厂房排风机_65th锅炉风机变频调速技术应用节能分析工业自动化高

             粉磨站具有一套年产100万吨水泥生产线，工程设计初期收尘器的收尘风机是定速运行，其风量调节依靠档板开度来控制。考虑产量变化及生产品种的变化（水泥成品的颗粒细度不同），需要不同的风量来满足工艺要求。若用档板调节，不但控制精度较差，而且依靠档板截流来减少风量，电机的出力变化较小，造成大量电能被白白浪费。为了改善工艺、降低能耗，水泥厂的设计职员决定对收尘风机采用变频调速改造，风量的调整决定通过变频器来改变收尘风机的转速来实现。用户通过大量考察论证，最后选用湖南中科电气有限公司的一台高压变频器（型号为CSHF-550/06-A）驱动收尘风机。

         二、现场工艺简介

             1、水泥生产工艺
    水泥的生产步骤，可分为以下八个步骤：
    原料的提取（采矿） 原料的破碎 原料的储存和预均化 原料的粉磨（球磨机） 生料的均化和储存 煅烧（生料通过旋风筒预热后再进进回转窑烘烤物料，煅烧成熟料） 水泥的粉磨（根据水泥的品质，混合其他的化学原料粉磨）。
    水泥的储存与运输 其中物料的粉磨工艺流程是：
    电动机通过减速机带动磨盘转动，物料从下料口落到磨盘中心，在离心力的作用下向磨盘边沿移动并受到磨辊的碾压，粉碎后的物料离开磨盘，被高速向上的气流带至与立磨一体的分离器，粗粉经分离器后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统的收尘装置中收集下来。
    收尘风机的转速（收尘器所需风量）主要由管磨机内工艺情况（产量及粉的细度）决定。 
    2、水泥粉磨系统主要设备：（表一）

         三、收尘风机系统控制方案

             1、主回路方案
    工作原理：变频器为一拖一配置，即一台变频器拖动一台电机。变频器高压进线端直接接于6kV电压等级的主动力电源，输出侧直接连接电机。QF1为用户现场高压断路器，为了实现对变频器故障保护，变频器与QF1的合、分闸回路实现连锁，只有变频器控制系统正常才答应QF1合闸，而变频器重故障则跳开QF1。
    2、控制回路方案
　 按照用户要求,变频器可以根据用户反馈的风压信号来调节风机的风压,也可以与用户的风门进行开、合联动。
　 变频器控制柜有“本机控制/远程控制”选择开关，可以方便地选择本地操纵或远程操纵，变频器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等协议及硬接线连接来实现远程操纵，本套系统与用户中控室DCS采用硬接线连接。即DCS给变频器发启动、停止指令及一路频率给定信号，变频器反馈给DCS“备妥”、“运行”、“报警”、“故障”四路开关量信号及“电机转速”、“电机电流”两路模拟量信号。
    变频器概略图如下：

         四、节能效果分析

             1、变频器参数

         五、变频改造对系统产生的其他效果
　 
    通过对粉磨站的变频节能分析测算表明，设备进行变频改造后，具有明显的经济效益，并且在其它方面也产生了一些明显的影响：
　 （1）采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，对电网和变压器无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命；
　 （2）变频改造前，风量的调节要靠调整档板的开度来完成，一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后，电机转速的改变只要在DCS设定即可，大大降低了劳动强度，进步了生产效率，风量调节更平稳、精确；
　 （3）收尘风机改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除41次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于4％；
　 （4）变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于1％，上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求；
　 （5）该变频器为电压源型结构，功率因数可高达0.95；
　 （6）厂房通风设备噪声污染大大降低。

　　1、计算确定隧道内所需透风量：

　　2、计算所需总推力It

　　It=△P×At(N）

　　其中，At：隧道横截面积（m2）

　　△P：各项阻力之和（Pa）；一般应计及下列4项：

　　1）隧道进风口阻力与出风口阻力；

　　2）隧道表面摩擦阻力，悬吊风机装置、支架及路标等引起的阻力；

　　3）交通阻力；

　　4）隧道进出口之间因温度、气压、风速不同而生的压力差所产生的阻力；

　　3、确定风机布置的总体方案

　　根据隧道长度、所需总推力以及射流风机提供推力的范围，初步确定在隧道总长上共布置m组风机，每组n台，每台风机的推力为T。

　　满足m×n×T≥Tt的总推力要求，同时考虑下列限制条件：

　　1）n台风机并列时，其中心线横向间距应大于2倍风机直径。

　　2）m组（台）风机串列时，纵向间距应大于10倍隧道直径。

　　4、单台风机参数的确定

　　射流风机的性能以其施加于气流的推力来衡量，风机产生的推力在理论上即是风机进出口气流的动量差（动量即是气流质量流量与流速的乖积），在风机测试条件下，进口气流的动量为零，所以可以计算出在测试条件下，风机的理论推力：

　　理论推力=ρ×Q×V=ρQ2/A(N)

　　ρ:空气密度（kg/m3)

　　Q：风量（m3/s)

　　A:风机出口面积（m2）

　　试验台架量测推力T1一般为理论推力的0.85-1.05倍。取决于流场分布与风机内部及消声器的结构。风机性能参数图表中所给出的风机推力数据均以试验台架量测推力为准，但量测推力还不即是风机装在隧道内所能产生的可用推力T，这是由于风机吊装在隧道中时会受到隧道中时会受到隧道中气流速度产生的卸荷作用的影响（柯达恩效应），可用推力减少。影响的程度可用系数K1和K2来表示和计算：

　　T=T1×K1×K2或T1=T（K1×K2）

　　其中T：安装在隧道中的射流风机可用推力（N）

　　1  引言
　　山西阳光发电有限责任公司1#机组设计出力(燃煤)为300MW，机炉配有两台AN-28静叶可调轴流式引风机，额定风量928800m3/h，全压为3196Pa，配用YKK800-8-W型电动机，额定功率2000kW、额定电压6kV、额定电流254A，无调速装置只能靠改变风机的静叶的角度来调节风量。
　　由于发电厂的发电负荷一般在50%~100%之间变化。引风机不能调速，只能靠改变风机的静叶的角度来调节风量，造成了很大的节流损失，其设备效率仅在40%~60%，两台电动机功率消耗达到800kW~1200kW，是电动机额定容量的47%~62%，而调节性能也不能满足锅炉燃烧能力及稳定性运行需要，所以有必要对引风机进行节能和调节性能改造，来满足机组整体调节性能需要。
　　变频调速装置可以优化电动机的运行状态，大大进步其运行效率，达到节能目的。过往受价格、可靠性以及容量等因素的限制，在我国风机市场上一直未能得到更广泛的应用。近年来，随着电力电子器件和控制技术的迅速发展，变频器的价格不断下降，可靠性不断增强，且模块化的设计使变频器的容量几乎不受限制，高压大容量变频器已逐步广泛应用。 
　　本次我厂在1#机组的引风机上，采用了两套高压变频'>高压变频器，利用变频器来改变电动机的转速，以此来调节引风机的风量和风压。采用的高压变频'>高压变频器为北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVEST-A电压源型全数字控制变频器，型号:HARSVEST-A06/220、形式:高-高、容量:2250kVA、额定电压:6kV、额定电流:220A、最高频率:50Hz。改造工期从2005年5月底-2005年6月初共40天，与1#机组大修后同步启用，1#机组引风机高压变频装置于2005年6月10日正常投运。

