火力发电厂锅炉风机变频器改造 及其自动化控制设计研究

胡振凯

大唐安阳发电厂

摘要：风机是火力发电系统中最主要的辅助机器，其功率很大，根据实际情况可以看出，为了严格控制其实际风量，许多风机都采用液力偶合的办法来实施调试，这种相对落后的方法，在节流过程中会出现很大的能量损耗，并且不能进行准确操作，需求动能很高，但成果不好。因此，本文阐述了对火力发电厂锅炉风机进行变频调速改造，设计送、引风机自动控制系统，力争完善火力发电厂的锅炉风机系统，为优化火力发电做出贡献。

关键词：火力；发电厂；锅炉；变频器；自动化；设计

引言

中国发电总量的66%消耗在电动机上，具体到火力發电厂主要损耗是：送风机、引风机、一次风机、排粉风机、脱硫系统增压风机、锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵。但是这些主要耗电设备由于运行方式落后，实际运行效率底下，致使我国火力发电厂中普遍存在着大马拉小车的现象，大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。

1变频技术概述

变频技术是指交流用电设备的供电频率发生变化时，与频率成正比的功率将随之发生变化。频率高则功率大；频率低则功率小。所以变频调速装置即变频就是将固定频率的交流电变化为频率连续可调的交流电。根据负荷的变化，通过调整风机等有电设备的输入频率，来调整风机的转速，使被控风机出口流量随负荷的变化而变化。在满足不同负荷需要的情况下，减少用电量的损耗，提高用电率。由于变频调速与原来的液偶调速原理相差甚远，故电厂锅炉风机控制系统的设计仍有诸多问题有待探讨。如果这些问题合理解决将有助于提高变频器在电厂风机节能控制效率，延长设备的使用寿命，产生巨大的社会经济效益。

2火力发电厂锅炉风机变频器改造

2.1总体方案

锅炉燃烧系统包括两台送风机和两台引风机，在工作时某一引风机是双速电机带动液偶控制，两台送风机和另一引风机是单速电机带液偶控制。按照实际要求，需要对两台送风机和另一引风机转换为变频器控制，系统的风量自动控制和炉膛压力自动控制仍然使用原先的分散控制原理，在工作过程中两台送风机和另一引风机必须要提供给变频器充足的工况。

2.2变频器电气控制系统改造方案

为了实现简单的操作过程，变频器机器需要集中安装。由于场地的因素，机器安装、电缆架设、通风系统等需要实施统一规划，并且需要满足变频器小室通风的条件，安装通风散热管路，热风通过引风管路排出，不能因为添加通风管路而降低通风量；变压器柜和功率单元柜一定都要安装通风管路，并且不可以由同一管道排出；风路周围和风机周围的间距不能小于三厘米；电源进线需要从柜的顶部接入，而且风机罩不可以把进线隐藏。风路出口需要朝下，并且需要安装铁丝网，。小室需要安装带滤网的进风管道，门窗需要封闭，主要通过外加空调实现温度的降低。变频器使用下进线，通过电缆线路引出。通过原厂用电6kv辅助机器电源开关，在引、送风机和开关中间安装变频设备，并使用原有工频回路当做旁路。变频器和电机中间、变频器和开关室中间都需要架设高压动力电缆。需要实现原有电缆的作用。如果电机发生向前移动，需要考虑其高压电缆余量。

2.3高压变频器逻辑控制系统改造方案

改造后的变频器全部由DCS实行集中控制，通过控制相应的变频电机完成对相关参数的自动调节控制。改造后，在DCS中保留电动机开关的操作控制，取消液偶勺管的操作控制，增加变频器的操作控制，变频器运行方式分为就地控制及远方控制两种。远程控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪变频器转速反馈。就地控制时，对变频器远方操作无效。变频器受DCS控制时分自动和手动两种方式。原逻辑中送、引风机的停止、运行信号，改为变频器控制后，相关信号取变频器运行状态、变频器隔离开关位置及电动机开关相应位置的综合判断信号。由变频器控制的送、引风机启动条件中取消液偶开度小于10%的条件，改为对应变频器控制信号、变频器隔离开关位置的综合判断信号。

2.4电机与风机连接方案

送、引风机电机改变频调速，对电机的处理有两种方案。方案一是电机前移，将电机与风机轴用联轴器直联。送、引风机在停炉后拆除液力偶合器和附属的油、水管路，临时将电动机吊离现场，在液偶和电机处的基础上新钻孔，满足液偶取消后电动机前移的设计、安装要求。并在新电机位置将上部凿除、凿毛，重新安装电机后进行二次灌浆。原联轴器通过改造或新配一只半联轴器。该方案优点是运行维护简单、可靠性较高，缺点是施工工期长。方案二是电机位置不变、用过渡轴及联轴器将电机与风机轴直联。引风机在停炉后拆除液力偶合器和附属的油、水管路，在液偶和电机处的基础上方增加一根过渡轴，将电机与风机轴用联轴器直联。优点是施工工期短，风机停运后1天内即可完成。缺点是过渡轴及l对联轴器重量在300公斤以上，找中心时困难，风机停运后过渡轴会下沉致使中心变化，联轴器销子易损坏，且机械故障率高，可靠性较低。综合考虑方案一具有安全性高、工期合理的优点。投资费用基本相同。为此确定采用方案一即电机前移，将电机与风机轴用联轴器直联的技术方案。

3自动控制系统的设计

3.1送风自动调节系统

送风调节系统的任务是供给炉膛内燃烧的燃料以合适的风量，保证燃料的合理经济燃烧。其控制机理是通过调节系统控制两台送风机变频器指令，而控制送风机的转速，改变进入炉内的总风量。氧量信号采用双支氧化锆进行测量。由于进入炉内风量变化到锅炉尾部氧量信号的反映需要较长的时间，而是一个变化的动态过程，故需对氧的测量信号进行补偿，甲或乙氧量变送器故障、甲乙侧氧量偏差大、氧量调节器入口偏差大，氧量调节器切手动。运行人员可以由软手操增减氧量定值，直接去校正风量信号。风量调节器的被调量采用经烟气含氧量修正后的风量信号，在送风控制系统中为保证锅炉燃烧过程中送风量始终大于燃料量，即富氧燃烧，它的定值取自于以下三个信号的大值，即最小风量定值、燃料控制系统来的热量需求指令和协调控制来的能量需求指令信号。由风量调节器的输出控制变频器。

3.2引风自动调节系统

炉膛压力控制系统的工作原理是改变引风机转速，同时和送风系统一起作用，让锅炉压力稳定在可承受数值内。为了提升系统的稳定性，炉膛压力需要使用三个变送器选择其中间值。为体现炉膛压力的动态反应特點，系统能够使用引入送风量指令当做前馈调节。为确保炉膛压力的稳定，需要安装方向闭锁实施调节，假如其压力升高，自动闭锁引风机的转动速度就会降低，假如其压力降低，自动闭锁引风机的转动速度就会升高。锅炉乙侧引风机转变为变频调节，甲侧引风机保持工频稳定工作，并没有调节作用。引风自动调节系统对乙侧变频器加以调节，进而改变引风机的转动速度。当变频器工作结束后，利用调节偶管对引风机实施调节。

一般状况下，乙侧引风机是变频调节，具有自动调节作用；甲侧引风机液偶调至某一恒定值，保证稳定速度开展工作，并没有自动调节作用。引风自动调节系统对乙侧变频器加以调节，进而改变乙侧引风机的转动速度，当其需要检查维修结束运行时，转变为工频运行，甲侧引风机就能够利用液偶开展引风自动调节。两台引风机不可以同时引风。在这个封闭调节回路中，反馈信息能够通过吸风机转动速度或者其勺管部位信息来实现，目前已经规定甲引风机通过勺管部位反馈信息，乙引风机通过吸风机转动速度反馈信息。

结语

总之，对电厂锅炉送、引风机进行变频调速控制改造后，变频器实现无级调速，调速范围广，调速精度高，提高了风机风量调节的稳定性，大大改善了控制品质和运行工况，提高了机组自动装置的稳定性，为优化燃烧、提高机组效率提供了可靠保证。

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