英威騰變頻器在在風機和泵類負載上的應用案例

1、英威騰變頻器在在風機和泵類負載上的應用案例1.1由于變頻調(diào)速裝置在風機和泵類負載上的應用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機械設備的使用壽命，減少設備的維護量;隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，集成了具有實用的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、停電和停機參數(shù)存儲選擇、頻率給定通道與運行命令通道捆綁、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)可靠性具有極大價值。變頻器已廣泛的應用在冶金、電力、

2、石化、供熱和民用風機水泵的控制領域。1. 2鏈條爐簡介：鏈條爐是一種應用最廣泛的火床爐，至今已有一百余年的歷史，煤在火床水平運動的爐排上燃燒，空氣從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閘門時被刮成一定的厚度，隨后進入爐膛，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，運行經(jīng)驗也比較豐富。但目前國內(nèi)鏈條爐運行中風機和泵類負載變頻調(diào)速裝置應用程度不夠普遍，鍋爐運行過程能源浪費嚴重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化、爐膛溫度低、排煙溫度較高、風煤比不能及時調(diào)整、爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引風還采用閘板控制風量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速

3、裝置等問題，因此用先進的變頻調(diào)速裝置來設計出合理的控制方法，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)實意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務既要使供熱量適應負荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。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荷，調(diào)節(jié)送風量使之隨時與給煤量保持恰當?shù)谋壤达L煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失;調(diào)節(jié)引風使之隨時與送風相適應以保持爐膛負壓在一定的范圍內(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:鼓風機變頻調(diào)速裝置、引風機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(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、補水變頻調(diào)速裝置等。根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點、基本控制任務和控制要求包括:燃燒控制(煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負壓控制、引風控制、送風控制;給補水控制(提供運行參數(shù)和回水壓力、供水溫度、供水流量控制、補水壓力、補水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng):負荷控制系統(tǒng)(給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)、送風系統(tǒng)和引風系統(tǒng)。變頻器在在風機和泵類負載上的應用2.1 由于變頻調(diào)速裝置在風機和泵類負載上的應用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性，可極大的延長機械設備的使用壽命，減少設備的維護量;隨著新

5、型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高、體積越來越小、運行可靠性越來越高，集成了具有實用的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、停電和停機參數(shù)存儲選擇、頻率給定通道與運行命令通道捆綁、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)可靠性具有極大價值。變頻器已廣泛的應用在冶金、電力、石化、供熱和民用風機水泵的控制領域。2 . 2 鏈條爐簡介：鏈條爐是一種應用最廣泛的火床爐，至今已有一百余年的歷史，煤在火床水平運動的爐排上燃燒，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

6、被刮成一定的厚度，隨后進入爐膛，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，運行經(jīng)驗也比較豐富。但目前國內(nèi)鏈條爐運行中風機和泵類負載變頻調(diào)速裝置應用程度不夠普遍，鍋爐運行過程能源浪費嚴重，出力不能隨著外界溫度的變化而及時變化、爐膛溫度低、排煙溫度較高、風煤比不能及時調(diào)整、爐膛換熱效率低，鍋爐鼓引風還采用閘板控制風量，循環(huán)水泵、補水泵采用工頻運行，爐排機、刮煤器采用差速裝置等問題，因此用先進的變頻調(diào)速裝置來設計出合理的控制方法，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)實意義。鏈條爐燃燒變頻控制的基本任務既要使供熱量適應負荷需要，還要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行

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荷，調(diào)節(jié)送風量使之隨時與給煤量保持恰當?shù)谋壤达L煤比，以保證燃料完全的燃燒和最小的熱損失;調(diào)節(jié)引風使之隨時與送風相適應以保持爐膛負壓在一定的范圍內(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:鼓風機變頻調(diào)速裝置、引風機變頻調(diào)速裝置、爐排機變頻調(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、補水變頻調(diào)速裝置等。根據(jù)鏈條爐系統(tǒng)的工作特點、基本控制任務和控制要求包括:燃燒控制(煙氣含氧量控制、爐膛溫度控制、爐膛負壓控制、引風控制、送風控制;給補水控制(提供運行參數(shù)和回水壓力

