鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造實(shí)踐

甘 健，張小飛

（馬鋼股份有限公司設(shè)備部,安徽馬鞍山 243009）

前言

馬鋼熱電總廠共有3臺(tái)煤粉鍋爐，每臺(tái)煤粉鍋爐配置2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，2016年脫硫脫硝改造時(shí)，為適應(yīng)脫硫脫硝系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況及后續(xù)超凈排放的需要，引風(fēng)機(jī)由原來的630kW增容至1250 kW。由引風(fēng)機(jī)入口擋板來調(diào)整引風(fēng)機(jī)風(fēng)量，運(yùn)行時(shí)擋板開度在40%～50%之間，由于引風(fēng)機(jī)裕量較大，增大了節(jié)流損耗，為降低引風(fēng)機(jī)單耗，提高風(fēng)機(jī)效率，2017年12月份擬對(duì)煤粉爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，經(jīng)研究先對(duì)3#爐2臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造，待改造成功后再擇機(jī)對(duì)1#、2#爐進(jìn)行高壓變頻改造。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備參數(shù)

1#、2#、3#爐設(shè)備配置參數(shù)如下：

電機(jī)參數(shù)：

型號(hào)：YXKK630-6；

額定功率：1250 kW；

額定電流：146.8 A；

額定電壓：6 kV；

功率因數(shù)：0.86；

額定轉(zhuǎn)速：990 r/min;

極對(duì)數(shù):3;

臺(tái)數(shù):6。

風(fēng)機(jī)參數(shù)：

型號(hào)：AI5316-1.0848；

額定流量：319000 m3/h；

壓力(揚(yáng)程):8.319 kPa;

臺(tái)數(shù)：6。

1.2 存在的問題

從DCS采集的數(shù)據(jù)來看，引風(fēng)機(jī)入口擋板開度在40%～50%左右，引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)與風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行區(qū)域偏離較遠(yuǎn)，從而使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大大降低。根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度應(yīng)為5%～10%，風(fēng)壓裕度應(yīng)為10%～15%。從實(shí)際運(yùn)行工況來看，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的裕量均較大，長期運(yùn)行易產(chǎn)生以下幾點(diǎn)問題：

(1)閥門調(diào)整節(jié)流損失大、管網(wǎng)損失嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，能耗高。

(2)長期的40%～50%左右的閥門開度，加速閥門自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差。

(3)管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄漏，不能關(guān)嚴(yán)等情況發(fā)生。

(4)在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，燃燒調(diào)整難度大。

(5)工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很大。

因此，采用變頻調(diào)速改造不僅能降低節(jié)流損耗，同時(shí)也能解決由調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板而產(chǎn)生的一系列問題。

2 改造技術(shù)方案

引風(fēng)機(jī)是鍋爐的重要輔機(jī)之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，引風(fēng)機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接影響鍋爐的安全運(yùn)行。

根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)應(yīng)具有良好的高低電壓穿越性能，即，當(dāng)外部故障或擾動(dòng)引起的變頻器進(jìn)線電壓跌落幅值和持續(xù)時(shí)間在低電壓穿越區(qū)內(nèi)時(shí)，變頻器應(yīng)能夠保障供電對(duì)象的安全運(yùn)行；當(dāng)外部故障或擾動(dòng)引起的變頻器進(jìn)線電壓運(yùn)行在高電壓穿越區(qū)內(nèi)時(shí)，變頻器應(yīng)能夠保障供電對(duì)象的安全運(yùn)行。

因此，引風(fēng)機(jī)高壓變頻器的選型除了要滿足常規(guī)高壓變頻器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)外，還要滿足高低電壓穿越的技術(shù)要求。

高低電壓穿越技術(shù)要求如下：

變頻器低電壓穿越區(qū)分為瞬時(shí)低電壓穿越區(qū)、短時(shí)低電壓穿越區(qū)、持續(xù)低電壓穿越區(qū)三個(gè)區(qū)域。

1)變頻器瞬時(shí)低電壓穿越區(qū)。變頻器進(jìn)線電壓幅值小于額定電壓，且大于或等于20%額定電壓，且持續(xù)時(shí)間t≤0.5 s的區(qū)域。

2)變頻器短時(shí)低電壓穿越區(qū)。變頻器進(jìn)線電壓幅值小于額定電壓，且大于或等于60%額定電壓，且持續(xù)時(shí)間t在0.5 s＜t≤5s的區(qū)域。

3)變頻器持續(xù)低電壓穿越區(qū)。變頻器進(jìn)線電壓幅值小于額定電壓，且大于或等于90%額定電壓，且持續(xù)時(shí)間t＞5 s的區(qū)域。

變頻器高電壓穿越區(qū)分為瞬時(shí)高電壓穿越區(qū)、持續(xù)高電壓穿越區(qū)兩個(gè)區(qū)域。

1)變頻器瞬時(shí)高電壓穿越區(qū)。變頻器進(jìn)線電壓幅值大于額定電壓，且小于或等于130%額定電壓，且持續(xù)時(shí)間t≤0.5 s的區(qū)域。

2)變頻器持續(xù)高電壓穿越區(qū)。變頻器進(jìn)線電壓幅值大于額定電壓且小于等于110%額定電壓，且持續(xù)時(shí)間t＞0.5 s的區(qū)域。

2.1 變頻器選型及方案

經(jīng)過廣泛的市場調(diào)研，采用蘇州匯川技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HD90系列高壓變頻器 (HD90-F060/1800-DB)，該公司生產(chǎn)的高壓變頻器采用功率單元級(jí)聯(lián)式技術(shù)路線，矢量控制高壓變頻器，控制核心采用DSP+ARM+FPGA組成，指令在納秒級(jí)完成，控制波形和逆變波形可以實(shí)時(shí)校驗(yàn)。除常規(guī)的保護(hù)、控制功能外，還具有磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)、高頻技術(shù)、快速疊頻技術(shù)、Syn-transfer技術(shù)、非對(duì)稱旁路技術(shù)等功能，此外該型號(hào)高壓變頻器的高低電壓穿越性能已經(jīng)過中國電力科學(xué)院檢測通過，滿足高低電壓穿越技術(shù)要求。

結(jié)合我廠生產(chǎn)特點(diǎn)，為在變頻器故障時(shí)仍能滿足鍋爐連續(xù)生產(chǎn)的需要，擬采用以下改造方案。

2.2 一拖一自動(dòng)旁路

見圖1，運(yùn)行方式：

變頻運(yùn)行時(shí)，斷開KM3，閉合QS1和QS2，然后合接觸器KM1和KM2，送高壓電，變頻器此時(shí)具備變頻運(yùn)行狀態(tài)；工頻運(yùn)行時(shí)，斷開KM1和KM2，閉合KM3。

當(dāng)檢修變頻器時(shí)，一定要把QS1和QS2斷開，形成明顯的斷點(diǎn)，保證檢修人員的安全。

圖1 一拖一自動(dòng)旁路

切換說明：

當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，變頻器自動(dòng)斷開進(jìn)線接觸器KM1和出線接觸器KM2，通過Syntransfer技術(shù)自動(dòng)完成變頻至工頻的同步切換，使引風(fēng)機(jī)安全地切換至工頻電源下運(yùn)行。

2.3 變頻改造方案

2.3.1 一次接線簡圖見圖2。

圖2 一次接線簡圖

2.3.2 系統(tǒng)操作方案

高壓變頻器將配置本地控制以及遠(yuǎn)程控制兩種操作方式，通過控制柜門上的“本地/遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。

1)本地控制

HD90高壓變頻器本地操作方式為觸摸屏，觸摸屏采用匯川Inotouch系列7寸HMI，不僅可以進(jìn)行變頻器的啟停、復(fù)位、頻率給定等基本功能，而且可以查看具體的趨勢(shì)曲線、單元狀態(tài)、運(yùn)行日志、故障報(bào)警詳情等，方便查看。

2)DCS遠(yuǎn)程控制

將變頻器的控制、保護(hù)、信號(hào)等接口全部接入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程控制，方便運(yùn)行人員操作和監(jiān)控。

2.4 變頻器與DCS接口

初步確定高壓變頻器接入DCS的接口有：10路開關(guān)輸入、15路開關(guān)輸出、4路模擬量輸入和5路模擬量輸出端子（具體待設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)確定），常用IO端子信息見表1。

表1 常用IO端子信息

3 改造后的功能

3.1 軟起動(dòng)功能

采用變頻調(diào)速裝置后引風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)可以從0轉(zhuǎn)/分逐漸平穩(wěn)的升到所需轉(zhuǎn)數(shù)，減少了啟動(dòng)沖擊和機(jī)械摩擦、震動(dòng)，改善了引風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)特性，延長電動(dòng)機(jī)使用壽命。

3.2 改善生產(chǎn)工藝

特別在低負(fù)荷時(shí)，風(fēng)量調(diào)整更加穩(wěn)定、精確。由于變頻器的調(diào)速平滑、控制精度高，所以風(fēng)量波動(dòng)范圍小，更能滿足現(xiàn)場工藝要求，同時(shí)減少了入口擋板的操作，降低擋板的磨損。

3.3 全部實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)方操作

易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并能顯示設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障信息及故障診斷等。

3.4 節(jié)能，降低成本

投入變頻裝置后，引風(fēng)機(jī)入口擋板處于全開位置，節(jié)流損失降到零，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的效果。

4 改造后節(jié)能效益評(píng)估

2017年4月馬鋼熱電總廠3臺(tái)煤粉鍋爐引風(fēng)機(jī)全部完成變頻改造。變頻系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4.1 改造前功率

改造前功率見表2。

表2 改造前功率

4.2 風(fēng)量與擋板關(guān)系

風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)門擋板開度的曲線圖如圖3。

圖3 風(fēng)量擋板開度關(guān)系曲線圖

根據(jù)圖3曲線圖，在不同風(fēng)門擋板開度下，可查的實(shí)際的流量比，由于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，所以可知理論的風(fēng)機(jī)調(diào)速比。 采用變頻調(diào)速后，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)使得風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓也大副降低，為了避免風(fēng)壓過低，對(duì)變頻后的調(diào)速比（風(fēng)量比）按82%對(duì)應(yīng)風(fēng)門開度為40%計(jì)算技改后的功耗如下：

有功功率：564.6×6=3387.6 kW

4.3 節(jié)電量測算

技改前小時(shí)功耗:4325.4 kW;

技改后小時(shí)功耗:3387.6 kW;

小時(shí)節(jié)電量:937.8 kWh;

年節(jié)電量:7502400 kWh;

節(jié)電率:21.7%.

經(jīng)過測算，變頻改造后小時(shí)功耗由4325.4 kW下降到3387.6 kW，按年運(yùn)行8000 h計(jì)算,年度節(jié)電量達(dá)750萬kWh，節(jié)電率約 21.7%,節(jié)能效果明顯，進(jìn)一步提高了企業(yè)運(yùn)營效益。

5 結(jié)語

此次改造從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究，利用變頻改造解決了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中能耗高問題，改善了風(fēng)機(jī)振動(dòng)以及閥門控制特性。取得了良好的應(yīng)用效果。