循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機雙頻無干擾切換系統(tǒng)分析

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機雙頻無干擾切換系統(tǒng)分析資訊由優(yōu)秀的流量計、流量儀生產(chǎn)報價廠家為您提供。0引言隨著《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》的不斷深入開展，我國電力、鋼鐵等行業(yè)嚴(yán)格按照堅持降低能源消耗強度、合理控制能源的消費總量，推動技術(shù)進步相結(jié)合，大幅度提高。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機雙頻無干擾切換系統(tǒng)分析文章詳情。

0引言

隨著《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》的不斷深入開展，我國電力、鋼鐵等行業(yè)嚴(yán)格按照“堅持降低能源消耗強度、合理控制能源的消費總量，推動技術(shù)進步相結(jié)合，大幅度提高能源利用效率”的政策方針，積極實施節(jié)能減排措施，以助力可持續(xù)發(fā)展。

山東威海博通熱電股份作為威海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的主要供熱單位，為區(qū)域內(nèi)130多家企事業(yè)單位提供生產(chǎn)用汽和承擔(dān)近500萬平方米的集中供熱任務(wù)。公司兩臺130t/h和一臺220t/h鍋爐作為主力鍋爐，承擔(dān)大部分供熱和供暖任務(wù)。然而，由于傳統(tǒng)設(shè)計方案存在不足，依靠風(fēng)擋板來調(diào)整風(fēng)壓導(dǎo)致能源消耗量大，浪費極其嚴(yán)重。為積極響應(yīng)國家政策號召并提升綜合經(jīng)濟效益，山東威海博通熱電股份對風(fēng)機進行了變頻調(diào)速改造。

1循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)機系統(tǒng)改造的必要性

首先，鍋爐投入初期未考慮風(fēng)機的調(diào)速運行問題。風(fēng)機定速運行，完全由風(fēng)擋板調(diào)整風(fēng)壓，擋板調(diào)節(jié)控制特性差，壓力損失嚴(yán)重，擋板長期在30%~80%開度，系統(tǒng)效率低，造成廠用電居高不下。130t/h爐噸汽耗電量達(dá)9~10kWh/t，220t/h噸汽耗電量達(dá)11~12kWh/t，造成能源的極大浪費。

其次，傳統(tǒng)設(shè)計的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機以及引風(fēng)機采用入口節(jié)流器（或稱擋板、風(fēng)門）開度調(diào)節(jié)壓力。由于一般設(shè)計風(fēng)量、風(fēng)壓均按要求比額定工況留有較大設(shè)計裕度，因此一般風(fēng)機、電機選型偏大，因此實際風(fēng)門開度在30%~80%，導(dǎo)致風(fēng)機經(jīng)常工作在低效區(qū)，浪費大量能源。

再次，風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)量線性度不好，在進行風(fēng)門開度調(diào)節(jié)時經(jīng)常出現(xiàn)開度變化不大但風(fēng)量變化很大的情況，很難實現(xiàn)風(fēng)量精確配比要求的自動燃燒，影響循環(huán)流化床鍋爐的運行效率。

因此在循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)機上應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備能夠降低機組的廠用電率，而且由于變頻器調(diào)速所具有的優(yōu)良特性，其應(yīng)用可為鍋爐機組的自動化控制打下設(shè)備基礎(chǔ)，從節(jié)能與運行管理上降低機組運行成本。

2高壓變頻器調(diào)速技術(shù)節(jié)能原理

異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小、效率高，是異步電動機zui為合理的調(diào)速方法。

由公式n=60f/p（1-s）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的運行轉(zhuǎn)速n。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前，變頻調(diào)速已成為異步電動機zui主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

對離心式風(fēng)機而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比;輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。即：Q1/Q2=n1/n2;H1/H2=（n1/n2）2;P1/P2=（n1/n2）3。

當(dāng)風(fēng)機風(fēng)量需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當(dāng)風(fēng)機低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為：

E=（1-（n′/n）3）×P×T

式中：n是額定轉(zhuǎn)速，n′是實際轉(zhuǎn)速，P是額定轉(zhuǎn)速時電機功率，T是工作時間。

可見，通過變頻對風(fēng)機進行改造，不但節(jié)能，而且可大大提高設(shè)備的運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了理論依據(jù)。

3鍋爐風(fēng)機雙頻無擾切換技術(shù)改造實施方案

由于山東威海博通熱電股份三臺鍋爐都是單風(fēng)機，即每臺鍋爐都是一臺引風(fēng)機、一臺一次風(fēng)機、一臺二次風(fēng)機，沒有備用風(fēng)機，任一臺風(fēng)機停運都將造成鍋爐的停爐。為避免因變頻器運行不穩(wěn)定影響鍋爐正常運行，對鍋爐DCS系統(tǒng)重新組態(tài)并與變頻器實現(xiàn)無縫接入，經(jīng)過多次的冷態(tài)、熱態(tài)試驗，將鍋爐DCS系統(tǒng)與高壓變頻器結(jié)合在一起，實現(xiàn)了變頻、工頻自動雙向切換的功能，真正實現(xiàn)了無擾切換。所謂無擾切換是指鍋爐運行時風(fēng)機在變頻運行和工頻運行之間進行雙向切換時風(fēng)量不會大幅突變，對鍋爐燃燒沒有擾動。無擾切換包含兩個切換過程，一是風(fēng)機變頻器在運行中突發(fā)故障能自動切換到工頻運行，鍋爐燃燒穩(wěn)定不受切換影響;二是風(fēng)機在工頻運行時能在操作人員切換變頻指令發(fā)出后自動切換到變頻運行，鍋爐燃燒穩(wěn)定不受切換影響。風(fēng)機雙向自動切換一次系統(tǒng)如圖1所示。

注：（1）QS1和QS2是自動旁路柜的手動刀閘;（2）KM1、KM2和KM3是自動旁路柜的真空接觸器。

圖1風(fēng)機雙向自動切換一次系統(tǒng)簡圖

3.1自動旁路變頻器控制與DCS系統(tǒng)的改造及程序修改

根據(jù)實際運行需要及為了簡化運行人員操作步驟，防止誤操作的發(fā)生，同時結(jié)合高壓變頻器的啟動步驟，對風(fēng)機高壓變頻控制采用變頻一鍵啟動、變頻一鍵停止及一鍵工頻切變頻，并保留了原來的工頻手動啟動、工頻手動停止控制。[1]

（1）變頻一鍵啟動執(zhí)行的步驟

*步：合自動旁路柜的KM1、KM2。

第二步：合上級開關(guān)柜（原風(fēng)機6kV開關(guān)柜）的合閘開關(guān)。

第三步：等待變頻器預(yù)充電完成后（及待機反饋接通后），再合變頻器啟動開關(guān)。

在實際操作過程中，4號爐、5號爐風(fēng)機變頻器就地柜zui低赫茲數(shù)設(shè)置為10Hz，DCS畫面中的變頻調(diào)節(jié)指令在0~10Hz之間時，變頻器就地柜始終保持在10Hz不變。6號爐風(fēng)機變頻器就地柜zui低赫茲數(shù)設(shè)置為15Hz，DCS畫面中的變頻調(diào)節(jié)指令在0~15Hz之間時，變頻器就地柜始終保持在15Hz不變。

（2）變頻一鍵停止執(zhí)行的步驟

*步：合變頻器停機開關(guān)。

第二步：待變頻器停機后，斷開上級開關(guān)柜（原風(fēng)機6kV開關(guān)柜）的合閘開關(guān)。

第三步：斷開自動旁路柜的KM1、KM2。

當(dāng)變頻器停止工作后，應(yīng)手動將變頻調(diào)節(jié)指令變?yōu)?Hz。

（3）一鍵工頻切變頻執(zhí)行的步驟

*步：斷開自動旁路柜的KM3。

第二步：3秒后，合自動旁路柜的KM1、KM2。

第三步：等待變頻器預(yù)充電完成后（及待機反饋接通后），再合變頻器啟動開關(guān)。

在一鍵工頻切變頻前，應(yīng)先手動將變頻調(diào)節(jié)指令變?yōu)?0Hz。

以上各種不同啟動方式下每一步驟的執(zhí)行都是在DCS系統(tǒng)的干預(yù)下自動執(zhí)行完成的。DCS界面如圖2所示。

圖2DCS界面

3.2高壓變頻器變頻故障自動切工頻運行時的控制

鍋爐風(fēng)機在變頻器運行時若變頻器發(fā)生故障，不需要管理人員干預(yù)，變頻器將發(fā)出重故障信號至DCS，此時DCS邏輯程序會自動將風(fēng)門擋板關(guān)至預(yù)設(shè)定的狀態(tài)，變頻器延時6~8秒后自動切換至工頻運行（這個時間通過變頻器自動旁路柜內(nèi)時間繼電器進行設(shè)定）。由于風(fēng)機擋板執(zhí)行器動作時間過長，如果等待擋板關(guān)閉到預(yù)定位置后再切換工頻，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低過大，工頻啟動可能出現(xiàn)過流保護動作，并導(dǎo)致鍋爐汽壓汽溫下降過大。另外，如果不延時切換工頻，風(fēng)擋板全開時工頻立即啟動，雖電機轉(zhuǎn)速下降很小電機過流保護不會動作，但風(fēng)量突增對爐膛燃燒擾動太大，會造成爐膛保安裝置的風(fēng)壓保護動作。[2]因此，綜合多方面因素，經(jīng)過多次試驗后，確定變頻器重故障信號發(fā)出后延時6~8秒切換工頻，重故障信號發(fā)出后風(fēng)機擋板門立即開始關(guān)閉到設(shè)定開度。然而，擋板門執(zhí)行器動作速度不一致，導(dǎo)致?lián)醢彘T設(shè)定時間各不相同。