8、、供水溫度、供水流量控制、補水壓力、補水流量控制等。根據(jù)鏈條爐燃燒過程自動控制的任務和目的，燃燒變頻控制系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng):負荷控制系統(tǒng)(給煤調(diào)節(jié)、煙氣含氧量控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)、送風系統(tǒng)和引風系統(tǒng)。3.1 給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)給煤調(diào)節(jié)的任務在于通過調(diào)節(jié)給煤機的轉(zhuǎn)速改變進入鍋爐的燃料量的大小。這一任務由給煤變頻調(diào)節(jié)來完成?？紤]到燃煤鍋爐運行中經(jīng)常產(chǎn)生煤量的自發(fā)性擾動(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，以盡快消除由于設備結(jié)構(gòu)造成的給煤量自發(fā)擾動的情況，同時，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 爐膛負壓控制爐膛負壓是一個快過程，只要PID參數(shù)

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

10、通過前饋補償系數(shù)f(dB來確保送風量快速跟上給煤量的變化。爐負荷擾動停止時，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變頻控制器，實驗證明這時f(dB近似為常值，用K1近似表示。燃燒的經(jīng)濟性指標是煙氣中最佳含氧量O2%，最佳含氧量O2%同樣也是負荷的函數(shù)，函數(shù)關系通過鍋爐熱效率試驗確定。送風機控制原理: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)鼓風機轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件為鼓風機，控制參數(shù)為爐膛溫度。控制回路是根據(jù)實際的爐膛溫度數(shù)值進行調(diào)節(jié)的，其目的是保持合適的爐膛溫度。當爐膛溫度發(fā)生變化時，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機的轉(zhuǎn)速，從而改變鼓風機的風量。3.4 引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務是保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)，爐膛負壓過大會降低爐膛溫度，耗費燃煤，嚴重時會造成爐膛滅火等事件;負壓過小則危及人員和設備的安全。由于引風調(diào)節(jié)對象的動態(tài)響應快，易于測量，所以引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以爐膛負壓作為一個被調(diào)量。實際控制中，保持引風量與送風量的比例關系，引入送風量的大小的標志送風機轉(zhuǎn)速的變化dK作為前饋信號。這樣當鍋爐負荷發(fā)生變化時，給煤量改變導致送風量相應變化，引風環(huán)節(jié)隨著前兩個環(huán)節(jié)的改變而先行改變引風量，既抑制了強干擾的影響，又保證爐膛

12、負壓維持在一定的范圍內(nèi)變化。采集爐膛負壓信號，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)引風機轉(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、送風機、引風機協(xié)調(diào)動作，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 除氧補水調(diào)節(jié)系統(tǒng)補水泵采用變頻調(diào)節(jié)的作用:(1 補充水量;(2 維持鍋爐入口水壓。補水泵變頻調(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 鍋爐鼓引風機實現(xiàn)變頻控制每年節(jié)約電能估算以一臺45T蒸汽鍋爐為例，引風機200kW一臺、送風機200kW一臺、二次風機110kW一臺。鍋爐風機屬于平方轉(zhuǎn)矩負載

13、，過去經(jīng)常用的閘門調(diào)節(jié)風量的弊端是浪費電能;同行業(yè)測試的風機變頻調(diào)速運行節(jié)能率，一般在1540%左右;風機風量為Q1時，風機轉(zhuǎn)速為n1、消耗功率為P1;當根據(jù)需要風量降低為Q2時，轉(zhuǎn)速為n2、消耗的功率為P2 ;根據(jù)風機水泵相似定律有下述公式成立:(1kW (2因為在鍋爐風機選型時，選用風機的額定風量至少留有10%的富裕量;所以我們假設風機經(jīng)常在94%的額定轉(zhuǎn)速上運行;電動機的需用系數(shù)取0.8，日運行24h，年運行300天，電價按0.53元/kWh計算年節(jié)約電量。根據(jù)公式(1和公式(2，計算風機變頻運行比工頻運行每年節(jié)約電量如下:(1 引風機和送風機年耗電量、年節(jié)約電量計算工頻運行時，引風機、送風機年耗電量:A1=A2=200kW×0.8×24h×300d=1152000 kWh變頻運行時，引風機、送風機耗電量:A1.1=A2.1=200×0.8×0.943×24×300=956833kWh引、送風機變頻比工頻運行時每年節(jié)約電量:A1=A2=1152000-956833=195167kWh(2 二次風機年耗電量、節(jié)約電量計算二次風機工頻運行時年耗電量:A3=110kW×0.8×24h×300d=633600kWh二次風機變頻運行時年耗電量: