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風機選型與安裝

車間降溫_變頻器在鍋爐引風機上的應(yīng)用工業(yè)自動化基于冗余容錯技


變頻器在鍋爐引風機上的應(yīng)用
    摘要：交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向。文中主要闡述和分析了熱電廠引風機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的一些題目，介紹了變頻器的優(yōu)點。分析了采用變頻器控制引風機的方案，從而實現(xiàn)對引風機的優(yōu)化控制，進而達到了節(jié)能及減少設(shè)備故障的目標。
關(guān)鍵詞：變頻器；節(jié)能；鍋爐
0   引言
      引風機是熱電廠重要的輔助設(shè)備之一，鍋爐引風機是鍋爐助燃的主要部分，它是將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)水磨除塵、靜電除塵器，再經(jīng)煙囪排出的動力設(shè)備。鍋爐燃燒時，負荷發(fā)生變化，為保證爐堂負壓，煙氣含氧量及相應(yīng)氣溫、氣壓的相對穩(wěn)定，需要及時的調(diào)整引風機的吸風量，并靠擋板的開度來調(diào)節(jié)風量的大小。
1   鍋爐引風機現(xiàn)狀分析
       早期熱電廠在選擇鍋爐配套風機時，通常要考慮短期的超負荷能力，并加以適當裕量來確定機型。而在選定鍋爐時，又要根據(jù)工藝最大負荷和適當裕量來確定鍋爐容量。因此，在選定引風機時又受到產(chǎn)品規(guī)格分檔的限制，最后采用引風機容量往往偏大，加之對鍋爐引風機的調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)擋板來完成的，所以當風量變化時，引風機系統(tǒng)會浪費大量的電能。而采用擋板進行風量控制存在很多題目：
      采用擋板控制風的流量時，大量的能量損耗在擋板的節(jié)流過程中，浪費了大量的能源。
    ,負壓風機廠;  煙氣中的灰塵等對擋板的沖擊比較大，易出現(xiàn)故障。由于煙氣中的灰塵經(jīng)常在擋板上結(jié)垢，造成擋板卡死，增加了對擋板的檢驗維護最，故障率較高。
      因擋板動作遲緩，執(zhí)行機構(gòu)長時間運行會出現(xiàn)越來越大的空行程。擋板閥門的執(zhí)行機構(gòu)力矩大，易出現(xiàn)題目，而且不能長期頻繁調(diào)節(jié)，其線性度不好，動態(tài)性也不好，構(gòu)成閉環(huán)自動控制較難。鍋爐調(diào)節(jié)擋板開度的執(zhí)行機構(gòu)由于擋板卡死經(jīng)常將其拐臂或底座拉斷，以及開關(guān)不能到位等一系列題目，加大了對執(zhí)行器的維護量。
2  變頻器的優(yōu)點
      國內(nèi)現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ一79規(guī)定：燃煤鍋爐引風機的風量裕度為5％ ～10％ ，風壓裕度為10％ ～15％ 。根據(jù)《泵與風機》中的理論，在理想的狀況下：風量 轉(zhuǎn)數(shù)；動力 轉(zhuǎn)數(shù)。由轉(zhuǎn)速公式可知：
                         n=60f（1一S）／p                   （1）
式中：S為轉(zhuǎn)差率；n為轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)數(shù)，r／min為電源頻率；p為電機的磁極對數(shù)。
由式（1）可見，只要改變電機的電流頻率I廠，就可以改變電機的轉(zhuǎn)速n，從而也就實現(xiàn)對風量的調(diào)節(jié)。采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制風量的方法和常用的調(diào)節(jié)風門的方法相比，有著明顯的節(jié)電效果，其原理如圖1所示。

