基于ABB ACS510變頻器的煙氣再循環系統的設計

林偉杰　辛道義　武學謙等

摘要：介紹了ACS510系列變頻器在循環流化床鍋爐煙氣再循環系統的應用。通過改變變頻器頻率來調節煙氣再循環風量，配合一二次風量調整，控制爐膛出口含氧量，從而降低氮氧化物排放量。

關鍵詞：ABB變頻器；風機；ACS510；循環流化床鍋爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.110

0概述

隨著新的燃煤電站鍋爐氮氧化物排放標準的制定，循環流化床鍋爐氮氧化物排放控制越發受到重視，溫度和氧化還原氣氛是影響循環流化床鍋爐的中氮氧化物生產的最主要因素。煙氣再循環系統作為循環流化床鍋爐低氮燃燒改造重要手段之一，從引風機出口引出一管道，經過煙氣再循環風機把部分低氧煙氣引到一次風機入口，有效減少一次風含氧量。根據鍋爐運行參數來調整一二次風量和煙氣再循環風量配比，控制爐膛出口含氧量，確保鍋爐燃燒正常，同時降低氮氧化物排放量。

1煙氣再循環系統工作原理

風機傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低風機的轉速即可滿足要求。由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節省了設備的維護費用。

為降低企業能耗、提高機組經濟運行效益，煙氣再循環系統選用變頻風機，通過改變變頻器頻率，來調節煙氣再循環風量。同時考慮到便于機組運行人員操作，將變頻器的遠程控制接入主機DCS系統，通過DCS系統進行遠程控制，實現機組DCS系統畫面的遠程操作和監控。

利用變頻器啟動煙氣再循環風機，在DCS端設置爐膛出口氧量，此信號作為變頻器給定信號，就地爐膛出口氧量儀檢測的含氧量作為檢測信號，反饋到變頻器的實際信號端，變頻器通過PID調節控制電機頻率。當機組運行工況一定時，鍋爐總風量隨之確定，如果爐膛出口含氧量高于設定氧量，變頻器頻率增加，低氧煙氣再循環風量占總風量比例增大，降低了爐膛出口含氧量；當爐膛出口含氧量低于設定氧量，變頻器頻率降低，低氧煙氣再循環風量占總風量比例減小，增加了爐膛出口含氧量。這樣使爐膛出口含氧量維持在一個恒定的數值范圍內，從而通過改變電機的頻率實現電機的無極調速、無波動氧量的效果。

2變頻器的選型

ABB變頻器為工業應用而設計，特別適用于工業過程控制領域，廣泛應用于電力、化工、采礦、石油等行業。ABB變頻器是通過將380V交流電壓整流濾波成為平滑的510V直流電壓，再通過逆變器件將510V直流電壓變成頻率與電壓均可調的交流電壓，電壓調節范圍在0-380V之間，頻率可調范圍在0HZ-60HZ之間，以達到控制電動機無極調速的目的，ABB變頻器以其穩定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態特性及超強的過載能力，在變頻器市場占據著重要的地位。由于ABB針對的行業較多，ABB公司專門為一些行業生產了特定變頻器，在選型過程中要注意，不然高端系列應用在低端場合，造成浪費；低端系列應用在高端場合，無法保證設備正常運行。ABB變頻器主要有以下幾個系列：

（1）ACS350系列，此系列主要應用于食品飲料、物料輸送、紡織、印刷、橡膠與塑料及木工機械行業，功率為0.37～7.5kW；

（2）ACS510系列，此系列主要應用于風機水泵行業，典型應用于恒壓供水、冷卻風機、地鐵和隧道通風機等，功率為1.1～160kW；

（3）ACS550系列，此系列主要應用于機床類的重負載設備，功率為0.75～160kW；

（4）ACS800系列，此系列主要應用于對變頻器要求特別高的行業，如大型起重機、鍛造、機床等設備，功率為0.55～5600kW。

ACSS10系列變頻器于2005年在第九屆國際工業自動化展覽會上發布，該系列變頻器具有節能和環保的特點，特別是在風機和水泵的應用方面，優化了變頻器的調速功能，可明顯減少因局部負載引起的電機損耗和噪音。

