英威騰變頻器在在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用案例

1、英威騰變頻器在在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用案例1.1由于變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動(dòng)和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護(hù)量;隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來越高、體積越來越小、運(yùn)行可靠性越來越高，集成了具有實(shí)用的PI調(diào)節(jié)功能、簡易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)選擇、頻率給定通道與運(yùn)行命令通道捆綁、零頻回差控制、主輔給定控制等功能，這為變頻控制裝置納入自動(dòng)控制系統(tǒng)，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價(jià)值。變頻器已廣泛的應(yīng)用在冶金、電力、

2、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域。1. 2鏈條爐簡介：鏈條爐是一種應(yīng)用最廣泛的火床爐，至今已有一百余年的歷史，煤在火床水平運(yùn)動(dòng)的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閘門時(shí)被刮成一定的厚度，隨后進(jìn)入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣，目前在我國小型電廠和工、礦和供熱企業(yè)中使用很普遍，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也比較豐富。但目前國內(nèi)鏈條爐運(yùn)行中風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載變頻調(diào)速裝置應(yīng)用程度不夠普遍，鍋爐運(yùn)行過程能源浪費(fèi)嚴(yán)重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時(shí)變化、爐膛溫度低、排煙溫度較高、風(fēng)煤比不能及時(shí)調(diào)整、爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引風(fēng)還采用閘板控制風(fēng)量，循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵采用工頻運(yùn)行，爐排機(jī)、刮煤器采用差速

3、裝置等問題，因此用先進(jìn)的變頻調(diào)速裝置來設(shè)計(jì)出合理的控制方法，不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使供熱量適應(yīng)負(fù)荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行的安全性。因而燃燒控制要通過調(diào)節(jié)給煤量來保持鍋爐分配到的負(fù)荷，調(diào)節(jié)送風(fēng)量使之隨時(shí)與給煤量保持恰當(dāng)?shù)谋壤达L(fēng)煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失;調(diào)節(jié)引風(fēng)使之隨時(shí)與送風(fēng)相適應(yīng)以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)，保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒的充分性。1.3 .鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方案的控制方法鏈條爐變頻控制包括:鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、爐排機(jī)變頻調(diào)速裝置、分層給煤變頻調(diào)速裝置、

4、循環(huán)水變頻調(diào)速裝置、補(bǔ)水變頻調(diào)速裝置等。根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、基本控制任務(wù)和控制要求包括:燃燒控制(煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送風(fēng)控制;給補(bǔ)水控制(提供運(yùn)行參數(shù)和回水壓力、供水溫度、供水流量控制、補(bǔ)水壓力、補(bǔ)水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動(dòng)控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng):負(fù)荷控制系統(tǒng)(給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)、送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)。變頻器在在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用2.1 由于變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動(dòng)和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護(hù)量;隨著新

5、型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來越高、體積越來越小、運(yùn)行可靠性越來越高，集成了具有實(shí)用的PI調(diào)節(jié)功能、簡易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)選擇、頻率給定通道與運(yùn)行命令通道捆綁、零頻回差控制、主輔給定控制等功能，這為變頻控制裝置納入自動(dòng)控制系統(tǒng)，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價(jià)值。變頻器已廣泛的應(yīng)用在冶金、電力、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域。2 . 2 鏈條爐簡介：鏈條爐是一種應(yīng)用最廣泛的火床爐，至今已有一百余年的歷史，煤在火床水平運(yùn)動(dòng)的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閘門時(shí)

6、被刮成一定的厚度，隨后進(jìn)入爐膛，在爐排上分段燃燒成渣，目前在我國小型電廠和工、礦和供熱企業(yè)中使用很普遍，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也比較豐富。但目前國內(nèi)鏈條爐運(yùn)行中風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載變頻調(diào)速裝置應(yīng)用程度不夠普遍，鍋爐運(yùn)行過程能源浪費(fèi)嚴(yán)重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時(shí)變化、爐膛溫度低、排煙溫度較高、風(fēng)煤比不能及時(shí)調(diào)整、爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引風(fēng)還采用閘板控制風(fēng)量，循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵采用工頻運(yùn)行，爐排機(jī)、刮煤器采用差速裝置等問題，因此用先進(jìn)的變頻調(diào)速裝置來設(shè)計(jì)出合理的控制方法，不管是對舊有鍋爐的改造還是新爐的制造都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務(wù)既要使供熱量適應(yīng)負(fù)荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行

