一次風(fēng)機搶風(fēng)分析

1、變頻控制技術(shù)在一次風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用2008-3-2213:25:00 劉軍祥 供稿在電廠燃煤機組中，一次風(fēng)是鍋爐的燃料輸送系統(tǒng)的主要動力來源。典型的直吹式燃煤鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1。系統(tǒng)主要由4臺雙進雙出鋼球磨煤機、2臺一次風(fēng)機、2臺空預(yù)器等設(shè)備組成。磨煤機磨制 的煤粉通過一次風(fēng)管直接進入爐膛燃燒，系統(tǒng)通過控制一次風(fēng)量實現(xiàn)鍋爐負荷的控制。Jlf|噸T衣河*圖1 ：直吹式燃煤鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖正常運行時，一次風(fēng)系統(tǒng)通過風(fēng)機入口擋板控制一次風(fēng)管壓力維持在9.011.0kPa范圍內(nèi)，通過冷、熱風(fēng)門開度的調(diào)整，實現(xiàn)進入磨煤機的一次風(fēng)溫控制，保證磨煤機運行效率；由磨入口擋板控制一 次風(fēng)量，從而實現(xiàn)磨煤機負荷

2、隨鍋爐負荷變化而調(diào)整。當發(fā)電機輸岀功率發(fā)生變化時，鍋爐的燃燒系統(tǒng)、燃料控制系統(tǒng)等也隨之變動，為了進一步降低廠 用電率，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行。對一次風(fēng)系統(tǒng)變頻改造成為繼引風(fēng)系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)之后的又一新的研究 課題。目前，在一次風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下幾個問題：1. 為保證一次風(fēng)速在一定范圍內(nèi)，目前通過一次風(fēng)機入口擋板控制。開度在40%60%，節(jié)流損失較大。2. 燃料系統(tǒng)中磨負荷分別通過磨入口擋板開度控制一次風(fēng)量，系統(tǒng)效率低、經(jīng)濟指標差。3. 一次風(fēng)機入口擋板及出口電動門的開關(guān)速度反應(yīng)緩慢，調(diào)節(jié)品質(zhì)不好。在機組出現(xiàn)緊急事故或單臺一次風(fēng)機設(shè)備掉閘情況下，RB不能有效響應(yīng)及時動作，嚴重時導(dǎo)致停爐、滅火等事故發(fā)生

3、，造成巨大的經(jīng)濟損失。4. 一次風(fēng)機通常為 駝峰”特性，調(diào)整特性差；壓力、風(fēng)量調(diào)整不當，風(fēng)機效率下降明顯，嚴重時導(dǎo) 致設(shè)備直接過載保護跳閘。隨著高壓變頻技術(shù)的日益成熟和新技術(shù)、新產(chǎn)品的不斷實踐應(yīng)用，在一次風(fēng)機系統(tǒng)中采用變頻節(jié)能 改造，通過變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)能夠解決變頻應(yīng)用中存在的問題，達到改善生產(chǎn)工藝，降低設(shè)備單耗水平 的目的。、一次風(fēng)變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)通過對一次風(fēng)系統(tǒng)的深入研究，結(jié)合高壓變頻調(diào)速技術(shù)的特點，針對性的研究了高壓變頻協(xié)調(diào)控制 技術(shù)的實際應(yīng)用途徑和具體設(shè)計實現(xiàn)。根據(jù)一次風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用變頻所面臨的主要問題，變頻協(xié)調(diào)控制單元具備以下主要功能：1. 在一次風(fēng)機變頻運行狀態(tài)自動切換至工頻過程中，對

4、故障點的位置判斷準確、動作及時有效。2. 通過變頻與工頻運行方式之間的協(xié)調(diào)，保證一次風(fēng)機能夠不間斷運行。3. 通過變頻轉(zhuǎn)速與一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的開度配合，保證一次風(fēng)不失壓。4. 通過故障一次風(fēng)機與另一側(cè)運行一次風(fēng)機之間的協(xié)調(diào)控制，保證兩臺一次風(fēng)機均工作在安全特性 區(qū)內(nèi)，不出現(xiàn)搶風(fēng)”現(xiàn)象。該協(xié)調(diào)控制單元的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。主要包括：協(xié)調(diào)控制模塊、故障點分析模塊、故障識別模塊、故障診斷及自處理模塊、一次風(fēng)機系統(tǒng)保護模塊、保護動作連接模塊、擋板開度函數(shù)器、模擬 量I/O模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸岀模塊等十余種模塊組成。QI IIQI IJ*I n2m 匚il電IP巾圖2:控制結(jié)構(gòu)框圖其工作原理

