锅炉引风机的变频改造及节能效果

时间：2024-07-28

李秀忠

(华电国际莱城发电厂，山东莱芜 271113)

1 引风机变频改造的必要性

锅炉引风机采用变频器调节是为了实现变频调速和达到节能的预期效果，变频调节具有调节范围大、运行灵敏度高、节能效果明显、启动电流小和对母线冲击小的优势;同时也存在投资较大、易于产生谐波干扰等不利因素。目前，大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节是通过调节风门挡板实现的，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由电动控制风机引风挡板开口度(即改变阻力调节引风量)来实现，以达到调整燃烧的目的。在实际应用中，引风挡板的开度一般在70% ～80%，相当一部分电能消耗在克服引风挡板的阻力中。另外，挡板的机械连接结构在挡板的调节过程中存在滞后、调节性能差等缺陷。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。采用变频调速技术后，可将原有的风门挡板开至最大，通过调节风机电动机的转速直接调节风量来实现锅炉负压控制，能够更好地满足生产要求，以达到节电和节省燃料之目的。为了节能降耗，提高燃烧效率，增加经济效益，就要通过技术改造来实现。

2 引风机变频器改造过程

2.1 引风机变频器改造方案

图1 直流系统接线

华电国际莱城发电厂一期工程装机容量为4×300 MW，于1998年3月开工建设，2003年5月全部建成投产。华电国际莱城发电厂技术改造小组通过反复论证考察，最终采用了国电南京自动化股份有限公司生产的ASD6000S-1250变频装置，对4台机组8台引风机的变频改造全部完成，效果良好。该装置具有体积小、运行可靠性高、模块化设计更换方便等优点。装置控制电源接自华电国际莱城发电厂保安段，每台变频器从自身的移相变压器二次侧引出一路备用电源。在正常运行时，控制电源由主电源供电，主电源失去时，自动切至备用电源供电，当主电源恢复时，自动切回主电源供电。变频器6 kV开关的控制电源分别接自本机220 V直流A，B段母线。在正常运行时，B段供引风机，其联络开关在分的状态。原6 kV开关名称编号不变，新加开关的编号在原6 kV开关编号加后缀，变频器输入侧开关加“K3”，输出侧开关加“K4”，旁路开关加“K5”。以#1机组A引风机为例，各开关名称编号如下:

#1锅炉A引风机变频器输入侧ⅠA-10K3开关;

#1锅炉A引风机变频器输出侧ⅠA-10K4开关;

#1锅炉A引风机变频器旁路ⅠA-10K5开关。

直流系统接线如图1所示，变频系统一次接线如图2所示。

图2 变频系统一次接线图

2.2 引风机变频器系统的组成

(1)控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面(数码管和彩色触摸屏可选)、可编程逻辑控制器(PLC)、嵌入式微机、开关电源、电磁兼容性(EMI)模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块和开关量模块等组成，控制系统组成结构如图3所示(图中的DCS为分散控制系统)。

图3 控制系统组成结构示意图

(2)主控制器由总线板、电源单元、中央处理器(CPU)单元、接口单元、3个相控单元及开关量、模拟量的输入和输出子模块等组成。

(3)功率单元柜一般由1～2台柜构成，主要由功率单元、电流互感器、输出电压检测单元、风道风压检测装置及高压电缆等组成。

(4)变频器主要技术参数见表1。

表1 变频器主要技术参数

(5)引风机变频器系统安装设置如图4所示。

2.3 引风机变频器特性

(1)该系统输入电压为3相6 kV，允许频率范围为±10%，电压范围为-30% ～10%。输出电源为3相6kV(电压可调)，频率在0～50Hz，各性能指标见表2。

(2)该产品在运行过程中时间与频率变化能够适应现场引风机运行要求。运行中主控软件将升速曲线、降速曲线分成2段，可用2种不同的速度调节变频器输出升、降频率的速度。升降速曲线如图5所示。

图4 变频器系统安装设置

表2 变频器主要性能指标

图5 变频器升速－降速曲线

在图5中，fn为变频器额定运行频率，fup为变频器升频变速点，fdn为降频变速点，fmax为最大运行频率。从0～fup升速需要时间tup1，从 fup～fmax升速需要时间 tup2;从 fmax～fdn降速需要时间tdn2，从 fdn～0降速需要时间tdn1。

2.4 引风机变频器系统的运行操作控制

2.4.1 变频启、停风机操作

2.4.1.1 风机变频启动

(1)确认引风机入口挡板关闭严密(一次风机为入口调节挡板和出口挡板)。

(2)检查风机与变频器启动条件的结果为满足，合上变频器输入开关(K3)和输出开关(K4)，变频器发“上电允许”信号，DCS上“ENER PERM”亮，允许合6 kV侧开关，DCS未发“变频器上电允许”，严禁合6 kV侧开关。

