高压变频器在热电厂锅炉恒压供水中的应用探讨

冯岩冰

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

目前，我国的大型异步电动机应用变频调速技术已非常成熟，且随着电力、电子器件的不断发展，高压变频装置的型号、样式也变得越来越多。由于变频调速的调速、起动和制动性能，易于自动化控制、高效率、高功率因数、良好的节能省电效果以及广泛的适用范围等优点，变频调速被国内外公认为是有良好发展前途的调速方式，本文就此来分析探讨高压变频器在热电厂锅炉恒压供水中的应用。

1 变频器恒压供水方式及变频调速的特点分析

如果想用变频器进行恒压供水，我们一共有两种方式，一种是使用一台变频器控制一台水泵；另一种是使用一台变频器控制几台水泵。前种方法主要是根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器的输出频率，从而改变电动机转速，最终达到恒压的目的。后一种方法需要利用恒压供水器PLC，当变频器被使用后，A泵电动机接触器首先会被控制导通，变频器的输出频率上升，管网压力增加，出水管网的压力信号与恒压供水器PLC管网压力设定信号负反馈闭环，当电动机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通A泵，使A泵先运行，然后，经过一段时间变频器对B泵进行变频控制。当水需求量减少的时候，管网压力会逐渐升高，变频器输出频率会降低，当变频器输出频率低至0Hz，而管网高于所设定的压力时，变频器会切断当前的变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，会轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，以此增加系统可靠性。对于大功率的机组，通常采用第一种控制方式。变频调速的特点及分析：因为用户用水量一般是动态的，所以会出现供水不足或过剩的情况。而用水和供水之间的不平衡主要集中反映在供水的压力上，我们需要保持供水压力的恒定，从而使供水和用水之间保持平衡，以此提高供水的质量。

2 工况

兖矿新疆煤化工有限公司成立于2009年3月26日，为注册在乌鲁木齐国家高新技术开发区的一家从事煤化工生产经营的大型高科技绿色化工企业，是新疆地区首个建成投产的多品种、多联产、循环式煤化工项目，也是新疆维吾尔自治区首个通过竣工环境保护验收的煤化工企业。拥有热电、空分、气化、甲醇和尿素等五个主要工段，其中热电工段拥有3台220t/h煤粉锅炉和两台25mw的发电配套机组，系统正常运行时，两台锅炉运行、一台锅炉备用。锅炉给水系统为4台1600kW/10kV的给水泵，4台水泵互为备用；两台锅炉正常运行时，锅炉给水泵两台运行、一台备用、一台检修，每台锅炉拥有两条上水线路——主线和副线，主线和副线上均安装有电动调节阀，通过调节阀门开度，达到自动供水的目的。

3 改造方案

我们选择一种变频控制单元及其旁路采用串联的高——高形式的高压变频器，这种采用串联旁路结构的新型变频器具有良好的变频模拟信号输入、输出以及信号动态波形，非常高的性价比,可靠性高，即便个别新型变频控制单元旁路出现故障，也可将其作为故障旁路，然后所在的另外一组新型变频控制单元旁路作为降压旁路,从而降频重复使用。

图1 “高-高”形式变频器系统结构图

3.1 根据现场情况和可具备的条件，所采取的改造方案步骤

（1）1#给水采用一拖一的高压起动工作方式。（2）从母管上提取一个备用压力专用变送器的4～20mA信号，将其作为内部电流控制反馈,给定后的电流反馈频率根据实际情况，由用户从DCS直接输出给定频率。（3）运行信号、停止信号和运行控制信号从DCS内部直接给定。（4）高压水泵压力驱动变频器的状态信号从变频器的控制柜里送到DCS系统,以便工作人员监控时能够实时进行观察。（5）改造后的高压水泵母管内部控制压力值和流量控制值必须能够达到相关国际制造工艺质量标准中的要求，即压力在6.8MPa以上。（6）将每台水泵的旁通阀关闭，将锅炉专用给水主线（或副线）高压调节阀全开,用高压变频器来自动调节高压电动机的转速，从而控制锅炉所需要的给水压力和流量。

3.2 闭环控制

两台锅炉运行时，1#、3#给水泵运行，其中3#给水泵工频运行、1#给水泵变频运行。将1#、3#给水泵的输出旁路自动疏通和闸阀关闭，利用输出压力控制变频器和压力系统管理软件及其自带的压力控制器和PID程序联动实现闭环控制，由DCS控制给出一个对应给定连续水流压力母管可以微调的4～20mA输出压力信号（其对应0～10MPa的输出水流压力），由输出压力母管上的输出水流压力自动控制器和变送器的0～10MPa输出水流压力闭环控制信号（其对应4～20mA信号），通过反馈提供给输出压力控制变频器,通过压力控制器和PID功能来控制1#给水泵电动机的转速,实现自动化的调节给水流量的闭环控制目的。

图2

4 效益分析

根据各种利用电动给水泵的起动运行量和运动量的特性,流量与水泵电动机起动转速值的大小必须成正比,电动机的最大输出起动功率与电动机流量转速的立方成正比。即因此，在水泵用水量降低的时候可以用直接降低水泵电动机的转速的方式来满足生产的所需,而无须再通过阀门调节改变给水流量,从而可以省去因利用水泵电动机通过阀门进行调节而损耗的电能。以下是1＃水泵（电机功率1600kW/10kW）变频改造前和改造后的数据对比（采集720h的运行数据，计算平均日用电量和年用电量，每年按8000h计算）。

表1

从上述统计数据对本表格的相关统计数据进行分析，我们可以明显能够看出,每年的平均年节省电费约有61万元。

5 结语

随着我国对中小企业有关节能环保的高度重视和有关节能环保低碳高效减排以及相关行业优惠政策的陆续出台发布，企业对于产品生产以及经营发展过程中如何节约能源的大量排放以及浪费等污染现象日益高度重视，纷纷提出加强合理有效利用能源的经营管理，降低生产成本，提高生产企业的核心竞争力，对节能变频器的快速发展与广泛推广应用起到了重要作用，也为配置有风机与压力水泵的企业节能减排运行和提高风机、水泵的节能运行管理效率提供了有效途经。