5、是：將一次風(fēng)機工/變頻自動切換系統(tǒng)的綜合保護裝置作為變頻回路和工頻回路的主要檢 測方式，接受變頻器上口、變頻器下口以及變頻器旁路開關(guān)的二次檢測信號。通過對主動力系統(tǒng)不同位 置的運行工況參數(shù)及工作狀態(tài)的檢測，由故障點分析模塊根據(jù)信息來源的動作先后、反應(yīng)速度、二次電 流、電壓的幅值變化，結(jié)合變頻器自身的運行參數(shù)檢測信息，分析判斷故障點的真實位置。通過故障識 別模塊判斷故障的安全級別和危害程度，同時指示岀具體故障點位置和故障原因。協(xié)調(diào)控制模塊在接到故障點分析的具體位置和安全級別報告后，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)和工況，決定是否采取變頻向工頻運行方式的切換操作。如果一次風(fēng)機主動力系統(tǒng)允許由變頻向工頻運行方

6、式的自動切換；系統(tǒng)直接將另一側(cè)變頻風(fēng)機直接快速加速至100 %，并根據(jù)實際負荷，計算岀跳閘側(cè)風(fēng)機工頻開關(guān)的合閘操作時機。通過擋板開度函數(shù)器實時計算岀變頻切工頻后一次風(fēng)機擋板開度自動關(guān)小的位 置信號，從而實現(xiàn)變頻向工頻切換過程中一次風(fēng)壓盡量小擾動。保證切換動作過程中，鍋爐的一次風(fēng)壓 波動瞬值不高于鍋爐燃燒系統(tǒng)對一次風(fēng)速的最低要求、時間小于2S，使得鍋爐在一次風(fēng)機的切換時，鍋爐運行平穩(wěn)、安全不滅火、不跳機。數(shù)字量輸入輸岀接口模塊主要是接受外圍遠程控制信號，實現(xiàn)一次風(fēng)機變頻上、下口及旁路開關(guān)的 聯(lián)鎖保護、閉鎖邏輯和控制功能。同時將高壓開關(guān)和外圍控制信號傳遞給協(xié)調(diào)控制模塊進行綜合信息處 理和判斷。故障

7、診斷和自處理模塊主要是對外圍接入的開關(guān)量、模擬量以及二次儀表的檢測信號進行分析判斷,確定信號接口是否正常，信號輸入、輸岀是否有效，是否存在錯誤狀態(tài)等。并且根據(jù)實時的狀態(tài)信息， 判斷岀故障端口點號，并將其從邏輯處理回路中切除，通過信號替代保持信號處理的完整性。從而，提 高系統(tǒng)邏輯處理的安全及可靠性。圖3 :變頻協(xié)調(diào)控制單元外形圖一次風(fēng)機變頻后的搶風(fēng)”問題通過對一次風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和工作特性研究可知：風(fēng)機具有明顯的馬鞍形特征，在風(fēng)機性能曲線的左半部具有一個馬鞍形區(qū)域，在此區(qū)段內(nèi)運行有時岀現(xiàn)流量大幅度脈動等不正常情況，岀現(xiàn)喘振”問題。而喘振僅僅是不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)可能遇到的現(xiàn)象之一，在該區(qū)域內(nèi)還會岀現(xiàn)不正常的

8、零氣動力工況，這便是 旋轉(zhuǎn)失速”現(xiàn)象。風(fēng)機在不穩(wěn)定工況區(qū)運行時，還可能發(fā)生流量、全壓和電流的大幅度波動，氣流會發(fā) 生往復(fù)流動，產(chǎn)生強烈振動，這就是通常提到的搶風(fēng)”。鍋爐一次風(fēng)機改為變頻調(diào)速后，兩臺風(fēng)機并列運行，就非常容易發(fā)生 搶風(fēng)”現(xiàn)象，威脅風(fēng)機及整個系統(tǒng)的安全性。下面就針對兩臺風(fēng)機的運行工況進 行分析說明，如圖4。鳳機的并聯(lián)運訂 翎會拄齡相固旦機特性曲總II朋価機幷11遠行冊麗右賢V肚特性幗吏如果風(fēng)機參數(shù)選擇適當，運行時操作正確，兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行時的風(fēng)道性能曲線W與風(fēng)機并聯(lián)合性能曲線山交于1，則每臺風(fēng)機將在點1工作，風(fēng)機在此工況下工作是穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)搶風(fēng)”現(xiàn)象。如果風(fēng)機工作不當，風(fēng)道性能曲

9、線V與風(fēng)機合成性能曲線山交于點2與點3，落在8字形區(qū)域內(nèi)工作，則風(fēng)機工作點可能是點 2或點3。若風(fēng)機在點2上運行，則兩臺風(fēng)機尚能在點2上穩(wěn)定運行。如果兩臺風(fēng)機的風(fēng)道阻力稍有差別，或者風(fēng)道系統(tǒng)中風(fēng)量稍有變動，其結(jié)果是風(fēng)機處于點3并聯(lián)工作，此時兩臺風(fēng)機工作點分別是3和3 點運行。其中點3工作風(fēng)機風(fēng)量大且在穩(wěn)定區(qū)工作，而另一臺在點3 工作的風(fēng)機的風(fēng)量小，且工作點落在不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)。這樣兩臺性能相同的風(fēng)機輸送的流量就不相同，出現(xiàn)了搶風(fēng)”但是兩臺風(fēng)機分別在 3和3 點工作的狀況不是穩(wěn)定不變的，這兩臺風(fēng)機的工作點會發(fā)生互換。風(fēng) 機在此工況下工作，嚴重時甚至?xí)霈F(xiàn)一臺風(fēng)機的風(fēng)量大，另一臺風(fēng)機則產(chǎn)生倒流。因此

