智控变频调速技术在碱厂锅炉风机系统节能运行中的应用

(连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042)

经 验 交 流

智控变频调速技术在碱厂锅炉风机系统节能运行中的应用

张子凯

(连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042)

针对碱厂锅炉风机系统采用风门调节的控制方式调节风量，不能跟随系统负荷的需求变化做自动调节，通过智控变频调速技术的运用，改变了以往工频运行的方式，实现“跟随负荷同步、功率按需输出”的最佳节能效果。

锅炉风机;变频调速;负荷同步;节能

1 锅炉风机系统现状解析

1.1 系统概述

连云港碱业有限公司热电站配备4套锅炉设备，1#～3#锅炉风机系统配置相同，每套锅炉配备2条煤粉生产线，每条生产线配备1台0.4 kV/160 kW排粉风机，使用方式为常用；2台6 kV/250 kW引风机，使用方式为常用；1台6 kV/315 kW鼓风机，使用方式为常用。4#锅炉鼓风机配置有差异，配置为1台6 kV/400 kW风机，使用方式为常用。1#和2#锅炉配备1台6 kV/900 kW增压引风机，3#和4#锅炉同样配备1台6 kV/900 kW增压引风机，使用方式均为常用。

1.2 系统运行分析

锅炉必须时时维持炉膛负压在一定安全范围内，而在实际运行过程中，炉膛负压随生产量、工况和环境的变化而变化，而锅炉送/引风机系统不能根据负荷的变化做自动调节跟随，即鼓风机、引风机一直工频运行，导致炉膛负压处于波动状态，不利于锅炉安全稳定运行，而且造成了系统的能源浪费。

风机系统现场的控制是根据生产和工艺需要，调节阀门的开度来平衡供风风量和风压。这种操作方式使很大一部分电能浪费在克服阀阻力做无用功上，而且操作方式复杂，响应时间较长，需人工调节或主控台值班人员监测调节电动阀，增加了工人劳动量。同时设备长时间高速运转，电气和管道系统机械磨损严重，增加维修费用，降低使用寿命。

电机采用直启方式，直接启动电流冲击非常大，是额定电流5～6倍的启动电流，可能造成电网电压跌落，欠压保护动作，导致设备跳闸，使电机启动失败并影响其他用电设备的正常运行；过大的启动电流会使电机迅速发热，加速其绝缘老化，影响电机使用寿命。

1.3 系统分析结论

结合上述分析，连云港碱业有限公司锅炉风机系统均以工频方式运行，现场是根据用风的需求采用风门调节的控制方式，不能跟随系统负荷的需求变化做自动调节。从节能改造和系统运行优化两方面考虑，都有改造的必要。

2 改造方案

2.1 设备选型和设计

从系统的整体性和控制的系统性出发，对设备的安全、工艺的保障、系统的平衡、负荷的跟随等方面综合考虑，实现“跟随负荷同步、功率按需输出”的设计思想，提高系统自动化控制程度，并实现大幅度节能。

锅炉鼓/引风机系统是确保燃料充分燃烧，维持炉膛负压稳定，保证锅炉系统安全运行的重要动力设备。由于锅炉消耗的煤粉量、转炉煤气和高炉煤气量是变化的，燃料燃烧所需的氧气量也是相应变化的，炉膛负压也会随着波动。

1)依据“跟随负荷同步”理论，实时采集锅炉内过剩氧含量信号，自动调节鼓风机的运行转速，满足煤气燃烧所需要的氧量。

2)由于鼓风机鼓风量的变化相应引起炉膛负压的变化，通过采集炉膛负压信号，自动调节引风机的运行转速，使炉膛负压始终维持在工艺标准范围内。

3)最终实现引风量跟随鼓风量作自动变化，满足锅炉系统生产安全及转炉煤气、高炉煤气的充分燃烧，实现了锅炉鼓引风机系统的能效管理，达到了系统整体节能的效果。

根据现场实际使用情况，为连云港碱业有限公司设计安装的节能装置如表1。

表1 锅炉风机系统节能装置

2.2 控制技术解析

1) 基本控制原理

实时采集锅炉氧含量、炉膛负压，风机运行压力等参数，经A/D变换后送到智能控制器，经PID运算和模糊控制，计算出实际需求风量和风压，智能调控锅炉鼓风机、引风机的流量、压力，使拖动电机的输出功率始终与系统的负荷变化相匹配，达到节电的目的。

2)同步跟随技术

锅炉风机系统是典型的负载可变系统，它受发电量、系统工况和环境变化的直接影响，这就导致了系统的负载特性曲线不断变化。智控节能系统能够实时跟踪负载的变化智能控制电机的转速，使拖动电机的输出功率跟随负荷的变化同步输出，实现“跟随负荷同步、功率按需输出”，从而达到最佳的节能效果。

图1 运行曲线分析图

3)同频控制技术

当系统有多台风机同时运行时，智能控制系统能够实现风机系统同频节能运行，使压力均衡输出，消除不同频率运行产生的压力损失和出口压力不同造成的风机系统内部的相互损耗。利用同频控制技术对系统进行节能改造的节电效果是最佳的。

3 节电量分析

表2 节电量计算

电费单价按0.70元/kW·h。

4 结 语

通过改造，锅炉风机系统改变了以往工频运行的方式，实现了系统的自动化控制，实现了“跟随负荷同步、功率按需输出”的最佳节能效果；提高了电机的功率因数，消除了谐波对电网的污染；降低了设备的噪音、震动等现象，延长了设备的使用寿命。节电率可以达到20%～25%，年节约电量约492.81万kW·h，折合标准煤1 514 t，年节约电费约345万元。从节能降耗和系统运行优化两方面都取得了明显的效果，可谓一举多得。

[1] 张燕宾.变频调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2002

[2] 姜连刚，王宝安.300MW机组锅炉引风机节能技术改造[J].吉林电力，2010(3):46-47

TM621.2;TM921.51

B

1005-8370(2017)06-33-03

2017-07-27

张子凯(1976—)，大学，现任连云港碱业有限公司机动处电气主管工程师。