abb變頻器在鍋爐給煤機中的應用
一、 概述：
我廠采用儲倉式系統(tǒng)的鍋爐，燃煤量應隨負荷及工況變化而改變，而改變燃煤量的手段是通過改變給煤機的轉速來實現(xiàn)的。當負荷及工況發(fā)生變化時，是通過直接改變給煤機的給煤量，即調節(jié)給煤機轉速來改變鍋爐的燃煤量。以往的煤鍋爐一般采用直流調速、調壓調速或滑差電機等調整手段，其中我廠采用的是滑差電機進行調速，此種方法存在設備復雜、易出現(xiàn)故障點多、操作繁瑣、運行可靠性差、調速精度及線性度差、維護工作量大等缺點，同時調速電機長期在額定轉速下運行，處于高耗能運行狀態(tài)，運行極不經(jīng)濟，而且原保護回路簡單，電機只設有熱保護，一旦出現(xiàn)故障而熱保護又拒動時，將使總電源開關跳閘，影響鍋爐上煤，造成巨大經(jīng)濟損失。近年來，隨著變頻調速技術的迅速發(fā)展，變頻調速器以其體積小、重量輕、可控性可靠性高、通用性強、調速范圍大、保護功能全、特性硬及節(jié)能等優(yōu)點，倍受人們的青睞。針對上述我廠原給煤系統(tǒng)存在的缺陷及變頻調速的系列優(yōu)點，我廠對其進行了變頻改造。
二、 鍋爐給煤機變頻調速的工作原理及結構
1、 電動機調速原理
由電動機特性可知,異步電動機輸出軸轉速(簡稱電機轉速)為:
n=(1-s)×60×f/p r/min
式中，n—電動機同步轉速
f—電動機定子供電頻率
p—電動機極對數(shù)
s=(no-n)/no—為轉差率
顯然，改變公式中的參數(shù)f、p和s，便可改變電機的轉速。 {TodayHot}
以往的電機調速大多通過改變參數(shù)p和s實現(xiàn)的。由于給煤機所配用的交流異步電動機的轉速與同步轉速之間的轉差率s極小，若將這一微小差別忽略不計，則上述公式可近似等同于給煤機電機的轉速公式。變頻調速就是通過均勻地改變定子供電頻率f，平滑地改變電動機的轉速，并且在調速過程中，從高速到低速均能保持有限的轉差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能，以及足夠強度的機械特性。
2、給煤變頻調速特性
調速范圍，理論上講，采用變頻器調速其范圍為0~100%。但是，根據(jù)不同類型的鍋爐及煤種，一般應將轉速限制在30~1200rpm，這可通過設定變頻器的V/f曲線來實現(xiàn)。
三、 變頻改造方案：
給煤變頻調速系統(tǒng)組成： 配用的電動機為Y 132M2-6型/5.5kW，變頻器選用ABB公司原裝產品，型號為ACS401-0009-3型，功率為5.5KW。該調速系統(tǒng)主要由變頻器盤、手操器、電源盤、電機等組成，其控制原理如圖1所示 。
由圖1可見，變頻器是該系統(tǒng)的核心部件。為了保證系統(tǒng)能安全可靠運行，操作、維護方便，本工程給煤機與變頻器采用一帶一的控制模式(即一臺變頻器帶一臺給煤機電機)。變頻器在上電后，通過一遠程操作器輸出4~20mA的模擬電流信號來控制變頻器的輸出，即將50～1 500 r/min/4 ~20mA DC信號給變頻器，在操作時，只需操控操作器即可達到控制電機轉速的目的。用操作器調速可以非常平滑、穩(wěn)定的調節(jié)流量，運行人員對系統(tǒng)的調整控制更為穩(wěn)定合理。變頻器輸出信號分兩路，一路給轉速表，實時監(jiān)測電動機的實際轉速，另一路輸出給工控機輸送1~10V直流電壓信號，實現(xiàn)鍋爐入煤量采集及監(jiān)測。另外變頻器上還有預留送入DCS的接點，將來進行DCS改造時可取消操作器、啟停開關、轉速表及電流表，變頻器的啟�？刂浦苯佑蒁CS完成。本方案的優(yōu)點是結構簡單，無需對原有的給煤系統(tǒng)進行改造。{HotTag}
四、 改造及調試過程：
1. 給煤變頻控制盤就位、固定；
2. 鋪設控制電纜，安裝操作器、電流表、轉速表；
3. 完成控制線的接線工作；
4. 完成給煤轉速信號的安裝工作（包括#1、#2鍋爐）；
5. 拆除原電動機，新電動機就位；
6. 鋪設動力電纜，完成動力回路的接線工作；
7. 將給煤控制盤可靠接地；
8. 檢查控制回路、動力回路接線是否正確；
9. 送電至給煤控制盤；
10. 設置變頻器參數(shù)(見表一)；
11. 調試變頻器啟停功能、調速功能，檢查電流表、轉速表、操作器指示，
12. 電動機轉向；
13. 調試控制回路的聯(lián)鎖，保護功能；
14. 給煤機對輪穿銷固定，帶給煤裝置調試。
在調速指令信號輸入回路和其他回路改造完成后，在各種運行工況下，對給煤機進行模擬傳動，完全能夠滿足機組給煤的需求，各項指標均優(yōu)于滑差調速電動機，實現(xiàn)了給煤機由滑差調速向變頻調速的升級改造。