以4號爐風(fēng)機為例，以下風(fēng)門設(shè)定開度是風(fēng)機在工頻運行時額定負(fù)荷下的風(fēng)擋板開度：

4號爐二次風(fēng)機計時時間為10秒，風(fēng)機擋板執(zhí)行器自動關(guān)閉到74%。

4號爐一次風(fēng)機計時時間為15秒，風(fēng)機擋板執(zhí)行器自動關(guān)閉到52%。

4號爐引風(fēng)機計時時間為15秒，風(fēng)機擋板執(zhí)行器自動關(guān)閉到51%。

當(dāng)風(fēng)機擋板執(zhí)行器在計時時間內(nèi)關(guān)不到指定位置時，風(fēng)機擋板執(zhí)行器會停在計時結(jié)束后的位置。即使風(fēng)機擋板執(zhí)行器提前關(guān)到指定位置，但計時時間沒有結(jié)束，運行人員依舊無法操作風(fēng)機擋板執(zhí)行器，只有當(dāng)計時時間結(jié)束后，運行人員才可以手動調(diào)節(jié)風(fēng)機擋板執(zhí)行器。[3]

在工頻切換成功后風(fēng)機擋板如果沒有關(guān)閉到設(shè)定開度，則會在預(yù)設(shè)時間內(nèi)繼續(xù)自動關(guān)閉到預(yù)設(shè)位置。設(shè)定時間需要根據(jù)風(fēng)擋板關(guān)閉試驗確定。因為在設(shè)定時間內(nèi)人工操作無效，所以設(shè)定時間要合理。[4]

山東威海博通熱電股份電機微機保護啟動時設(shè)置啟動時間15~20秒，通過試驗后從DCS系統(tǒng)調(diào)出數(shù)據(jù)看變頻切換工頻啟動電流不超過額定電流的2倍，工頻啟動后尖峰電流出現(xiàn)在5秒內(nèi)，5秒后電機電流進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。雖然風(fēng)門擋板在開啟狀態(tài)相當(dāng)電機帶負(fù)荷啟動，但因電機不是從零開始加速，完全能躲過過流保護的整定值。這種狀態(tài)下切換鍋爐風(fēng)壓會有較小的波動，但對鍋爐燃燒不會產(chǎn)生大的影響。

3.3工頻運行切換到變頻器運行

風(fēng)機變頻改造后，當(dāng)運行中變頻器突然發(fā)生故障后會自動切換到工頻運行，這時需要對變頻器進行檢修維護，當(dāng)變頻器檢修結(jié)束后需要投入運行時，需要進行工頻切換變頻的控制。變頻切換工頻是在變頻器突發(fā)故障的狀態(tài)下自動切換的，而工頻切換變頻是有計劃的進行切換。

一鍵工頻切變頻指令發(fā)出后，DCS系統(tǒng)先斷開自動旁路柜中的KM3開關(guān)，同時發(fā)出變頻調(diào)節(jié)赫茲數(shù)50Hz信號，延時3秒后合自動旁路柜中的KM1和KM2開關(guān)。再延時2秒后，DCS發(fā)出高壓變頻啟動指令。通過冷態(tài)和熱態(tài)試驗看，此種切換對爐膛燃燒沒有擾動。[5]

工頻切變頻時變頻器本身必須具備轉(zhuǎn)速啟動功能才能保證實現(xiàn)無擾切換。轉(zhuǎn)速啟動又稱“飛車啟動”，即在電機旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下啟動。當(dāng)變頻器的啟動方式設(shè)為轉(zhuǎn)速啟動時，接到啟動命令，啟動變頻器自動檢測電機的轉(zhuǎn)速，輸出該轉(zhuǎn)速對應(yīng)下的頻率，并在此頻率上加減速，達(dá)到給定頻率。

工頻切變頻成功后，操作人員逐步開啟風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板和降低變頻器輸出頻率進行調(diào)整，以爐膛風(fēng)壓無波動為準(zhǔn)，直到擋板全開變頻器調(diào)整到適合的輸出頻率。

