不少，而要手動控制好鍋爐的燃燒就更難了。（7）由于手動控制燃燒的工作量大，因此，只要鍋爐不出現(xiàn)正壓，司爐操作工一般僅進行喂料器給料和閘板料位調(diào)節(jié)，而很少自覺調(diào)節(jié)配風。所以，鍋爐手動燃燒效率、供汽質(zhì)量都較差。

3、改造的目的

3.1采用變頻調(diào)速技術對鼓引風機進行節(jié)能降耗改造

因為對鍋爐送引風電動機使用變頻器，根據(jù)生產(chǎn)需求任意調(diào)整電機速度調(diào)整配風量，電機的輸出功率與電機的轉(zhuǎn)速立方成正比例地減少，從而不但能提高生產(chǎn)工作效率而且能實現(xiàn)大幅度的節(jié)能降耗。

3.2實現(xiàn)鍋爐燃燒過程的自動控制

達到如下目標：（1）主蒸汽壓力：維持在一定范圍之內(nèi)保證汽機安全高效發(fā)電和其它生產(chǎn)需要。（2）爐膛負壓：維持在一定范圍之內(nèi)保證鍋爐安全運行和經(jīng)濟燃燒。（3）煙氣含氧量：維持在理想范圍內(nèi)保證經(jīng)濟燃燒等。

4、改造設計

4.1增換硬件

針對該廠現(xiàn)有設備的狀況，主要有以下幾項內(nèi)容：（1）加裝三套AC30型變頻囂，其中鼓風機一套和引風機兩套，以便對鼓引風機進行變頻調(diào)速，從而控制鍋爐的配風量，達到大大節(jié)約電能等目的。（2）更換4個喂料器滑差電機調(diào)速器為可接收4-20mA模擬量控制信號的DK一2E數(shù)顯調(diào)速器。為實現(xiàn)喂料器轉(zhuǎn)速自控創(chuàng)造條件。（3） 更換爐膛負壓變送器為EJA智能微差壓變送器。由于原來的爐膛負壓差壓變送器，測量準確、靈敏、穩(wěn)定性較差，已不能滿足自控的要求。更換后，顯示、輸出阻尼可進行有效調(diào)節(jié)。（4）添裝一套ZO-4-Ⅱ型氧化鋯氧量分析儀。能將鍋爐燃燒后煙氣中的氧含量進行有效量化監(jiān)測，使鍋爐燃燒控制有了量化指標。（5）加裝一套HK—D型蔗渣喂料筒料位探測轉(zhuǎn)換器，其把料位信號轉(zhuǎn)換成4-20mA輸出，為蔗渣閘板開度自控創(chuàng)造條件。（6）增裝DCS控制系統(tǒng)SP313、SP322、SP363、SP364卡各二塊等硬件，以便變頻器等與DCS系統(tǒng)的信號交換。

4.2變頻調(diào)速

用變頻控制系統(tǒng)代替鍋爐送引風調(diào)節(jié)擋板式方式控制，實現(xiàn)開/閉環(huán)運行，并與原控制系統(tǒng)并聯(lián)互鎖；同時，將鍋爐送引風擋板打開，使送引風擋板的開度為100%。正常運行時，合上投入變頻器的電源刀閘。在變頻器發(fā)生故障時，拉下變頻器電源刀閘，并合上變頻器旁路刀閘，這時切換到使用風門擋板對風量進行調(diào)節(jié)，從而保證了鍋爐在各種狀態(tài)下都能夠正常運行。變頻器與DCS系統(tǒng)交換信號有如下圖：

4.3燃燒自動控制

糖廠鍋爐自動燃燒系統(tǒng)是一個強耦合、多參數(shù)、大滯后、非線性、多回路的復雜控制系統(tǒng)。包括了如下四個自控子系統(tǒng)。4.3.1蔗渣刮板自動控制。是為了保證進鍋爐的燃料筒內(nèi)料量維持在一定范圍內(nèi)，保證后續(xù)的燃燒均衡，并杜絕冷風從燃料筒進爐。鍋爐蔗渣刮板自動控制以喂料筒料位為控制量，始終保持料位在中間位置?？刂圃恚阂匀剂贤矁?nèi)料位為主控量，當料位信號小時，料位探測轉(zhuǎn)換器相應輸出4-20mA信號給DCS，經(jīng)過DCS系統(tǒng)運算并與設定值比較放大后，輸出信號控制4個蔗渣刮板電動執(zhí)行器的刮板開度大些；反之，調(diào)節(jié)刮板開度小些。