      圖1中，曲線1為風機在恒速下的風壓一風量（H?Q）特性曲線；曲線2為恒速下的功率一風量（P 一Q）特性曲線；曲線3為管網(wǎng)風阻特性（風門全開）。
      設(shè)風機在設(shè)計時工作在A點，效率最高，此時輸出風量Q為100％ ，軸功率為Ps1, Ps1與Q1、H1的乘積成正比, ，即Ps1 與AH1OQ1。所包圍的面積成正比。
當需要調(diào)節(jié)風量時，例如，所需風量從100％減少到額定風量的50％ ，即從Q，減少到 時，如采用調(diào)節(jié)風門的方法來調(diào)節(jié)風量，使管網(wǎng)阻力曲線由曲線3變?yōu)榍�4。就是說，減小風門開度，增加了管網(wǎng)阻力。此時，系統(tǒng)的工作點由原來的A點移至B點�？梢钥闯觯L量固然降低了，但風壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2OQ2：成正比，它與P 相比，減少未幾。
      假如采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量的方法，風機轉(zhuǎn)速由原來的n1 降到n2：。根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，可以畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風壓一風量（H?p）特性曲線5，風機工作在C點�？梢�，在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓將大幅度降低到 ，軸功率Ps2（與面積CH3OQ2成正比）也明顯降低。所節(jié)約的功率與面積AH1OQ1。和CH3OQ2之差成正比。由此可見，用調(diào)速的方法來減少風量的經(jīng)濟效益是十分明顯的。
      對于風機和泵類負載，如采用變頻調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電率達20％ 一60％ ，不僅節(jié)電效果明顯，而且易于滿足生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)濟效益十分可觀。僅1995年～1997年間，國內(nèi)風機、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投進資金就達到35億元，改造總?cè)萘窟_100萬kW，均勻回收期為2年。
      隨著鍋爐負荷的調(diào)整，引風機風量也因鍋爐負荷變化而經(jīng)常處于一種低效率狀態(tài)，大量的能量浪費在風道擋板上。從節(jié)能的觀點來看，應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)控制風機轉(zhuǎn)速來控制實時變化的風量。采用交流變頻調(diào)速有很多特性：調(diào)速時平滑性好、效率高、穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍較大、精度高；可實現(xiàn)軟啟、制動功能，起動電流低，節(jié)電效果明顯；變頻器體積小,大型屋頂風機，便于安裝、調(diào)試、維修；易于實現(xiàn)過程自動化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力明顯降低。
3  采用變頻器控制方式
      （1）采用變頻調(diào)速技術(shù)對引風機系統(tǒng)進行改造。鍋爐引風機變頻控制系統(tǒng)工藝圖如圖2所示。


               （2）采用微差變送器（壓力變送器）、變頻器、控制器（PID調(diào)節(jié)器）、引風機組成的壓力閉環(huán)回路，自動控制引風機的轉(zhuǎn)速，使爐膛保持穩(wěn)定的微負壓，這樣既進步了控制精度，又節(jié)約了能源，使引風機控制具有一定的公道性。引風機閉環(huán)控制原理框圖如圖3所示。


      （3）為了使引風機在變頻器故障時也能夠運行，變頻器設(shè)置手動工頻旁路功能，即當變頻器故障時使電機脫離變頻器，將引風機轉(zhuǎn)到工頻旁路狀態(tài)繼續(xù)運行。如圖4所示。

       （4）變頻器與原DCS操縱系統(tǒng)接口時，因變頻器的各控制信號及故障信號的輸出是標準的數(shù)字信號（開關(guān)量）和標準模擬信號（4～20 mA或1～5 V信號），因此與DCS系統(tǒng)可直接連接，接口十分方便。
4   結(jié)束語
      通過對鍋爐引風機節(jié)能控制系統(tǒng)的改造，可以解決擋板卡死及執(zhí)行器拐臂拉斷的題目，但更為主要的是節(jié)能效果明顯。固然改造前期投進比較大，但從長遠來看，其節(jié)約下來的電力本錢遠遠大于投進。鍋爐引風機系統(tǒng)運行也得到有效公道控制。因此，大力推廣風機變頻調(diào)速節(jié)能運行,通風降溫設(shè)備生產(chǎn)廠，不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
參考文獻：
[1] 張燕賓．變頻調(diào)速應(yīng)用實踐．北京：機械產(chǎn)業(yè)出版社，2004．
[2] 竺偉，陳伯時．高壓變頻調(diào)速技術(shù)．電工技術(shù)，1999（3）：26?28．
[3] 竺偉，陳伯時，周鶴良，等．單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器的起源、現(xiàn)狀和展看．電氣傳動，20O6（6）：3?4．
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              變頻器在鍋爐引風機上的應(yīng)用


基于冗余容錯技術(shù)的高爐鼓風機控制系統(tǒng)優(yōu)化改造
    
基于冗余容錯技術(shù)的高爐鼓風機控制系統(tǒng)優(yōu)化改造
作者：趙佳 趙彥奎 郭勇 高洪軍
摘　要(Abstract) 本文主要先容了基于現(xiàn)代冗余容錯技術(shù)的高爐鼓風機自控系統(tǒng)適應(yīng)性優(yōu)化改造，進步高爐鼓風機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障高爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。

1 引言

高爐鼓風機(以下簡稱風機)是給高爐冶煉提供冷風的設(shè)備，其工作原理是通過汽輪機或電機拖動使鼓風機高速旋轉(zhuǎn)，將常溫常壓空氣壓縮到一定壓力溫度后，供給高爐用于鐵水冶煉，完成將蒸汽熱能或電能轉(zhuǎn)化為動能的過程。高爐鼓風機在鐵水冶煉過程中起著非常重要的作用，是制約高爐生產(chǎn)、順產(chǎn)的重要因素之一。