4改造后節(jié)能效果分析

表1是高壓變頻器改造前后的噸汽耗電量分析表。

表1高壓變頻器改造前后噸汽耗電量分析

通過表1可以看出，變頻改造后高壓風(fēng)機節(jié)電效果非常明顯，尤其是5號爐因為是一臺非標(biāo)爐型，風(fēng)機裕量過大，變頻改造后節(jié)電效果更明顯。另外一臺給水泵和一臺熱網(wǎng)循泵節(jié)電率也在20%~30%。噸汽耗電量這種分析直觀而且利于進行對比分析，但要計算投資回報需進行全年節(jié)電量的分析。下面就根據(jù)山東威海博通熱電股份4號爐、5號爐、6號爐全年不同負(fù)荷區(qū)間運行的節(jié)電量進行統(tǒng)計分析（詳細(xì)統(tǒng)計報表不進行羅列，只列出分析結(jié)果）。

（1）節(jié)能收益匯總

4號爐、5號爐、6號爐共9臺風(fēng)機、7號給水泵、7號熱網(wǎng)循環(huán)水泵節(jié)電量合計為：

2423050+3162440+4005500+307087+531059=10429136kWh

該公司上網(wǎng)電價：0.42元/kWh（不含稅價格）。

則：4號爐、5號爐、6號爐共9臺風(fēng)機、7號給水泵、7號熱網(wǎng)循環(huán)水泵的年收益額合計為：

10429136×0.42≈438萬元

（2）設(shè)備投資費用

4號爐、5號爐、6號爐共9臺風(fēng)機的變頻器設(shè)備采購費用合計：262萬元。

7號給水泵、7號熱網(wǎng)循環(huán)水泵2臺變頻器設(shè)備采購費用合計：57萬元。

DCS配套系統(tǒng)設(shè)備采購費用合計：18.8萬元。

其他輔材（電纜、高壓接頭等）費用合計約：32萬元。

設(shè)備安裝和調(diào)試由博通公司檢修車間完成，費用不計。

因此：11臺變頻器投資總費用合計為：369.8萬元。

（3）投資成本回收期H

H=369.8萬元÷438萬元≈0.85年

以上節(jié)能效果分析表明，高壓變頻器技術(shù)改造節(jié)能效果顯著。即使不考慮其他附加經(jīng)濟效益，僅以節(jié)電一項計算，4號爐、5號爐、6號爐共9臺風(fēng)機、7號給水泵、7號熱網(wǎng)循環(huán)水泵的年節(jié)電量為10429136kWh，年節(jié)電收益約438萬元，按電能折標(biāo)系數(shù)K=3.5噸標(biāo)煤/萬千瓦時計算，年可節(jié)約標(biāo)煤3650噸，變頻改造投資成本回收期小于0.85年。

5結(jié)論

（1）風(fēng)機、水泵變頻改造后節(jié)電效果非常明顯，超出改造前預(yù)期。

因鍋爐設(shè)計過程中，很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)的阻力，考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通常總是把系統(tǒng)的zui大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設(shè)計值。這樣，風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)20%~30%是比較常見的，尤其在低峰負(fù)荷時風(fēng)壓富裕量更大，大量能量浪費在節(jié)流損失上。安裝了高壓變頻器后，可以根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)負(fù)載的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速的目的，克服“大馬拉小車”現(xiàn)象。因此在風(fēng)機、給水泵上安裝變頻器，節(jié)電效果大幅超出預(yù)期，值得大力推廣。熱電廠上網(wǎng)電價遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材、水泥、化工、建材等行業(yè)，如果按照工業(yè)用電價格來核算則半年之內(nèi)就能收回投資成本，值得大力推廣。

（2）工頻變頻雙向切換功能較好。通過多次雙向切換試驗，鍋爐燃燒穩(wěn)定，運行工況可靠，基本能實現(xiàn)無擾切換。

（3）安裝簡單。即將原高壓開關(guān)柜與電動機之間插入安裝高壓變頻器，對原有接線改動不大，只需重做電纜頭，仍然使用原來的電機，大幅降低改造成本。

（4）由于實現(xiàn)了軟啟動，避免了工頻啟動的沖擊電流，電機壽命將大幅延長，減少啟動時對電網(wǎng)的沖擊。電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

（5）不同負(fù)荷下可以平滑無級調(diào)速，減少了風(fēng)道的震動。尤其低峰負(fù)荷時，未進行變頻器改造前風(fēng)擋板開度過小，造成風(fēng)機喘振撕裂風(fēng)道的問題得到徹底的解決。

（6）大幅降低了廠界噪聲。變頻改造前，風(fēng)機擋板門節(jié)流噪聲極大，廠界噪聲超標(biāo)，周圍居民多次向環(huán)保部門投訴。變頻器改造后節(jié)流噪聲消失，廠界噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

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