变频调速器在锅炉引风机控制系统中的应用


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[关键词]变频调速器 炉膛负压控制 锅炉引风机
[ 摘 要 ]

文章介绍了锅炉引风机采用变频调速实现炉膛负压自动调节的方法以及在工业运行中的效果。
1 引言

对风机采用变频调速达到对风量的调节比通常采用调节风门挡板控制风量的方法有显著的节电效果。
表达风机基本特性的参数是风量 Q 、风压 H 、功率 P 和效率 h 。
风机总功率
P t = Qh t / 102 (1)
式中 P t ——总功率， kW
Q ——风量， m 3 /s
H t ——全风压， H t = H s +Hd , kg • m / m 3
H s ——静压
H d ——动压
全压效率
h t = Qh t /102P t (2)
当风机的转速从 n 1 变为 n 2 时， Q 、 H 、 P 大致变化关系为
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，风机功率同风机转速的立方成正比，所以当风机的转速变化时，风机的功率会有较大的变化。

工业锅炉燃烧的稳定性和可靠性是实现锅炉安全经济运行的关键，锅炉炉膛的负压是一个重要的控制参数。传统的炉膛负压控制方式是当电机以恒速运行时通过一次仪表检测炉膛的负压，再同负压给定值比较，经 PI 运算后，由电动或气动执行器控制风机引风挡板开口度，即改变风阻调节引风量达到调整燃烧的效果。在实际应用中，引风挡板的开口度一般在 70% ~ 80% ，相当一部分电能消耗在引风挡板的阻力降上，造成电能的浪费。另外挡板的机械联接结构在挡板的调节过程中存在滞后，线性度差，调节性能不太好。在负压闭环控制中，若负压过大，还会造成炉内燃料的浪费，负压过小，又会影响燃料的充分燃烧，进而影响到锅炉蒸汽的质量。但其优点是控制方法简单，设备量小，可靠性高，维修方便。
采用变频调速技术，将原有的风门挡板开至最大，应用负压闭环控制，通过调节风机电机的转速即直接调节风量来实现锅炉负压自动调节控制，能够更好地满足生产要求，又达到了节电和节省燃料的目的。
2 引风机变频调速负压闭环控制系统
天津石化公司石油化工厂新建的 35t/h 燃煤蒸汽锅炉引风机，采用了变频调速负压自动控制。为了保证系统运行的可靠性，还采取了电机软起动切换措施，保证一旦变频器出现一时无法修复的故障，使风机电机软起动后恒速运行，这时调节引风挡板，以保证生产正常运行。锅炉炉膛负压自动控制系统如图 1 。

图 1 中，炉膛负压给定由仪表调节器面板设定，同炉内负压检测和变送器检测到的负压实际值比较，经仪表调节器 PI 运算后输出 4 ~ 20mA 电信号，作为变频器频率给定信号，用于变频器控制电机转速，达到自动控制风量的目的。如果变频器出现故障，可切换到软起动运行方式，这时的频率给定信号就作为电动执行器的控制信号，通过控制引风挡板的开度，达到对引风量的控制。这种设备方案既保证了风机变频调速运行，满足负压自动调节的稳定性和运行的经济性，又能保证一旦变频器出现故障仍能保证运行的可靠性。
引风机电机控制主回路单线图如图 2 所示。

通常情况下采用变频运行方式，在变频运行时， K 1 、 K 2 触点吸合，软起动主回路触点 K 3 、 K 4 和旁路主回路触点断开。在变频运行时，引风机入口挡板全开，负压调节系统自动控制变频器的输出频率来调节电机的转速，达到对负压的控制。如果变频器出现暂时无法恢复的故障时，可通过“变频—软起” 选择开关，选“软起”运行方式，在电机软起动过程中， K 3 、 K 4 吸合， K 1 、 K 2 、 K 5 断开，电机降压起动，以减少对电网和机械设备的冲击，电机软起动完成后， K 5 吸合， K 1 ~ K 4 断开，电机自动转投接电网保持恒速运行，变频器频率给定信号作为电动执行器开度给定控制信号，炉膛负压的控制通过调整引风机入口挡板调节供风量来实现。
该系统的控制操作回路流程图如图 3 所示。

3 工业运行
引风机参数： Y4-68-12.50 、流量 9405m 3 /h 、全压 3177Pa 、转速 1450r/min 、电机容量 132kW ；电动机参数： Y315M-4 、容量 132kW 、电压 380V 、频率 50Hz 、电流 139.7A 、转速 1486r/min ；配用变频器： 6SE7032-6EG60 ，容量 132kW 、额定输出电流 260A ；仪表： STD 智能调节器，输出信号 4 ~ 20mA 。
系统投入运行时，风机风门完全打开，调节风机电机转速，实现了风量、风压 自动调节。根据对用汽量的要求和季节变化不同，正常达到 33 ~ 34t/h 蒸汽量时，变频器输出频率在 40 ~ 46Hz 范围内调节变化，在最少用汽量 16 ~ 17t/h 时，变频器输出频率为 25 ~ 30Hz ，完全能够满足生产过程对分量的调节变化要求。

图 4 是变频调速运行风门全开和电机软起动后旁路运行调节风门时对电机功率测试的对比，变频运行时，有显著的节电效果。
4.结束语
对锅炉引风机采用变频调速实现炉膛负压闭环控制，具有节能降耗，调节特性好，能更好地满足生产要求。对原有系统改造工作量小。
锅炉运行中，还能根据用汽量的大小，可以对锅炉送风机和引风机都实现变频调速控制，结合对炉排的调整，保证煤的充分燃烧，既能保证锅炉处于良好的运行状态，又能避免冒黑烟现象，达到环保的要求。
对锅炉风机电机采用变频调速，对原有设备无需改动，投资较小，投资回报快，有推广价值。