(3)合上6 kV侧开关向变频器送电，变频器充电后自检，30 s后，变频器向DCS发送“启动允许”信号，DCS上“START PERM”亮，允许启动变频器。

(4)变频器启动。启动变频器(启动画面如图6所示)，检查变频器启动良好并自动升频至设定的最小频率，联开引风机入口挡板(一次风机为出口挡板)。

图6 液晶屏幕控制画面

(5)手动缓慢调整风机调节挡板至全开位(严禁在起始转速到达之前打开风机调节挡板)，同时观察变频器输出电流，保证其不超过风机额定电流。

(6)增加变频器输出改变风机转速，直至达到所需工况，将变频器投自动，由DCS根据压力设定值自动调节变频器输出转速。

2.4.1.2 风机变频停运

(1)降低变频器给定频率到设定的最小频率，同时关小风机的调节挡板直至全关，停止变频器。

(2)变频器停止后，拉开6 kV侧开关，拉开变频器输入(K3)、输出开关(K4)。

(3)若变频器或输入、输出开关检修，根据需要将变频器输入、输出开关停电。

2.4.2 引风机变频器系统的正常运行

(1)锅炉在启动及正常运行中，可将引风机工频切换为变频运行，切换操作如下:

1)确认A引风机变频器具备投运条件。

2)联系热控人员，解除A引风机联跳送风机保护。

3)将机组负荷逐渐减至60%左右。逐渐关小A侧引风机调节挡板开度，同时增大另一侧引风机出力，维持炉膛压力正常，直至全关。

4)关闭A侧引风机入口隔离挡板，停运引风机，拉开原6 kV开关，拉开旁路开关K5。

5)退出A引风机“差动保护”，合上A引风机变频器K3，K4开关，合上原6 kV开关。

6)就地检查确认A引风机停转，启动变频器。

7)检查A引风机变频器自动升频至设定的最小频率，就地检查引风机逐渐升速。

8)将A引风机变频器指令升至100%，打开引风机入口挡板，调整引风机调节挡板维持炉膛负压，就地检查引风机，逐渐升速直至全速。

9)用调节挡板并运2台引风机。

10)锅炉运行在稳定后，将炉膛负压由挡板调节切换至转速调节:2台引风机变频器投“自动”，手动交替开大2台引风机调节挡板，检查2台引风机转速自动降低，炉膛负压调节稳定，直至2台引风机调节挡板全开(或达所需目标)，DCS根据压力设定值自动调节变频器输出转速。

(2)引风机变频器在正常运行中，检查变频器运行状态是否良好，检查是否有异常报警信号。检查结果应是变频器声音正常，各部件无异常发热，移相变压器温度正常，一般不宜超过80℃，风机启、停应符合温度设置要求，变频器室温正常，夏季空调运行正常。注意检查风机振动、轴承温度等参数是否正常。引风机变频正常运行实时趋势如图7所示;A，B引风机变频正常运行电流实时趋势如图8所示。

(3)应加强对DCS变频器运行情况的监视，发现参数异常应就地核对运行情况，危及引风机运行时，及时将变频器退出运行。

2.4.3 风机变频器的报警复位及故障处理

风机变频器报警后，应立即到就地进行检查。

(1)有报警时，画面左上角弹出三角形报警提示符，提示符下面数字指示当前有效报警的个数，画面中间显示当前报警信息。

(2)当引发报警的故障全部消失后，报警三角提示符下面的数字变为零。点击确认复位按钮逐条复位报警。

(3)若报警未消失，点击确认复归按钮后，报警信息对话框将隐藏。点击报警三角符号后，报警信息框会自动弹出。

(4)部分报警发生后(如柜门误开等)，若引发报警的原因消除后，报警会自动复位消失。开关控制回路失电只在DCS报警，就地液晶屏无报警。

3 引风机变频器改造后的节能效果

引风机变频器改造后运行稳定，运行中将引风机调节挡板开度固定在全开的位置，通过变频进行调节，烟道系统阻力减小至最低限度，减小系统节流损失，提高了风机的工作效率。同时，由节流调节改为变速调节后，不仅节能效果明显，而且可有效避免引风机的喘振和抢风的发生，提高了引风机的运行稳定性和安全性。

改造完成后，经过联合热力试验组进行的热力试验及测算并根据各运行工况进行了分析(见表2、表3)。试验表明，在机组负荷为100%及65%额定负荷时，引风机工频调节运行的单位功耗与变频调节方式运行单位功耗稍有差别。随着机组负荷降低，引风机工频调节方式节流损失会相应增大。

根据热力试验数据及运行情况统计，如果按机组年运行小时数6 000 h计算，机组每年带60%，80%，100% 额定负荷的时间分别占30%，40%，30%。通过试验及电量消耗统计(根据开关柜电量表码统计)可知，锅炉引风机变频改造可节能15.8%左右。按改造后风机耗电率实际降低0.155个百分点、电厂成本电价0.353元计算，若单台机组引风机采用变频调节方式运行，节电取得的经济效益达90万元左右，4台机组节能取得的效益共计360万元，经济效益明显。

表2 机组65%负荷A引风机参数

表3 机组100%负荷A引风机参数