10、，在兩臺風(fēng)機 并聯(lián)運行時，為避免搶風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生，就應(yīng)當采取措施避免風(fēng)機的工作點落在字形區(qū)域內(nèi)。鍋爐一次風(fēng)機變頻改造后，風(fēng)機在低負荷運行時的工作點離不穩(wěn)定區(qū)（左邊界）較近，導(dǎo)致機組在 低負荷區(qū)間運行時，兩臺一次風(fēng)機搶風(fēng)”即風(fēng)機的并列困難；通過兩臺一次風(fēng)機的快速協(xié)調(diào)平衡系統(tǒng),對運行參數(shù)調(diào)整，降低系統(tǒng)一次風(fēng)壓、改變系統(tǒng)通風(fēng)量，搶風(fēng)”問題得到解決。P&/P1圖5 :不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線圖防喘振控制思想7 / 6圖5給岀了風(fēng)機在不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線，可以看岀轉(zhuǎn)速不同，相應(yīng)的駝峰點和駝峰流量也不同轉(zhuǎn)速越低，駝峰點越向左移，駝峰流量越小，把不同轉(zhuǎn)速下的駝峰點連接起來，就構(gòu)成了一條曲線，曲線右側(cè)為穩(wěn)定工作區(qū)，曲

11、線左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)。我們稱駝峰流量為極限流量相應(yīng)的駝峰點連接曲線稱之為 喘振搶風(fēng)極限線。顯然，只要在任何轉(zhuǎn)速下，都能控制鼓風(fēng)機的流量，使其大于極限流量，則風(fēng)機便不會發(fā)生搶風(fēng)問 題，這就是防喘防搶控制的基本思想?？紤]到吸入氣體的狀態(tài)如壓力、溫度、密度及系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓變化等都會引起風(fēng)機特性曲線的變化, 因此應(yīng)考慮一定的安全容量，確保實際工作點不會太靠近不穩(wěn)區(qū)極限，以避免發(fā)生搶風(fēng)喘振事故。在一 次風(fēng)系統(tǒng)中采用調(diào)速一比例調(diào)門法”比較適合電廠安全和節(jié)能需要。變頻協(xié)調(diào)控制單元將變頻節(jié)能與防喘振協(xié)調(diào)控制，根據(jù)一次風(fēng)系統(tǒng)的要求，風(fēng)機流量波動時維持岀 口壓力在某一定值范圍內(nèi)，因此取出口壓力P1，送入變頻節(jié)能與防喘

12、振控制器中，由壓力變送器，協(xié)調(diào)控制器，高壓變頻器，電動機和風(fēng)機構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過不斷地參與鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速自動調(diào)整，來 達到穩(wěn)定岀口壓力的目的。P2ZP1典型的安全探件曲線1為固定流量安全操作線控制。安全操作線25%15%，解決了轉(zhuǎn)速較低時安全操作線圖6給出了兩條典型的安全操作線，其中安全操作線 為一條與喘振極限線相似的曲線，其流量比喘振極限流量大 1存在的耗能問題，是一個最節(jié)能安全控制方式。一次風(fēng)機RB時，一次風(fēng)機變頻器過負荷保護動作防范一次風(fēng)系統(tǒng)變頻運行時，單側(cè)一次風(fēng)機變頻器故障不能連續(xù)運行時，會觸發(fā)機組 RB功能動作。系 統(tǒng)處理不當或反應(yīng)不及時，就會最終引起機組跳閘。結(jié)合鍋爐一次風(fēng)機RB分析，主要會導(dǎo)致一次風(fēng)機變 頻器過負荷保護動作有以下方面的原因：3.1次風(fēng)機RB工況初期，系統(tǒng)通風(fēng)量過大，在單點壓力情況下，流量超標引起變頻器過負荷。3.2 次風(fēng)機RB工況初期，風(fēng)機的運行工況嚴重偏離高效點，運行效率極低。3.3 次風(fēng)機性能曲線陡峭，駝峰型特性明顯效率低。為防止一次風(fēng)機變頻器過負荷保護動作的措施如下：(1 ) 一次風(fēng)變頻器的設(shè)計過程中提供負荷限制功能，防止變頻器過負荷保護動作跳閘。（2）優(yōu)化 RB 時一次風(fēng)系統(tǒng)邏輯。四、結(jié)束語通過變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)在鍋爐一次風(fēng)系統(tǒng)變頻改造應(yīng)用中的研究，充分說明：在利用高壓變頻進行 節(jié)能