五、變頻器設置參數(shù)：
六、改造效果：
由于給煤機處工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常有粉塵在滑差電機間隙中受潮結塊，造成不可調速的“飛車”現(xiàn)象，（即跑轉），改為變頻后滑差部分可以取消，消除失控“跑轉”現(xiàn)象。改為變頻后，去掉了原滑差調速器系統(tǒng)，同時原主回路中的接觸器也相應的予以去掉。只剩一臺交流電機，可靠性大大提高，維護量大大減少。給煤機中滑差電機與給煤機絞籠之間存在著轉速差，這部分速差能量都變成熱能消耗在滑差電機中，造成大量電能損失。
滑差電機是一個非線性被控對象，在85%額定轉速以上存在飽和區(qū)，在15%額定轉速下存在死區(qū)，造成速度變化線性度差，運行不平穩(wěn)，給煤量時多時少。變頻控制的線性度非常好，速度控制線性度可達到99%。
對4#爐在04年7月22日—10月31日期間變頻運行時的數(shù)據(jù)分析如下：在此期間內，4#爐每個給煤機平均耗電量為438KWh ，運行時間為2184小時，則此爐每個給煤機的實際消耗功率為0.2KW。
另對03年7月20日—9月3日和10月21日—11月3日兩個階段內工頻運行的數(shù)據(jù)分析如下：在第一階段內，運行時間為1080小時，平均耗電量為116.5KWh ，每個給煤機的實際消耗功率為1.618KWh;在第二階段內，運行時間為312小時，平均耗電量為38.4KWh,每個給煤機的實際消耗功率為1.816KW。則在兩個階段內平均消耗的功率為1.732KW。
兩相比較，則變頻運行時每臺機平均每小時消耗的功率比工頻時每小時要少耗1.532KWh，其節(jié)電率為88.45%。在此情況下，若3#、4#在一年中各運行180天，則兩臺爐一年共節(jié)電39709.44KWh,按每度電0.4元計算，每年僅電費就可挽回損失達15884元。
改造后由于給煤系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保證了鍋爐不會因給煤量跟不上而發(fā)生停爐，以往每年每臺爐都會因此而引起的停爐次數(shù)達2~4次之多，等檢修完好后至起爐運行需兩天左右的時間 ，每點一次爐的費用約為7000元，由于我廠在正常情況下是1#、2#小爐加3#或4#爐中的一臺爐運行，若是正常情況下3#或4#爐由于給煤系統(tǒng)的問題而停爐，則平均每天的發(fā)電量至少要少發(fā)20萬度，每度電按0.4 元計，則兩天的損失為約為16萬，每年按停兩次來計算，則每年下來其直接或間接損失約為33.4萬余元。
同時，由于原給煤系統(tǒng)中的滑差調速部分結構復雜，容易出現(xiàn)故障，而一旦出現(xiàn)故障短時間內又難以排除，有時候不得已而請外部人員來給維修，使得維修費用大大增加，每次的費用約為1500元，每年按兩次來計算，僅維護費用一年就可節(jié)省3000余元。
綜上所述，給煤系統(tǒng)采用了變頻調速之后，每年在電能、停爐等方面可挽回直接或間接損失約為3７.28萬余元，大大提高了我廠的綜合經(jīng)濟效益，節(jié)約了生產成本。
七、結束語：
此改造可實現(xiàn)電機從50 r/min軟啟動，無啟動沖擊電流。調速范圍寬，調控精度高（可達0.01 Hz）。保護功能完備，具有過壓、過流、缺相、欠壓、短路、堵轉、過熱等全面保護功能，并可顯示電流、頻率、轉速、軸功率、故障報警等。
變頻改造后，由于變頻控制柜及電動機采用全封閉設計，設備運行不再受環(huán)境影響，達到了預期目的。改造投運一年來，設備運行穩(wěn)定，調速平穩(wěn)，能夠滿足機組各種工況下的給煤需求，運行可靠性顯著提高。
財 務 證 明
煤矸石熱電廠3—4號鍋爐給煤改造工程由電氣車間自行設計、自行施工。整個工程歷時10天，嚴格管理，精心操作，節(jié)約工程施工費約2萬元。在投入運行后，經(jīng)過對運行數(shù)據(jù)的分析，每年可節(jié)約電費１５８８４元。同時，由于采用了變頻技術，去掉了原來的滑差調速系統(tǒng)，每年可減少維護費用約３０００元。在給煤系統(tǒng)采用了變頻調速之后，每年在電能、停爐等方面可挽回直接或間接損失約為3３.４萬余元，本工程完工后總計每年可節(jié)約３７萬余元，大大提高了我廠的綜合經(jīng)濟效益，節(jié)約了生產成本。
作者單位：北京京煤集團公司煤矸石熱電廠
地址：北京市門頭溝區(qū)王平村煤矸石熱電廠電氣車間 102301
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文章來源：中國建材網(wǎng) www.bm