循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的變頻調(diào)速改造

在煉油化工企業(yè)，鍋爐所供蒸汽為反應(yīng)器、蒸餾塔、氣提塔、管道保溫等提供熱源。
SHXF型循環(huán)流化床鍋爐以其占地少、熱效高、殘?zhí)康汀⒐?jié)省原煤且適應(yīng)各種煤質(zhì)等諸多優(yōu)點(diǎn)近年為生產(chǎn)企業(yè)所推廣。但不足之處是送風(fēng)壓頭高，所配風(fēng)機(jī)功率大、耗電多；配套的自控制系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的控制方式，即鼓引風(fēng)量、汽包液位采用擋板和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，給煤量采用滑差電機(jī)調(diào)速調(diào)節(jié)。對(duì)此用變頻調(diào)速全電信號(hào)閉環(huán)自控系統(tǒng)改造原控制系統(tǒng)。
1. 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由變頻器、傳感器和變送器構(gòu)成全電信號(hào)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中ABB公司ACF600系列變頻器內(nèi)設(shè)有PID調(diào)節(jié)器，可進(jìn)行比例、積分、微分設(shè)定調(diào)節(jié)及實(shí)際值顯示，省卻了常規(guī)調(diào)節(jié)儀；通過(guò)變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制風(fēng)機(jī)、泵和給煤機(jī)送風(fēng)、水、煤量，以替代原擋板、調(diào)節(jié)閥，同時(shí)省卻了儀表用凈化風(fēng)系統(tǒng)。
（1）引風(fēng)機(jī)、1號(hào)鼓風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)
在正常運(yùn)行時(shí)，爐膛壓力必須在正常的范圍內(nèi)。流化床鍋爐屬微負(fù)壓操作，其爐膛料層風(fēng)速控制的好壞直接影響鍋爐的循環(huán)和流化燃燒狀態(tài)。風(fēng)速過(guò)小，流化不起來(lái)，燃燒狀態(tài)差；流速過(guò)大，煙氣熱損失大，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒。為了使?fàn)t膛煤粉在流化狀態(tài)下的燃燒達(dá)到最佳化，需實(shí)行鼓引風(fēng)壓差比控制，通過(guò)料層底的供風(fēng)正壓與爐膛引風(fēng)負(fù)壓形成料層流化狀態(tài)，與此同時(shí)，鼓風(fēng)提供必要的燃燒用氧。在實(shí)際中我們采用了鼓風(fēng)、引風(fēng)單回路控制系統(tǒng)。
在爐膛內(nèi)設(shè)置智能壓力變送器PT909，實(shí)時(shí)檢測(cè)爐膛燃燒時(shí)的負(fù)壓，該信號(hào)（4 ~ 20mA）經(jīng)雙絞線傳送到引風(fēng)機(jī)變頻器的實(shí)際信號(hào)輸入端，經(jīng)與設(shè)定值比較后，由變頻器通過(guò)電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓。
在鼓風(fēng)入口處設(shè)智能壓力變送器PT911，實(shí)時(shí)檢測(cè)供風(fēng)的正壓，該信號(hào)（4 ~ 20mA）經(jīng)雙絞線傳送到鼓風(fēng)機(jī)變頻器的實(shí)際信號(hào)輸入端，經(jīng)與設(shè)定值比較后，由變頻器通過(guò)電機(jī)即風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量，以保證爐膛料層底部正壓，使料層在“下正上負(fù)壓差”的作用下流化起來(lái)。
引風(fēng)機(jī)和1號(hào)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)容量110kW，均選用ACF602-0120-3變頻器；爐膛智能壓力變送器選用壓力0 ~ 1.0kPa；鼓風(fēng)智能壓力變送器選用壓力0 ~ 2.0kPa。
（2）2號(hào)鼓風(fēng)機(jī)的控制
