循環流化床鍋爐控制系統中的變頻調速改造

在煉油化工企業，鍋爐所供蒸汽為反應器、蒸餾塔、氣提塔、管道保溫等提供熱源。
SHXF型循環流化床鍋爐以其占地少、熱效高、殘炭低、節省原煤且適應各種煤質等諸多優點近年為生產企業所推廣。但不足之處是送風壓頭高，所配風機功率大、耗電多；配套的自控制系統仍采用傳統的控制方式，即鼓引風量、汽包液位采用擋板和調節閥調節，給煤量采用滑差電機調速調節。對此用變頻調速全電信號閉環自控系統改造原控制系統。
1. 變頻調速控制系統設計
由變頻器、傳感器和變送器構成全電信號閉環控制系統，其中ABB公司ACF600系列變頻器內設有PID調節器，可進行比例、積分、微分設定調節及實際值顯示，省卻了常規調節儀；通過變頻調速器調節電機的轉速來控制風機、泵和給煤機送風、水、煤量，以替代原擋板、調節閥，同時省卻了儀表用凈化風系統。
（1）引風機、1號鼓風機的閉環控制系統
在正常運行時，爐膛壓力必須在正常的范圍內。流化床鍋爐屬微負壓操作，其爐膛料層風速控制的好壞直接影響鍋爐的循環和流化燃燒狀態。風速過小，流化不起來，燃燒狀態差；流速過大，煙氣熱損失大，不利于經濟燃燒。為了使爐膛煤粉在流化狀態下的燃燒達到最佳化，需實行鼓引風壓差比控制，通過料層底的供風正壓與爐膛引風負壓形成料層流化狀態，與此同時，鼓風提供必要的燃燒用氧。在實際中我們采用了鼓風、引風單回路控制系統。
在爐膛內設置智能壓力變送器PT909，實時檢測爐膛燃燒時的負壓，該信號（4 ~ 20mA）經雙絞線傳送到引風機變頻器的實際信號輸入端，經與設定值比較后，由變頻器通過電機及風機的轉速來調節引風量，以保證爐膛負壓。
在鼓風入口處設智能壓力變送器PT911，實時檢測供風的正壓，該信號（4 ~ 20mA）經雙絞線傳送到鼓風機變頻器的實際信號輸入端，經與設定值比較后，由變頻器通過電機即風機的轉速來調節鼓風量，以保證爐膛料層底部正壓，使料層在“下正上負壓差”的作用下流化起來。
引風機和1號鼓風機電機容量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；鼓風智能壓力變送器選用壓力0 ~ 2.0kPa。
（2）2號鼓風機的控制
鍋爐的熱損失主要是排氣的熱損失。這樣就產生了燃燒控制中的燃料和空氣的正確比例問題，也即空燃比或空氣過剩率。燃燒時必須給于適當的空氣，否則造成能耗增加且污染大氣。我們在煙氣通道設置含氧量分析儀AT901，其實際信號（4 ~ 20mA）進行氧量值顯示并送至2號鼓風機的變頻調速器AI2端，通過調節送入爐膛的風量來調節含氧量。變頻器選用ACF601-0025-3；含氧量分析儀選ZO-11(Q)，量程為0 ~ 20%。
（3）給煤機的閉環控制系統
正常運行時爐溫靠給煤量控制，我們在爐膛內設置了溫度變送器TT906，通過變送器的4 ~ 20mA信號送至給煤機變頻器的實際信號端子AI2，經與設定值比較后，由變頻器通過調節螺旋給煤機轉速即給煤量來控制爐膛的溫度。這次改造，我們利用原滑差式YCT電機，將磁耦合器定轉子直接用螺釘固定為一體，即成了“普通”異步電機。該機配用了ACF601-0060-3變頻器，熱電偶及變送器選用WRN-230、5351。
（4）給水泵的閉環控制系統
給水控制系統是自動調節給水量，使其適應蒸發量的變化并保持汽包中的水位在工藝要求的犯范圍內。水位過高，會影響汽包內汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多；水位過低，則可能影響循環，導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、用汽負荷和爐膛熱負荷擾動。根據實際情況，我們選擇了單沖量液位控制系統，設鍋爐汽包電動外浮筒液位傳感器LT902，實時檢測汽包液位。該信號（4 ~ 20mA）經雙絞線傳送到給水泵變頻器的實際信號輸入端，經與設定值比較后，由變頻器通過電機即泵的轉速來調節給水量，以保證鍋爐汽包水位。根據給水泵電機容量，選變頻器為ABB公司ACS601-041-3型；汽包液位傳感器選電動外浮筒式TUDK1，H = 500mm，r = 0.9568。在兩臺給水泵電控回路，我們設計了主泵故障自起動連鎖回路。以保證連續供水的可靠性；系統停電時，鍋爐流化迅速停止，爐溫急降，不會引起汽包缺水。
2. 安裝調試
由于引風機轉動慣量大，試運行中多次出現變頻器直流母線過壓故障停機，將加減速時間分別延長為60s和90s后故障消除。按工藝要求在點爐升溫時最小頻率設置為4Hz，經試車考驗，低速下電機溫升在允許范圍內。
3. 節電效果
經標定，改造前鍋爐使用功率為265kW，改變頻控制后使用功率為127.6kW，節電率達52% 。年運行按8000h計，平均節電110萬kWh，電費按0.4元/kWh計，每年可減少電費支出44萬元。運行表明：改變頻調速自控后，鍋爐控制精度高，反映調節速度快，燃燒狀態好；電控系統連續運行平穩可靠，所有機泵實現了軟起動，常速在1200 ~ 2100r/min間運轉，減少了機泵磨損；調節閥的取消、擋板的全開及機泵的低速運轉，降低了噪聲，有利于文明生產和維修成本的降低。