[ 摘 要 ]

    文章介紹了鍋爐引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法以及在工業(yè)運(yùn)行中的效果。

    1 引言

    對風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速達(dá)到對風(fēng)量的調(diào)節(jié)比通常采用調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板控制風(fēng)量的方法有顯著的節(jié)電效果。
    表達(dá)風(fēng)機(jī)基本特性的參數(shù)是風(fēng)量 Q 、風(fēng)壓 H 、功率 P 和效率 h 。
    風(fēng)機(jī)總功率
    P t = Qh t / 102 (1)
    式中 P t ——總功率， kW
    Q ——風(fēng)量， m 3 /s
    H t ——全風(fēng)壓， H t = H s +Hd , kg · m / m 3
    H s ——靜壓
    H d ——?jiǎng)訅?
    全壓效率
    h t = Qh t /102P t (2)
    當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從 n 1 變?yōu)?n 2 時(shí)， Q 、 H 、 P 大致變化關(guān)系為
    Q 2 = Q 1 (n 2 / n 1 )
    H 2 = H 1 (n 2 / n 1 ) 2 (3)
    P 2 = P 1 (n 2 / n 1 ) 3

    由式 (3) 可知，風(fēng)機(jī)功率同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，風(fēng)機(jī)的功率會(huì)有較大的變化。

    工業(yè)鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和可靠性是實(shí)現(xiàn)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，鍋爐爐膛的負(fù)壓是一個(gè)重要的控制參數(shù)。傳統(tǒng)的爐膛負(fù)壓控制方式是當(dāng)電機(jī)以恒速運(yùn)行時(shí)通過一次儀表檢測爐膛的負(fù)壓，再同負(fù)壓給定值比較，經(jīng) PI 運(yùn)算后，由電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行器控制風(fēng)機(jī)引風(fēng)擋板開口度，即改變風(fēng)阻調(diào)節(jié)引風(fēng)量達(dá)到調(diào)整燃燒的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，引風(fēng)擋板的開口度一般在 70% ~ 80% ，相當(dāng)一部分電能消耗在引風(fēng)擋板的阻力降上，造成電能的浪費(fèi)。另外擋板的機(jī)械聯(lián)接結(jié)構(gòu)在擋板的調(diào)節(jié)過程中存在滯后，線性度差，調(diào)節(jié)性能不太好。在負(fù)壓閉環(huán)控制中，若負(fù)壓過大，還會(huì)造成爐內(nèi)燃料的浪費(fèi)，負(fù)壓過小，又會(huì)影響燃料的充分燃燒，進(jìn)而影響到鍋爐蒸汽的質(zhì)量。但其優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡單，設(shè)備量小，可靠性高，維修方便。
    采用變頻調(diào)速技術(shù)，將原有的風(fēng)門擋板開至zui大，應(yīng)用負(fù)壓閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即直接調(diào)節(jié)風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，能夠更好地滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)電和節(jié)省燃料的目的。

    2 引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速負(fù)壓閉環(huán)控制系統(tǒng)
    天津石化公司石油化工廠新建的 35t/h 燃煤蒸汽鍋爐引風(fēng)機(jī)，采用了變頻調(diào)速負(fù)壓自動(dòng)控制。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，還采取了電機(jī)軟起動(dòng)切換措施，保證一旦變頻器出現(xiàn)一時(shí)無法修復(fù)的故障，使風(fēng)機(jī)電機(jī)軟起動(dòng)后恒速運(yùn)行，這時(shí)調(diào)節(jié)引風(fēng)擋板，以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。鍋爐爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 1 。

    圖 1 中，爐膛負(fù)壓給定由儀表調(diào)節(jié)器面板設(shè)定，同爐內(nèi)負(fù)壓檢測和變送器檢測到的負(fù)壓實(shí)際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PI 運(yùn)算后輸出 4 ~ 20mA 電信號(hào)，作為變頻器頻率給定信號(hào)，用于變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)控制風(fēng)量的目的。如果變頻器出現(xiàn)故障，可切換到軟起動(dòng)運(yùn)行方式，這時(shí)的頻率給定信號(hào)就作為電動(dòng)執(zhí)行器的控制信號(hào)，通過控制引風(fēng)擋板的開度，達(dá)到對引風(fēng)量的控制。這種設(shè)備方案既保證了風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行，滿足負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，又能保證一旦變頻器出現(xiàn)故障仍能保證運(yùn)行的可靠性。
    引風(fēng)機(jī)電機(jī)控制主回路單線圖如圖 2 所示。

    通常情況下采用變頻運(yùn)行方式，在變頻運(yùn)行時(shí)， K 1 、 K 2 觸點(diǎn)吸合，軟起動(dòng)主回路觸點(diǎn) K 3 、 K 4 和旁路主回路觸點(diǎn)斷開。在變頻運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)入口擋板全開，負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到對負(fù)壓的控制。如果變頻器出現(xiàn)暫時(shí)無法恢復(fù)的故障時(shí)，可通過“變頻—軟起” 選擇開關(guān)，選“軟起”運(yùn)行方式，在電機(jī)軟起動(dòng)過程中， K 3 、 K 4 吸合， K 1 、 K 2 、 K 5 斷開，電機(jī)降壓起動(dòng)，以減少對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，電機(jī)軟起動(dòng)完成后， K 5 吸合， K 1 ~ K 4 斷開，電機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)投接電網(wǎng)保持恒速運(yùn)行，變頻器頻率給定信號(hào)作為電動(dòng)執(zhí)行器開度給定控制信號(hào)，爐膛負(fù)壓的控制通過調(diào)整引風(fēng)機(jī)入口擋板調(diào)節(jié)供風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。
    該系統(tǒng)的控制操作回路流程圖如圖 3 所示。

    3 工業(yè)運(yùn)行
    引風(fēng)機(jī)參數(shù)： Y4-68-12.50 、流量 9405m 3 /h 、全壓 3177Pa 、轉(zhuǎn)速 1450r/min 、電機(jī)容量 132kW ；電動(dòng)機(jī)參數(shù)： Y315M-4 、容量 132kW 、電壓 380V 、頻率 50Hz 、電流 139.7A 、轉(zhuǎn)速 1486r/min ；配用變頻器： 6SE7032-6EG60 ，容量 132kW 、額定輸出電流 260A ；儀表： STD 智能調(diào)節(jié)器，輸出信號(hào) 4 ~ 20mA 。
    系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)門*打開，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量、風(fēng)壓 自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)對用汽量的要求和季節(jié)變化不同，正常達(dá)到 33 ~ 34t/h 蒸汽量時(shí)，變頻器輸出頻率在 40 ~ 46Hz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化，在zui少用汽量 16 ~ 17t/h 時(shí)，變頻器輸出頻率為 25 ~ 30Hz ，完夠滿足生產(chǎn)過程對分量的調(diào)節(jié)變化要求。

    圖 4 是變頻調(diào)速運(yùn)行風(fēng)門全開和電機(jī)軟起動(dòng)后旁路運(yùn)行調(diào)節(jié)風(fēng)門時(shí)對電機(jī)功率測試的對比，變頻運(yùn)行時(shí)，有顯著的節(jié)電效果。

    4.結(jié)束語
    對鍋爐引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)爐膛負(fù)壓閉環(huán)控制，具有節(jié)能降耗，調(diào)節(jié)特性好，能更好地滿足生產(chǎn)要求。對原有系統(tǒng)改造工作量小。
    鍋爐運(yùn)行中，還能根據(jù)用汽量的大小，可以對鍋爐送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)都實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制，結(jié)合對爐排的調(diào)整，保證煤的充分燃燒，既能保證鍋爐處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，又能避免冒黑煙現(xiàn)象，達(dá)到環(huán)保的要求。
    對鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速，對原有設(shè)備無需改動(dòng)，投資較小，快，有推廣價(jià)值。