鍋爐的熱損失主要是排氣的熱損失。這樣就產(chǎn)生了燃燒控制中的燃料和空氣的正確比例問(wèn)題，也即空燃比或空氣過(guò)剩率。燃燒時(shí)必須給于適當(dāng)?shù)目諝猓駝t造成能耗增加且污染大氣。我們?cè)跓煔馔ǖ涝O(shè)置含氧量分析儀AT901，其實(shí)際信號(hào)（4 ~ 20mA）進(jìn)行氧量值顯示并送至2號(hào)鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速器AI2端，通過(guò)調(diào)節(jié)送入爐膛的風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)含氧量。變頻器選用ACF601-0025-3；含氧量分析儀選ZO-11(Q)，量程為0 ~ 20%。
（3）給煤機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)
正常運(yùn)行時(shí)爐溫靠給煤量控制，我們?cè)跔t膛內(nèi)設(shè)置了溫度變送器TT906，通過(guò)變送器的4 ~ 20mA信號(hào)送至給煤機(jī)變頻器的實(shí)際信號(hào)端子AI2，經(jīng)與設(shè)定值比較后，由變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋給煤機(jī)轉(zhuǎn)速即給煤量來(lái)控制爐膛的溫度。這次改造，我們利用原滑差式Y(jié)CT電機(jī)，將磁耦合器定轉(zhuǎn)子直接用螺釘固定為一體，即成了“普通”異步電機(jī)。該機(jī)配用了ACF601-0060-3變頻器，熱電偶及變送器選用WRN-230、5351。
（4）給水泵的閉環(huán)控制系統(tǒng)
給水控制系統(tǒng)是自動(dòng)調(diào)節(jié)給水量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化并保持汽包中的水位在工藝要求的犯范圍內(nèi)。水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多；水位過(guò)低，則可能影響循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁被燒壞或爆管。鍋爐水位變化的主要干擾因素有給水量、用汽負(fù)荷和爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)。根據(jù)實(shí)際情況，我們選擇了單沖量液位控制系統(tǒng)，設(shè)鍋爐汽包電動(dòng)外浮筒液位傳感器LT902，實(shí)時(shí)檢測(cè)汽包液位。該信號(hào)（4 ~ 20mA）經(jīng)雙絞線傳送到給水泵變頻器的實(shí)際信號(hào)輸入端，經(jīng)與設(shè)定值比較后，由變頻器通過(guò)電機(jī)即泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)給水量，以保證鍋爐汽包水位。根據(jù)給水泵電機(jī)容量，選變頻器為ABB公司ACS601-041-3型；汽包液位傳感器選電動(dòng)外浮筒式TUDK1，H = 500mm，r = 0.9568。在兩臺(tái)給水泵電控回路，我們?cè)O(shè)計(jì)了主泵故障自起動(dòng)連鎖回路。以保證連續(xù)供水的可靠性；系統(tǒng)停電時(shí)，鍋爐流化迅速停止，爐溫急降，不會(huì)引起汽包缺水。
2. 安裝調(diào)試
由于引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，試運(yùn)行中多次出現(xiàn)變頻器直流母線過(guò)壓故障停機(jī)，將加減速時(shí)間分別延長(zhǎng)為60s和90s后故障消除。按工藝要求在點(diǎn)爐升溫時(shí)最小頻率設(shè)置為4Hz，經(jīng)試車(chē)考驗(yàn)，低速下電機(jī)溫升在允許范圍內(nèi)。
3. 節(jié)電效果
經(jīng)標(biāo)定，改造前鍋爐使用功率為265kW，改變頻控制后使用功率為127.6kW，節(jié)電率達(dá)52% 。年運(yùn)行按8000h計(jì)，平均節(jié)電110萬(wàn)kWh，電費(fèi)按0.4元/kWh計(jì)，每年可減少電費(fèi)支出44萬(wàn)元。運(yùn)行表明：改變頻調(diào)速自控后，鍋爐控制精度高，反映調(diào)節(jié)速度快，燃燒狀態(tài)好；電控系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，所有機(jī)泵實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，常速在1200 ~ 2100r/min間運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了機(jī)泵磨損；調(diào)節(jié)閥的取消、擋板的全開(kāi)及機(jī)泵的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了噪聲，有利于文明生產(chǎn)和維修成本的降低。