锅炉引风机变频节能改造实践

甘 健，张小飞

（马钢股份有限公司设备部,安徽马鞍山 243009）

前言

马钢热电总厂共有3台煤粉锅炉，每台煤粉锅炉配置2台引风机，2016年脱硫脱硝改造时，为适应脱硫脱硝系统的各种运行工况及后续超净排放的需要，引风机由原来的630kW增容至1250 kW。由引风机入口挡板来调整引风机风量，运行时挡板开度在40%～50%之间，由于引风机裕量较大，增大了节流损耗，为降低引风机单耗，提高风机效率，2017年12月份拟对煤粉炉引风机进行变频改造，经研究先对3#炉2台引风机进行高压变频改造，待改造成功后再择机对1#、2#炉进行高压变频改造。

1 运行现状

1.1 设备参数

1#、2#、3#炉设备配置参数如下：

电机参数：

型号：YXKK630-6；

额定功率：1250 kW；

额定电流：146.8 A；

额定电压：6 kV；

功率因数：0.86；

额定转速：990 r/min;

极对数:3;

台数:6。

风机参数：

型号：AI5316-1.0848；

额定流量：319000 m3/h；

压力(扬程):8.319 kPa;

台数：6。

1.2 存在的问题

从DCS采集的数据来看，引风机入口挡板开度在40%～50%左右，引风机的实际运行工况点与风机的高效运行区域偏离较远，从而使风机的运行效率大大降低。根据有关设计规程规定，燃煤锅炉的引风机的风量裕度应为5%～10%，风压裕度应为10%～15%。从实际运行工况来看，引风机风量和风压的裕量均较大，长期运行易产生以下几点问题：

(1)阀门调整节流损失大、管网损失严重、系统效率低，能耗高。

(2)长期的40%～50%左右的阀门开度，加速阀门自身磨损，导致阀门控制特性变差。

(3)管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。

(4)在锅炉启动及低负荷运行时，引风机振动大，燃烧调整难度大。

(5)工频启动时启动电流大，对电网的冲击很大。

因此，采用变频调速改造不仅能降低节流损耗，同时也能解决由调节风门挡板而产生的一系列问题。

2 改造技术方案

引风机是锅炉的重要辅机之一，它将锅炉燃烧产生的高温烟气经除尘装置后排向烟道，用来调整锅炉炉膛负压的稳定，引风机的安全、稳定运行直接影响锅炉的安全运行。

根据有关规程规定，电厂锅炉引风机应具有良好的高低电压穿越性能，即，当外部故障或扰动引起的变频器进线电压跌落幅值和持续时间在低电压穿越区内时，变频器应能够保障供电对象的安全运行；当外部故障或扰动引起的变频器进线电压运行在高电压穿越区内时，变频器应能够保障供电对象的安全运行。

因此，引风机高压变频器的选型除了要满足常规高压变频器技术标准外，还要满足高低电压穿越的技术要求。

高低电压穿越技术要求如下：

变频器低电压穿越区分为瞬时低电压穿越区、短时低电压穿越区、持续低电压穿越区三个区域。

1)变频器瞬时低电压穿越区。变频器进线电压幅值小于额定电压，且大于或等于20%额定电压，且持续时间t≤0.5 s的区域。

2)变频器短时低电压穿越区。变频器进线电压幅值小于额定电压，且大于或等于60%额定电压，且持续时间t在0.5 s＜t≤5s的区域。

3)变频器持续低电压穿越区。变频器进线电压幅值小于额定电压，且大于或等于90%额定电压，且持续时间t＞5 s的区域。

变频器高电压穿越区分为瞬时高电压穿越区、持续高电压穿越区两个区域。

1)变频器瞬时高电压穿越区。变频器进线电压幅值大于额定电压，且小于或等于130%额定电压，且持续时间t≤0.5 s的区域。

2)变频器持续高电压穿越区。变频器进线电压幅值大于额定电压且小于等于110%额定电压，且持续时间t＞0.5 s的区域。

2.1 变频器选型及方案

经过广泛的市场调研，采用苏州汇川技术有限公司生产的HD90系列高压变频器 (HD90-F060/1800-DB)，该公司生产的高压变频器采用功率单元级联式技术路线，矢量控制高压变频器，控制核心采用DSP+ARM+FPGA组成，指令在纳秒级完成，控制波形和逆变波形可以实时校验。除常规的保护、控制功能外，还具有磁链闭环矢量控制技术、高频技术、快速叠频技术、Syn-transfer技术、非对称旁路技术等功能，此外该型号高压变频器的高低电压穿越性能已经过中国电力科学院检测通过，满足高低电压穿越技术要求。

结合我厂生产特点，为在变频器故障时仍能满足锅炉连续生产的需要，拟采用以下改造方案。

2.2 一拖一自动旁路

见图1，运行方式：

变频运行时，断开KM3，闭合QS1和QS2，然后合接触器KM1和KM2，送高压电，变频器此时具备变频运行状态；工频运行时，断开KM1和KM2，闭合KM3。

当检修变频器时，一定要把QS1和QS2断开，形成明显的断点，保证检修人员的安全。

图1 一拖一自动旁路

切换说明：

当变频装置出现故障停机时，变频器自动断开进线接触器KM1和出线接触器KM2，通过Syntransfer技术自动完成变频至工频的同步切换，使引风机安全地切换至工频电源下运行。

2.3 变频改造方案

2.3.1 一次接线简图见图2。

图2 一次接线简图

2.3.2 系统操作方案

高压变频器将配置本地控制以及远程控制两种操作方式，通过控制柜门上的“本地/远程”转换开关进行切换。

1)本地控制

HD90高压变频器本地操作方式为触摸屏，触摸屏采用汇川Inotouch系列7寸HMI，不仅可以进行变频器的启停、复位、频率给定等基本功能，而且可以查看具体的趋势曲线、单元状态、运行日志、故障报警详情等，方便查看。

2)DCS远程控制

将变频器的控制、保护、信号等接口全部接入DCS系统，实现DCS远程控制，方便运行人员操作和监控。

2.4 变频器与DCS接口

初步确定高压变频器接入DCS的接口有：10路开关输入、15路开关输出、4路模拟量输入和5路模拟量输出端子（具体待设计联络会确定），常用IO端子信息见表1。

表1 常用IO端子信息

3 改造后的功能

3.1 软起动功能

采用变频调速装置后引风机起动时可以从0转/分逐渐平稳的升到所需转数，减少了启动冲击和机械摩擦、震动，改善了引风机的启动特性，延长电动机使用寿命。

3.2 改善生产工艺

特别在低负荷时，风量调整更加稳定、精确。由于变频器的调速平滑、控制精度高，所以风量波动范围小，更能满足现场工艺要求，同时减少了入口挡板的操作，降低挡板的磨损。

3.3 全部实现DCS远方操作

易于实现自动控制，并能显示设备状态、运行参数、故障信息及故障诊断等。

3.4 节能，降低成本

投入变频装置后，引风机入口挡板处于全开位置，节流损失降到零，实现节能运行的效果。

4 改造后节能效益评估

2017年4月马钢热电总厂3台煤粉锅炉引风机全部完成变频改造。变频系统运行稳定。

4.1 改造前功率

改造前功率见表2。

表2 改造前功率

4.2 风量与挡板关系

风机风量与风门挡板开度的曲线图如图3。

图3 风量挡板开度关系曲线图

根据图3曲线图，在不同风门挡板开度下，可查的实际的流量比，由于风机的风量与转速成正比，所以可知理论的风机调速比。 采用变频调速后，降低风机转速会使得风机的风压也大副降低，为了避免风压过低，对变频后的调速比（风量比）按82%对应风门开度为40%计算技改后的功耗如下：

有功功率：564.6×6=3387.6 kW

4.3 节电量测算

技改前小时功耗:4325.4 kW;

技改后小时功耗:3387.6 kW;

小时节电量:937.8 kWh;

年节电量:7502400 kWh;

节电率:21.7%.

经过测算，变频改造后小时功耗由4325.4 kW下降到3387.6 kW，按年运行8000 h计算,年度节电量达750万kWh，节电率约 21.7%,节能效果明显，进一步提高了企业运营效益。

5 结语

此次改造从实际应用出发，对引风机运行过程中关键问题进行了研究，利用变频改造解决了引风机运行过程中能耗高问题，改善了风机振动以及阀门控制特性。取得了良好的应用效果。