循环流化床锅炉控制系统中的变频调速改造

在炼油化工企业，锅炉所供蒸汽为反应器、蒸馏塔、气提塔、管道保温等提供热源。
SHXF型循环流化床锅炉以其占地少、热效高、残炭低、节省原煤且适应各种煤质等诸多优点近年为生产企业所推广。但不足之处是送风压头高，所配风机功率大、耗电多；配套的自控制系统仍采用传统的控制方式，即鼓引风量、汽包液位采用挡板和调节阀调节，给煤量采用滑差电机调速调节。对此用变频调速全电信号闭环自控系统改造原控制系统。
1. 变频调速控制系统设计
由变频器、传感器和变送器构成全电信号闭环控制系统，其中ABB公司ACF600系列变频器内设有PID调节器，可进行比例、积分、微分设定调节及实际值显示，省却了常规调节仪；通过变频调速器调节电机的转速来控制风机、泵和给煤机送风、水、煤量，以替代原挡板、调节阀，同时省却了仪表用净化风系统。
（1）引风机、1号鼓风机的闭环控制系统
在正常运行时，炉膛压力必须在正常的范围内。流化床锅炉属微负压操作，其炉膛料层风速控制的好坏直接影响锅炉的循环和流化燃烧状态。风速过小，流化不起来，燃烧状态差；流速过大，烟气热损失大，不利于经济燃烧。为了使炉膛煤粉在流化状态下的燃烧达到最佳化，需实行鼓引风压差比控制，通过料层底的供风正压与炉膛引风负压形成料层流化状态，与此同时，鼓风提供必要的燃烧用氧。在实际中我们采用了鼓风、引风单回路控制系统。
在炉膛内设置智能压力变送器PT909，实时检测炉膛燃烧时的负压，该信号（4 ~ 20mA）经双绞线传送到引风机变频器的实际信号输入端，经与设定值比较后，由变频器通过电机及风机的转速来调节引风量，以保证炉膛负压。
在鼓风入口处设智能压力变送器PT911，实时检测供风的正压，该信号（4 ~ 20mA）经双绞线传送到鼓风机变频器的实际信号输入端，经与设定值比较后，由变频器通过电机即风机的转速来调节鼓风量，以保证炉膛料层底部正压，使料层在“下正上负压差”的作用下流化起来。
引风机和1号鼓风机电机容量110kW，均选用ACF602-0120-3变频器；炉膛智能压力变送器选用压力0 ~ 1.0kPa；鼓风智能压力变送器选用压力0 ~ 2.0kPa。
（2）2号鼓风机的控制
锅炉的热损失主要是排气的热损失。这样就产生了燃烧控制中的燃料和空气的正确比例问题，也即空燃比或空气过剩率。燃烧时必须给于适当的空气，否则造成能耗增加且污染大气。我们在烟气通道设置含氧量分析仪AT901，其实际信号（4 ~ 20mA）进行氧量值显示并送至2号鼓风机的变频调速器AI2端，通过调节送入炉膛的风量来调节含氧量。变频器选用ACF601-0025-3；含氧量分析仪选ZO-11(Q)，量程为0 ~ 20%。
（3）给煤机的闭环控制系统
正常运行时炉温靠给煤量控制，我们在炉膛内设置了温度变送器TT906，通过变送器的4 ~ 20mA信号送至给煤机变频器的实际信号端子AI2，经与设定值比较后，由变频器通过调节螺旋给煤机转速即给煤量来控制炉膛的温度。这次改造，我们利用原滑差式YCT电机，将磁耦合器定转子直接用螺钉固定为一体，即成了“普通”异步电机。该机配用了ACF601-0060-3变频器，热电偶及变送器选用WRN-230、5351。
（4）给水泵的闭环控制系统
给水控制系统是自动调节给水量，使其适应蒸发量的变化并保持汽包中的水位在工艺要求的犯范围内。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多；水位过低，则可能影响循环，导致水冷壁被烧坏或爆管。锅炉水位变化的主要干扰因素有给水量、用汽负荷和炉膛热负荷扰动。根据实际情况，我们选择了单冲量液位控制系统，设锅炉汽包电动外浮筒液位传感器LT902，实时检测汽包液位。该信号（4 ~ 20mA）经双绞线传送到给水泵变频器的实际信号输入端，经与设定值比较后，由变频器通过电机即泵的转速来调节给水量，以保证锅炉汽包水位。根据给水泵电机容量，选变频器为ABB公司ACS601-041-3型；汽包液位传感器选电动外浮筒式TUDK1，H = 500mm，r = 0.9568。在两台给水泵电控回路，我们设计了主泵故障自起动连锁回路。以保证连续供水的可靠性；系统停电时，锅炉流化迅速停止，炉温急降，不会引起汽包缺水。
2. 安装调试
由于引风机转动惯量大，试运行中多次出现变频器直流母线过压故障停机，将加减速时间分别延长为60s和90s后故障消除。按工艺要求在点炉升温时最小频率设置为4Hz，经试车考验，低速下电机温升在允许范围内。
3. 节电效果
经标定，改造前锅炉使用功率为265kW，改变频控制后使用功率为127.6kW，节电率达52% 。年运行按8000h计，平均节电110万kWh，电费按0.4元/kWh计，每年可减少电费支出44万元。运行表明：改变频调速自控后，锅炉控制精度高，反映调节速度快，燃烧状态好；电控系统连续运行平稳可靠，所有机泵实现了软起动，常速在1200 ~ 2100r/min间运转，减少了机泵磨损；调节阀的取消、挡板的全开及机泵的低速运转，降低了噪声，有利于文明生产和维修成本的降低。