7、的安全性。因而燃燒控制要通過調(diào)節(jié)給煤量來保持鍋爐分配到的負(fù)荷，調(diào)節(jié)送風(fēng)量使之隨時(shí)與給煤量保持恰當(dāng)?shù)谋壤达L(fēng)煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失;調(diào)節(jié)引風(fēng)使之隨時(shí)與送風(fēng)相適應(yīng)以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)，保證鍋爐燃燒的安全性和燃煤燃燒的充分性。2.3 .鏈條爐燃燒系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方案的控制方法鏈條爐變頻控制包括:鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置、爐排機(jī)變頻調(diào)速裝置、分層給煤變頻調(diào)速裝置、循環(huán)水變頻調(diào)速裝置、補(bǔ)水變頻調(diào)速裝置等。根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、基本控制任務(wù)和控制要求包括:燃燒控制(煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送風(fēng)控制;給補(bǔ)水控制(提供運(yùn)行參數(shù)和回水壓力

8、、供水溫度、供水流量控制、補(bǔ)水壓力、補(bǔ)水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動(dòng)控制的任務(wù)和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng):負(fù)荷控制系統(tǒng)(給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)、送風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)。3.1 給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)給煤調(diào)節(jié)的任務(wù)在于通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速改變進(jìn)入鍋爐的燃料量的大小。這一任務(wù)由給煤變頻調(diào)節(jié)來完成?？紤]到燃煤鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常產(chǎn)生煤量的自發(fā)性擾動(dòng)(煤的阻塞和自流，因此，調(diào)節(jié)器中引入鍋爐出口水溫作為鍋爐的反饋信號，以盡快消除由于設(shè)備結(jié)構(gòu)造成的給煤量自發(fā)擾動(dòng)的情況，同時(shí)，還引入煙氣含氧量作為給煤量的修正。所以，給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。3.2 爐膛負(fù)壓控制爐膛負(fù)壓是一個(gè)快過程，只要PID參數(shù)

9、整定合適，一般單回路即可達(dá)到目的。但其控制的品質(zhì)受鼓風(fēng)量的影響較大，于是把鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作為前饋,提高響應(yīng)速度。其控制框圖如圖4所示?？紤]到引風(fēng)電機(jī)的抗沖擊性,負(fù)壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū),在該負(fù)壓范圍內(nèi)保持上次的輸出,調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)為控制目標(biāo)的±2Pa.，控制精度達(dá)到±5Pa。3.3 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)送風(fēng)調(diào)節(jié)的根本任務(wù)在于保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，要使鍋爐燃燒熱效率最高，使鍋爐運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)下，即送風(fēng)量與給煤量的比例最佳。送風(fēng)調(diào)節(jié)由送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)來完成，采用以燃燒經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)為被調(diào)量的單回路結(jié)構(gòu)。為了使送風(fēng)量迅速跟上給煤量B的變化，送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)中引入給煤量B的變化量dB作為前饋信號，

10、通過前饋補(bǔ)償系數(shù)f(dB來確保送風(fēng)量快速跟上給煤量的變化。爐負(fù)荷擾動(dòng)停止時(shí)，同樣從給煤變頻調(diào)節(jié)引入給煤量的變化量作為前饋信號送至送風(fēng)變頻控制器，實(shí)驗(yàn)證明這時(shí)f(dB近似為常值，用K1近似表示。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是煙氣中最佳含氧量O2%，最佳含氧量O2%同樣也是負(fù)荷的函數(shù)，函數(shù)關(guān)系通過鍋爐熱效率試驗(yàn)確定。送風(fēng)機(jī)控制原理:采集爐膛溫度或煙氣含氧量信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風(fēng)機(jī)，控制參數(shù)為爐膛溫度。控制回路是根據(jù)實(shí)際的爐膛溫度數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其目的是保持合適的爐膛溫度。當(dāng)爐膛溫度發(fā)生變化時(shí)，裝置通過變送器將測出的爐膛溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，

