摘要：在过去，继电器和接触器是锅炉电子控制系统的主要硬件基础。自动控制能力不高，电气元件稳定性差，对锅炉机电系统的运行效率有很大影响。因此，为了保证锅炉机电一体化节能系统的稳定运行，正确分析变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用具有十分重要的意义。
关键词：锅炉机电一体化；节能系统；变频技术；应用
1锅炉变频系统简介
在锅炉设备的调试工作中，有许多相互作用的过程参数，这些参数是复杂的。相对简单的控制系统很难满足运行要求。在调整措施的设计中，应以全局为基础，兼顾级联、前馈和比例相结合的复杂调整方式。此时，如果将常规仪表组装在一起，仪表数量过多，可靠性不足，难以投入使用。为此，在锅炉设备的控制过程中，采用了可编程控制器和计算机，即PLC。在运行过程中，PLC对输入压力信号、火焰信号和水位信号进行逻辑计算，然后通过输出信号控制水状态和燃烧状态，保证锅炉的正常运行。如果水位下降、压力过高或火焰信号因某些因素异常，应中断PLC的逻辑操作，发出报警信号。此时，在处理完故障问题后，可以重新启动系统重新开始运行。如果系统中的设备发生故障，PLC将使用中文故障显示作为报警通道，并采取相应的保护措施。此外，PLC还可以通过中文故障显示实时显示系统的运行情况。
采用变频变压调速代替调节阀和挡板作为自动控制系统的执行机构，可以充分利用泵的输出能量，有效降低阀门和挡板的截止压力降，从而达到大幅度降低功率损失的目的。变频器作为电力电子技术和微电子技术的结合，具有良好的调速性能和优越的节能效果。目前广泛应用于电力行业，如感应、鼓风、供水、炉排电机在调节过程中均采用变频技术。
2锅炉机电一体化节能系统中变频技术应用措施
2.1基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统改造要点分析
根据3#机组锅炉运行情况可知,受BFG(高炉煤气)、COG(焦炉煤气)、NG(天然气)等燃料供应条件及数量限制,3#机组常规运行负荷量较低。依据某电厂3#机组年度统计报表可知,3#机组年均负荷为220MW,即年负荷率在62%以下。而其年均负荷率低会导致高炉煤气增压风机常规运行余量增加,进而致使风机运行效率低,增加能源损耗。
某电厂3#机组现有高炉煤气增压风机均采用双速电机控制模式,在其处于高速/低速切换模式时,对进口调节挡板开度范围要求较高。这种情况下,若调节挡板存在特性不良问题,就会导致调节挡板无法切换,进而造成大量高炉煤气扩散。不仅造成了大量燃料资源浪费,而且对周边环境造成了严重污染。此时利用变频控制模式,可以两用一备的方式,在3#锅炉运行阶段某一高炉煤气增压风机变频装置出现故障时,立即进行轻油枪应用。同时自行启动备用变频风机,保证锅炉内燃料燃烧稳定。
根据3#机组高炉煤气燃料输送系统现有运行情况,结合高炉煤气增压风机设计规范及技术参数,可得出3#机组锅炉增压风机改造需采用离心式双速控制高炉煤气增压风机变频调速技术。随后依据锅炉燃烧控制系统中生产工艺及设备稳定性等级参数,保证其在不同负荷下维持高功率、稳定运行。
2.2基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统运行措施
2.2.1高炉煤气增压风机高速电机
由于某电厂锅炉机电一体化节能改造重点为高炉煤气增压风机高速电机,常规变频控制要求为2台变频控制。而针对2台变频运行过程中风机切换问题,系统改造人员可将第三台风机设置为变频启动模式,其余风机设置自动控制模块。若第三台风机转速达到起始转速350r/min后,作业人员可手动增速,促使其余自动控制风机风速下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在全部风机在转速一致后,将待切换风机控制模式转化为手动降速,在其转速达到350r/min以上时,关停变频器。考虑到风机挡板、变频器为统一手操器控制,因此,在本次系统改造过程中,可在模拟量控制中添加切换逻辑。此时在变频器启动后,增压风机入口调门会根据速率变化进行逐步启动。同时采用PID或者手动操作的方式,直接输出命令符,控制增压风机入口调门。
以某电厂3#机组锅炉内(1)风机、(2)风机、(3)风机为例,(2)、(3)风机为变频运行、拟将(3)风机切换为(1)风机变频运行。在14:40期间,2#、3#风机以515r/min转速变频运行,在14:42时1#风机变频启动,风机在较短时间内达到起始转速425r/min。为保证整体风机平稳切换,系统改造人员可手动增加1#风机转速,促使2#、3#风机位于自动调节模式。若1#风机转速增加值485r/min,2#、3#风机转速减少,持续增加1#风机转速。在14:58时1#、2#、3#风机转速依次为530r/min、521r/min、522r/min。高炉煤气流量为435kNm3/h,压力为9.35kPa。此时1#风机为自动控制,3#为手动。在13:20风机停运,调门转速对应一致,高炉煤气流量一定。
2.2.2各调节系统间相互关联
蒸汽压力控制主要是依据用汽量变化进行锅炉产热量的调节,保证锅炉内汽压力一定。为保证汽压调节效果,本次改造工程主要利用PLC(可编程控制器),以锅筒压力标准值、实测值为已知参数,进行PID智能运算。并引入蒸汽流量比例前馈运算方式,以保证内置调节功能自动运行,同步调节锅炉炉排、鼓风机,保证变频闭环控制精确度。
锅炉燃烧变频控制主要是以燃烧热量与负荷需求相符为目标,利用变频器输出控制信号的方式,调节鼓风量、给煤量平衡。同时利用烟气含氧量参数,加强风煤比分析,保证给煤量稳定,为锅炉机电一体化节能系统经济燃烧提供依据。同时考虑到锅炉燃烧控制中各种不确定因素,在某电厂3#机组锅炉改造过程中,可在锅炉炉膛位置设置负压传感器,负压传感器可直接将压力测量值输送到变频器,利用内置调节功能,对锅炉引风机转速进行合理控制。随后依据锅炉压力控制器输出值,对引风机转速进行控制,进而改善锅炉炉膛负压情况。结合送煤量、锅炉炉排转速、鼓风量比例的换算,可获得最佳风煤配比,保证燃烧效果。
再次,为保证基于变频调节的锅炉机电一体化节能系统稳定运行,系统改造人员可利用蒸汽压力、进水流量、锅筒水位、烟气含氧量、火焰温度等测量检测仪表,将锅炉内部运行参数转化为以PLC控制系统为核心,添加少量输入输出控制点,为后续系统升级优化奠定基础。由于锅炉通信辅助电路需在CPU串行口配合下运行。即多台测量检测仪表需经一总线,与上位机进行信息交互。随后将锅炉现场运行信息、测量检测仪表信息传送给上位机,上位机根据通信反馈数据,进行模拟量输出。据此,本次锅炉机电一体化节能系统变频控制模式设计主要依据模块化控制原则,利用PLC可编程功能,在面板上进行运算功能模块、调节功能模块等用户程序的直接编制。其中运算功能模块主要包括一阶滞后、加减乘除、高限、低限、变化率限制、速度计算等;调节模块主要包括串级、比值、基本调节、前馈、脉冲调制输出、带死区PID非线性控制等模块。
结论
由此可见，变频技术和可编程控制器在锅炉机电系统中的应用，可以直接集中反映锅炉运行过程中的相关参数，然后计算出保证锅炉正常运行所需的数据，快速准确。在显示屏上可以显示锅炉运行期间的水位参数、压力参数和炉膛负压参数。另外，由于调节精度高，可完全自动控制引风与送风的比例，从而有效调节烟气中的氧含量，从而提高燃料燃烧的充分性，减少黑烟的产生，实现环境的有效降低。精神污染，大大节约能源。变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用，可以有效地提高锅炉的效率，减少蒸汽的浪费。因此，研究人员应充分了解和掌握锅炉变频系统，找出锅炉系统存在的问题，采取相应措施，有效地解决这些问题，从而更好地应用变频技术，实现锅炉系统的安全稳定发展。
参考文献：
[1]魏林秀.变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊).2018(11).
[2]孙继新,陈新.变频技术在锅炉机电体化节能系统中的应用[J].科技创新与应用.2018(06).
论文作者:姚瑞柏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/6
标签：锅炉论文; 风机论文; 转速论文; 高炉论文; 系统论文; 煤气论文; 节能论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;