　　2  高压变频调速系统应用情况
　　2.1 高压变频器的组成
　　北京利德华福电气技术有限公司的高压变频器由变压器柜、功率柜、控制柜三个部分组成。为单元串联多电平结构
　　2.2 高压变频器与现场接口方案
　　北京利德华福电气技术有限公司的高压变频器的控制部分由高速单片机、工控PC和PLC共同构成;单片机实现PWM控制。工控PC提供友好的全中文WINDOWS监控和操纵界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。该变频器使用西门子的PLC中的S7-200，具有较好的与DCS系统接口能力，根据风机的特性运行要求以及变频器控制的具体要求采取了相应控制方案。
　　(1) DCS系统与变频器的接口方案
　　DCS系统与变频器之间的信号总共有11个，其中开关量信号9个，模拟量信号有2个。(以A引风机为例，B侧对应为07改08)如表1所示。
　　(2) 电缆敷设及所用材料
　　引风机变频器送往DCS系统MC柜的开关量信号电缆共用14芯;DCS系统RC柜送往引风机变频器的开关量信号电缆共用4芯;DCS系统送往引风机变频器的模拟量信号电缆及引风机变频器送往DCS系统MC柜的模拟量信号电缆共用4芯。DCS系统内部电缆需800m，如表2所示。
　　共使用模件:DCS控制模件6DS1412-8RR两块，6DS1717-8RR两块，6DS1723-8BB模件一块。
　　(3) DCS画面增加以下内容
　　为实现对变频引风机的启停控制及转速调节，在DCS画面上增加:
　　l 变频器启停操纵功能块  ，用于远方启停变频器;          
　　l 变频器转速控制功能块   ;
　　l 变频器轻故障报警块□W、重故障报警块□A; 工频旁路状态□FF。
　　2.3 高压变频运行方式及控制逻辑
　　正常情况下，风机以变频方式启动，及两台变频器运行方式，考虑到变频器可能有故障，还具备了一台变频一台工频的运行方式和两台工频的运行方式。
　　变频器运行方式分为就地控制及远方控制两种。就地控制状态时，DCS输出的转速命令信号(C0701TRS )跟踪变频器转速反馈(C0701TRSG )。就地控制时，对变频器远方操纵无效。
　　变频器受DCS控制时分自动和手动两种方式。手动状态时，运行职员通过改变画面转速控制块控制变频器转速，实现负压的调节。
　　(1) 引风机变频器启动的答应条件
　　由于变频器启动的条件为引风机电机高压开关必须合闸及S07.1/S08.1 启动反馈为1。而原有的引风机启动的条件继续在整个逻辑中起作用，及原有的风机启动条件保存下来作为引风机变频器的答应条件。
　　另外考虑到变频器就地的实际条件加进了变频器就地送来的停当信号:
　　S0701.RD和S0801.RD及A、B引风机变频停当作为启动的另一启动条件。
　　在变频器远方启动的调试过程中发现由于变频器转速设定块中的命令可能在一个较高的转速位而这是启动变频器必然会对炉膛负压有一个较大扰动,而且轻易造成运行误操纵,所以在启动中加进的命令必须小于30%的限制。
　　总结A、B引风机变频器启动必须具备以下3个条件:
　　l 引风机A、B的高压部分S07-1、S08-1的启动反馈为1。
　　l 引风机A、B的变频器就地从其PLC送来的启动停当开关:S0701-RD、S0801-RD为1。
　　l 引风机A、B的变频器的转速设定值C0701TRS、C0801TRS的输出小于30%。
　　(2) 引风机变频器转速调整的自动方式
　　A、B变频器转速自动的开关量部分:当引风机静叶投进自动及闭锁A、B变频器转速投自动，同时当偏差回路中形成值超过一定值(暂定为50%)自动切除自动。C04-P90信号发故障则发传感器故障退出自动。当炉膛负压低一值PS0921触发时延时3s后闭锁转速增加，当炉膛负压高一值PS0925触发时延时3s后闭锁转速减少。