11、經(jīng)過PID控制算法計(jì)算后輸出給變頻器。變頻器再通過輸出不同的電壓及頻率來控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。3.4 引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是保證爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)，爐膛負(fù)壓過大會(huì)降低爐膛溫度，耗費(fèi)燃煤，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爐膛滅火等事件;負(fù)壓過小則危及人員和設(shè)備的安全。由于引風(fēng)調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于測量，所以引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負(fù)壓作為一個(gè)被調(diào)量。實(shí)際控制中，保持引風(fēng)量與送風(fēng)量的比例關(guān)系，引入送風(fēng)量的大小的標(biāo)志送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化dK作為前饋信號。這樣當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，給煤量改變導(dǎo)致送風(fēng)量相應(yīng)變化，引風(fēng)環(huán)節(jié)隨著前兩個(gè)環(huán)節(jié)的改變而先行改變引風(fēng)量，既抑制了強(qiáng)干擾的影響，又保證爐膛

12、負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。采集爐膛負(fù)壓信號，通過變送器反饋至變頻器，通過變頻器內(nèi)置的PID參數(shù)調(diào)整，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。上各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案形成總的控制系統(tǒng)框圖，如圖8所示。為了使給煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作，以克服耦合的影響，必須采用多變量輸入多變量輸出的協(xié)調(diào)控制方式控制燃煤鍋爐的燃燒過程。3.5 除氧補(bǔ)水調(diào)節(jié)系統(tǒng)補(bǔ)水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用:(1 補(bǔ)充水量;(2 維持鍋爐入口水壓。補(bǔ)水泵變頻調(diào)節(jié)采用簡單PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)被控鍋爐入口水壓。4 鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制每年節(jié)約電能估算以一臺45T蒸汽鍋爐為例，引風(fēng)機(jī)200kW一臺、送風(fēng)機(jī)200kW一臺、二次風(fēng)機(jī)110kW一臺。鍋爐風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載

13、，過去經(jīng)常用的閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量的弊端是浪費(fèi)電能;同行業(yè)測試的風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行節(jié)能率，一般在1540%左右;風(fēng)機(jī)風(fēng)量為Q1時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1、消耗功率為P1;當(dāng)根據(jù)需要風(fēng)量降低為Q2時(shí)，轉(zhuǎn)速為n2、消耗的功率為P2 ;根據(jù)風(fēng)機(jī)水泵相似定律有下述公式成立:(1kW (2因?yàn)樵阱仩t風(fēng)機(jī)選型時(shí)，選用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量至少留有10%的富裕量;所以我們假設(shè)風(fēng)機(jī)經(jīng)常在94%的額定轉(zhuǎn)速上運(yùn)行;電動(dòng)機(jī)的需用系數(shù)取0.8，日運(yùn)行24h，年運(yùn)行300天，電價(jià)按0.53元/kWh計(jì)算年節(jié)約電量。根據(jù)公式(1和公式(2，計(jì)算風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行每年節(jié)約電量如下:(1 引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)年耗電量、年節(jié)約電量計(jì)算工頻運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)年耗電量:A1=A2=200kW×0.8×24h×300d=1152000 kWh變頻運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)耗電量:A1.1=A2.1=200×0.8×0.943×24×300=956833kWh引、送風(fēng)機(jī)變頻比工頻運(yùn)行時(shí)每年節(jié)約電量:A1=A2=1152000-956833=195167kWh(2 二次風(fēng)機(jī)年耗電量、節(jié)約電量計(jì)算二次風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)年耗電量:A3=110kW×0.8×24h×300d=633600kWh二次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)年耗電量: