火力發電廠加裝脫硫后引風系統的改造

董倫 DONG Lun

（遼寧省丹東化纖公司，丹東 118002）

（Liaoning Dandong Chemical Fiber Company，Dandong 118002，China）

1 問題的提出

我公司發電廠為化纖生產的自備電廠，發電廠由2臺90T/H和1臺150T/T煤粉爐。2臺1.2萬KW直流發電機組成。俗稱三爐兩機運行方式。送風系統由2臺6KV 185KW和1臺6KV 310KW交流電動機組成。引風系統由4臺380V 185KW交流電動機組成。此外，還有給粉系統，給油系統，供水系統及文丘里除塵器等。為適應國家環保的要求，電廠排煙系統必須加裝脫硫系統的要求，我公司于2010年投資了200多萬對電廠進行加裝脫硫系統的技術改造，脫硫改造之前，送風系統和引風系統的風量調節都是由風機上所帶的閘板閥來調節的，加裝脫硫后，隨著影響鍋爐燃燒因數的增多，為保證爐膛內壓力微負，引風系統的風量及風壓必須隨時調節。引風系統風量風壓的量值及跟隨時間的準確性一是可以保證鍋爐燃燒效率的提高，二是引風系統自身可以大大提高能源的利用率。

2 風機的節能原理

眾所周知，風機的工作點是由風機的風量風壓特性曲線決定的。如根據鍋爐負荷需減少風量，可用兩種方法來實現。一是關小風機或風道上的閘板閥，二是降低風機的轉速。如關小閘板閥來實現，風量將從Q2減少到Q1，減少量為△Q1，而風壓將從H1升高到H2，增加值為△H1。如果用減少風機風量方法來實現，而閘板閥開度保持不變，風量將從Q2減少到Q1，風壓將從H2減小到H1，減少值為△H2。以上這兩種減少風量的方法卻得到兩個不同的風壓H1和H3，其差值為H1-H3，這個差值對用戶來說是多余的，也就是說：用閘板閥來調節風量時這個壓力白白被浪費掉了。用變頻調速時，根據風機風量，風壓及功率的比例關系，改變風機的轉速n可使風機的流量Q，風壓H和功率P都隨之響應的改變，其關系式為：風量比和轉速比成一次方的關系。風壓比和轉速比成二次方關系。功率比和轉速比成三次方關系。通過以上關系可以看出，改變風機的轉速，就可以改變風機對應的風量、風壓以及消耗功率等以滿足鍋爐引風機風量系統的要求。由于風機的消耗功率在改變轉速時是按照三次方的關系下降的，因此，采用變頻調速的節能效果非常顯著。

3 控制系統變頻調速的實現

電廠引風機的變頻控制系統涉及的軟硬組成和控制方式主要包括：PLC控制、變頻器、管道、電氣控制以及風機和各種傳感器等；變頻調速控制系統采用壓力反饋變送器、PLC控制、變頻器以及電機和風機等。除了進行變頻設定、風量控制以及數據顯示外，還可以加上位機控制和顯示系統。電機和風機被變頻器帶動后，通過建立的特征模型控制器和上位機組態軟件或組態王讀取PLC中風機入口處管網的壓力信號。讀取的信號通過編制相應的PLC程序對程序本身進行比較和運算，上位系統按照職能PID控制器的控制原理輸出一個電信號，并通過PLC轉換A/D并輸出電信號。為了改變電動機的運行品類和電壓以及改變風機的轉速，通過變頻器的啟動/停止和給定頻率可以實現，由此便構成了以管網壓力跟蹤引風機瘋了為標準的閉環反饋控制系統。

4 控制系統的硬件與軟件設計

第一，硬件設計：在整個控制系統中，選用SIEMENS S7-400系列的PLC、ET200M智能終端及合資廠生產的3501型智能壓力、富士FRN-P11型變送器等相關的電氣元器件作為其硬件，此外，在系統中還應用了研華牌工控機，XP系統中裝有WINCC上位機工控系統。四臺電動機均是185KW－2極電動機。

第二，軟件設計：在變頻控制系統中，編制軟件側重于變頻相應速度的問題。因此，本系統通過現場采集生產數據并結合實際生產情況虛擬了對應管網的壓力值，同時采用了仿人智能PID控制算法，從而提高了自動控制系統的穩態性能并提高了變頻系統的效率。為了簡化編程，盡量在編入主程序輸入輸出風機加速度脈沖的掃描程序，對于其他程序則通過主程序中的周期掃描從而選取對應的子程序。由于將風機加速脈沖掃描程序和輸入輸出程序直接加入到了主程序，從而有效的提高了系統的讀取速度。根據轉程序產生的PLC程序掃描方式，當在主程序嵌入子程序后，執行掃描主程序的同時還在執行子程序，但是由于子程序存在的時差問題以及PLC主程序具有快速掃描的特性，從而導致風機的加速度變化能夠快速的跟蹤實際數據的變化而達到了實際的控制和節能效果。控制系統在變頻系統中需要檢測很多的信號，這些信號包括電機過載保護信號、短路保護信號以及管網風量檢測信號等。故障在報警中分為重故障和輕故障，故障發生時，不影響整個系統自動運行的為輕故障，而對整個系統的運行影響很大的為重故障。系統在發生故障時會退出自動運行狀態并發出故障報警信號以確保設備的安全，如果要恢復自動運行系統，只有在維修員維修后通過按鈕或PLC內部切換使其運行狀態在手動和自動之間切換，這樣不僅解決了系統的故障問題，還能對設備和管網起到保護作用。

5 現場實際應用及數據測試結果

采用變頻調速控制系統由于廢棄了之前工頻下運行的工作方式，因此，可以對風機的轉速進行實時調節。我們采集了改造系統之后風機所耗電量的數據，（由于篇幅有限，此處省去表一，表二和表三）。改造之前風機是以2930轉/分恒速運行的電機電流約300A～340A，基本屬于滿負荷運行。調節風機閥門由于增大了管網阻力而降低了風機的效率，因此，風機沒有處于最佳工作狀態而導致引風效果不理想。加之鍋爐燃燒時產生大量的煙塵容易堵塞管網，尤其在除塵管網軸流的風機處，由于并行的冷卻管直徑不大，很容易堵塞而造成能力的浪費。根據測得的數據，鍋爐生產氣量在1，2，3月份幾乎相同，引風機的基本工藝指標相同。改造前兩個月的平均用電為517870KWH，而改造后月平均耗電為351070KWH，節約了146800KWH，節電率為28.35%。以每臺風機每年工作10個月計算，每年節電 1468000KWH，節約電費 1468000×0.46＝67.5萬元。由此可以看出，我公司185KW的電動機4臺每年節電近70萬元左右。

6 結束語

本文結合鍋爐引風機管網系統設計了基于PLC、變頻器的風機控制系統，介紹了該系統的實現原理。軟件和硬件設計，經過實際測量風機節能效果方面也得到了顯著的提高，此外，電機的機械特性、風機電機的基礎震動、鍋爐內的壓力控制都得到了明顯的改善。真是一舉多得的好事情。

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