4.3.2主蒸汽壓力自動控制。以主蒸汽壓力為主控量，當主蒸汽壓力信號小時，壓力變送器會相應地輸出4～20mA信號給DCS，經(jīng)過DCS系統(tǒng)運算并與設定值比較放大后，輸出信號調(diào)節(jié)4個喂料器電機的轉(zhuǎn)速快些；反之，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速慢些。并引入平均蒸汽流量作為前饋信號，從而克服負荷變化對蒸汽壓力的影響。

4.3.3煙氣含氧量自動控制。既要保證氧氣足夠燃燒充分，煙氣中C0不過量，不浪費燃料和環(huán)境污染，又要燃燒經(jīng)濟，不能有過多氧含量，造成過多熱量被尾氣帶走而浪費掉。控制原理：以氧化鋯氧量分析儀測量到的氧量信號為主控量，當氧含量小時，通過氧量分析儀相應輸出4-20mA信號給DCS，經(jīng)過DCS系統(tǒng)運算并與設定值比較放大后，輸出信號給鼓風機變頻器，從而調(diào)節(jié)鼓風機的轉(zhuǎn)速快些；反之，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速慢些。

4.3.4爐膛負壓自動控制?？刂茽t膛負壓在一定范圍，保證安全生產(chǎn)和經(jīng)濟燃燒，保證爐膛不往外噴火?？刂圃恚阂誀t膛負壓為主控量，當爐膛負壓小時，變送器會相應輸出4～20mA信號給DCS，經(jīng)過DCS系統(tǒng)運算并與設定值比較放大后，輸出信號給兩臺引風機變頻器，調(diào)節(jié)引風機的轉(zhuǎn)速快些；反之，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速慢些。假如兩臺引風機轉(zhuǎn)速已經(jīng)開到最大，爐膛負壓還是達不到控制目標的，此時就應該適當減小鼓風量和進料量，確保鍋爐運行安全。喂料器及鼓引風機應相互聯(lián)鎖保護，引風機因故障停機時，喂料器及鼓風機也應自動保護停機。四個子系統(tǒng)控制目標是相輔相成的，煙氣含氧量變化，鼓風就需要跟蹤調(diào)節(jié)，爐膛負壓和蒸汽壓力也會相應地引起變化；爐膛負壓變化，引風就需要調(diào)節(jié)，也相應引起蒸汽壓力和煙氣含氧量的變化；主蒸汽壓力變化，燃料就需要調(diào)節(jié)，也因此引起爐膛負壓和煙氣含氧量的變化。

4.4硬軟件安裝組態(tài)調(diào)試

有關硬件設備的增裝更換接線和在DCS采用LD、FBD、DFB等編輯器對變頻調(diào)速、燃燒手動/自動系統(tǒng)進行編程、組態(tài)、調(diào)試等，直至我們要求的控制指標能夠穩(wěn)定地保持在理想的范圍內(nèi)。

5、改造的效果

（1）實現(xiàn)了爐膛負壓、煙氣含氧量和主蒸汽壓力三大指標的自動控制目標；（2）極大地降低了司爐操作工和維修工的勞動強度；（3）改善了工作環(huán)境，鍋爐間的粉塵量明顯減少，鼓引風機噪聲明顯降低；（4）減少維修費用和工作量，鼓引風機葉輪、軸承的磨損減少，故障率降低；（5）節(jié)能降耗效果顯著，鼓引風機節(jié)電達29%，百噸蔗耗標煤從實施前榨季3.56t下降到實施后榨季的3.39t；（6）提高了供汽質(zhì)量。

6、結(jié)束語

采用先進技術，如本文變頻技術、自控技術，還有信息技術等等，對傳統(tǒng)設備工藝進行技術升級改造，是現(xiàn)代企業(yè)節(jié)能降耗，改善工作環(huán)境，減輕勞動強度的有效途徑，也是實踐科學發(fā)展觀的要求。

（作者單位：廣西來賓東糖鳳凰有限公司）

作者簡介

柳欽仁（1968—），男，廣西平南人，工程師，研究方向：電氣自動化.