河南中原大化公司化肥事業部有兩臺75t/h循環流化床鍋爐，設計壓力為5.4MPa，設計溫度為450℃，承擔著向公司合成氨、2套三聚氰胺裝置供應蒸汽的任務，所以機組排放是否達標直接關系到整個公司的生產運行。為符合國家出臺的燃煤電站鍋爐氮氧化物排放標準要求，對該鍋爐進行低氮燃燒技術改造，該項目煙氣再循環系統所需最大風量29000m3/h、風壓3000Pa，風機功率為30kW、380V供電，根據電機參數選用與之相匹配的ABB變頻器型號為ACS510-01060A-4。

3變頻器的外部接線

煙氣再循環系統以ABB ACS510變頻器為核心，通過控制風機的頻率來實現風量調節。變頻器的控制回路分就地操作和遠程遙控，變頻器電氣接線包括主回路、開關量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、頻率給定與顯示等，具體接線如圖1所示。

（1）電源的進線接變頻器的U1、V1、W1，電纜接地線接PE，電機電纜接變頻器的U2、V2、W2，電纜接地線接PE；

（2）將J1 A11跳線開關撥至ON，A11控制方式設為模擬電流輸入；

（3）DCS AO端子輸出4-20mA模擬信號接變頻器的2、3號端子上，以設定變頻器頻率，實現無極變速運行；

（4）變頻器的6、7號端子輸出4-20mA模擬信號接DCS AT端，以反饋變頻器實際頻率；

（5）變頻器的8、9號端子輸出4-20mA模擬信號接量程為20mA的電流表，以顯示變頻器實際電流；

（6）風機的啟動/停止信號接變頻器的10、13號端子上，風機的啟動/停止可就地操作或遠程遙控；

（7）變頻器的11、12端子短接，以實現DCS遠程控制；

（8）變頻器的繼電器輸出22、24端子接運行指示燈；

（9）變頻器的繼電器輸出25、27端子接故障指示燈。

4變頻器的調試

首先檢查變頻器接線，特別是變頻器輸入輸出線是否顛倒，線路接線顛倒，將燒毀變頻器。之后上電并查看變頻器指示燈及控制盤顯示是否正常。通過控制盤對變頻器設置參數，需調整參數見“表1”中“設定值”列，其他參數為變頻器默認值。

5變頻器日常檢查和維護

在實際應用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環境條件的影響，其性能會有一些變化。如合理維護得當，則能延長使用壽命，并減少因突然故障造成的生產損失。通常做如下檢查：

（1）變頻器安裝環境是否異常，主要包括環境溫度、濕度等是否符合要求，環境溫度容許值為-10～50℃，周圍空氣相對濕度≤95%（無結露）。

（2）變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而阻塞，變頻器因本身散熱要求通風量大，需定期對變頻器進行除塵。

（3）變頻器風扇運轉是夠正常，散熱通道是否通暢，停機時，用手轉動風扇，觀察軸承有無卡死或雜音，必要時更換軸承或對其進行維修。

（4）變頻器運行參數（輸出電流、電壓、頻率等）是否正常，有無報警。

（5）變頻器內是否有振動或異常聲音。

6結論

此次改造實現了再循環風機的軟啟動，無啟動沖擊電流，調速范圍寬，調速精度高，且保護功能完備，具有過壓、過流、缺相、欠壓、短路、過熱等全面保護功能，并可顯示電流、頻率、運行、故障報警等。機組運行后，通過設定變頻器頻率調節煙氣再循環風量及一二次風系統風量配比，將全工況爐膛出口含氧量基本維持在5%左右，NOx排放值為150mg/Nm³以下，其余各項指標均符合設計要求。