　　A、B变频器转速自动方式的模拟量部分:由于调节对象与的引风机静叶自动一样，所以将原有的偏差形成回路直接引出作为现有的变频调节的偏差作用于现有的引风变频控制。并就变频器的特点加进了结合转速的平衡回路，将两侧的出力保持平衡。同时也独立的加进其单双风机变频方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了总风量的前馈部分，故在新的变频转速回路中就不在增加，考虑到一旦发生单台引风机变频跳闸，又不能恢复变频方式运行，将原有的挡板控制回路中的电流平衡回路改为位置反馈平衡回路，同时将另一台引风变频逐步加到最大后投进引风自动方式。
　　(3) 引风机变频涉及相关跳闸保护方面
　　单侧风机的变频跳闸联跳相应一侧的送风机。并联关相应挡板及静叶的逻辑不变。
双侧风机的变频跳闸后由于相应的S07.1和S08.1的高压开关联跳故保存原S5中的MFT跳闸回路不变。
原有的引风机跳闸回路中加进了相应的变频器重故障S0701-A/S0801-A与上S0701-FF/S0801-FF的非往跳相应的风机。及保证在变频方式下变频跳闸联跳风机。工频方式下该保护被闭锁。
　　2.4引风变频自动参数整定试验
　　启动A、B引风机的变频器，将C04-1与C04-2的静叶开至100%将炉膛负压设为―50Pa;启动A、B送风机后并将其动叶C03-1、C03-2的开度至10%将A、B引风机变频在最低转数225r/min下将引风变频同时投进自动,先进行定值扰动，将设定值进行20%变化的扰动试验，对自动变化进行记录;针对压力调节的特性，先将积分时间放到较大为4min，比例系数放到0.3逐步改变比例系数,用临界比例带法,进行参数设定.出现调节的等幅震荡后根据临界比例带的算法，先进行初设，有一个基本的参数:P=0.025,Ti=100s。
　　将A、B送风机并将其动叶C03-1、C03-2的开度，按每10%的开度上行程试验观察炉膛负压的变化情况记录偏差大小以及偏差消除时间，完成后进行下行程试验用A/B送风机的动叶进行扰动试验。
　　通过改变其中一个的开度30%,观察引风机变频的转数的变化情况以及负压的响应时间，在做送风机的动叶进行扰动试验，每10%的开度上行程试验观察炉膛负压的变化情况记录偏差大小以及偏差消除时间，以及变频器的命令输出和转速的实际值，完成后进行下行程试验,核定单双风机运行的比例增益。
　　模拟MFT动作条件,在送风机并将其动叶C03-1、C03-2的开度在50%的情况下, 观察炉膛负压的变化,以及灭火后引风超弛环节的动作情况进行完自动试验后，将有关引风机变频的联锁在引风变频投进自动的进行一次实际动作试验，在试验过程中，还进行将送风机单侧拉掉，仿真运行中单侧送风机掉闸后变频自动是否能够将负压控制到满足的范围。
　　锅炉的安全运行是全厂动力的根本保证，固然变频调速装置可靠，但一旦出现题目，必须确保锅炉安全运行，所以必须实现工频―变频运行的切换。一旦一台引风机变频故障，无法在短时间内恢复，需要引风机自动控制改变由原先的静叶来调整，在此背景和需要下，必须对一台引风机变频停掉，开大另一台引风机变频，并将原引风机自动(静叶)投进进行相应的扰动，经过试验，对其中的一些参数进行调整和修改。

　　3  经济综合测试评价
　　3.1 节能效益明显
　　表3是1＃机组引风机变频器运行后，6月10日至16日生产数据与2#、3#、4#机组的比较。
　　通过上表数据对比，从节电率分析，在四个机组发电负荷相同情况时，1#机组两台引风机天天均匀耗电量16431kW.h，2#、3#、4#机组两台引风机天天均匀耗电量32450kWh，节约电量16019kWh，节电率为49.37%。

　　3.2 投资和回收年限估算
　　两台引风机节电用度，按全年运行7200h的日负荷分布统计，使用两台变频调速引风机，与以往的静叶调节相比较，经计算，全年可以节省4805700kWh。按发电本钱电价0.20元/kWh计算，4805700kWh×0.20元/kWh=961140元。
两台变频器的总投资用度，包括安装用度和土建用度约为440万元左右，则需要4年左右时间回收。

　　4  结束语
　　综上所述，变频装置在电厂应用大有作为，是今后的技术发展方向，不仅是节能明显，更主要是调节性能好，同时也改善了风机和电动机的使用寿命。相信随着高科技技术发展趋势，制造本钱不断下降，新的产品不断问世，高压变频装置的结构将会大大简化，并会减少元器件，进步变频装置的可靠性。