目前萊鋼共有高爐4座，與之配套的風機機組只有5臺，其中3、4#風機為10年前引進的日本原裝風機，設(shè)備及儀控系統(tǒng)部分老化。正常生產(chǎn)過程中，4臺機組供風，只有1臺備用機組。對于風機側(cè)來說，備機嚴重不足，假如1臺運行風機出現(xiàn)故障，備機投進使用，整個熱電廠將面臨著無備機運行的情況。因此非常有必要加強現(xiàn)有的風機機組控制系統(tǒng)的安全可靠的運行。

對于自控系統(tǒng)，進步其穩(wěn)定性、可靠性是目前最迫切的題目。冗余容錯技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)，具有高可靠性、高可用性、無單點故障等多處優(yōu)點，非常適合在風機機組改造中應(yīng)用。在這次改造中主要從電源、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工藝聯(lián)鎖參數(shù)三個方面進手，廣泛的應(yīng)用了該技術(shù)。

2 電源冗余優(yōu)化

控制系統(tǒng)對交流電源的電源品質(zhì)要求不是很苛刻，但對電源的不中斷供電要求特別高，因此風機控制系統(tǒng)都配備了UPS(Uninterruptable power supply)，當市電變態(tài)時，切換到UPS蓄電池供電，保證控制系統(tǒng)正常運行一段時間。

UPS為自控系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了一定保障，但實際運行過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境、電池活化、電網(wǎng)質(zhì)量等諸多因素，UPS在實際切換過程中還存在著很多題目，導致UPS出現(xiàn)各種供電故障。近幾年UPS故障統(tǒng)計表明，UPS出現(xiàn)供電中斷事故主要發(fā)生在由UPS主回路、交流旁路、維修旁路相互切換的過程中，由于在切換過程中瞬態(tài)電壓差的不同，導致了“環(huán)流”，當環(huán)流過大就會造成UPS逆變器故障，導致輸出電源畸變甚至瞬時中斷供電，而且切換過程中故障有隨機性，很難監(jiān)測。因此有必要對電源進行優(yōu)化改造。

假如對UPS進行冗余配置, 會投進很大的本錢，而且無論UPS并聯(lián)還是串聯(lián), 對UPS的同步性、帶階躍性負載能力都有很高的要求�？紤]到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)電源都是冗余配置的, 因此, 可以在UPS負載側(cè)解決電源冗余題目。

控制思路是:電網(wǎng)電源，UPS電源對控制系統(tǒng)同時供電，由DCS自身解決電源冗余切換題目。如圖1所示:


圖1 改造后的電源原理簡圖

根據(jù)以上設(shè)計，當UPS發(fā)生故障時，另一路市電會對系統(tǒng)正常供電;當市電回路出現(xiàn)題目時，UPS所在電源仍然正常工作;即使兩路電源同時出現(xiàn)題目, 只要UPS蓄電池沒有題目，系統(tǒng)仍然能正常運行一段時間。大大增強系統(tǒng)電源的可靠性, 減少了電源故障，進步整個系統(tǒng)的可靠系數(shù)。

3 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化

熱電廠1#風機原通訊電纜為細同軸電纜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為總線型結(jié)構(gòu)，同軸電纜的連接頭與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接經(jīng)常出現(xiàn)松動，引發(fā)過程站與監(jiān)控站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，影響了操縱職員對機組的監(jiān)視和操縱。原網(wǎng)絡(luò)只有1臺上位機，當上位機發(fā)生死機情況時，短時間內(nèi)將看不到機組的運行情況，對于高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備來說比較危險。因此根據(jù)生產(chǎn)的實際需要對該機組的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行改造，改造前、后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。


圖2 改造前后網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

在網(wǎng)絡(luò)中增加了1臺HUB集線器，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由總線式網(wǎng)絡(luò)改造成星形網(wǎng)絡(luò)，把同軸電纜更換為雙絞線，由于控制站接口中無RJ-45接口，在過程控制站通過Dlink轉(zhuǎn)換接頭，將AUI接口轉(zhuǎn)換為RJ-45接口，實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造。優(yōu)化改造后，在運行過程中徹底消除了網(wǎng)絡(luò)通訊時常中斷題目，系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性得到了加強。

根據(jù)現(xiàn)場的需要，對5#風機機組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了如下改造:5#風機原有的拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。原有的網(wǎng)絡(luò)不能實現(xiàn)完全的冗余，當某一個通訊模塊CI830出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)故障CI830所在的整個從站會出現(xiàn)通訊完全中斷，會給生產(chǎn)帶來嚴重后果。在萊鋼某制氧機曾出現(xiàn)過該模塊損壞的案例，造成制氧機停機事故。在論證后，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了修改，采用了具有冗余切換能力的CI840通訊模塊，取代原有的CI830通訊模塊，如圖4所示。不但簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且使整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了完全冗余，一條網(wǎng)絡(luò)上的任何一個元件損壞，整個網(wǎng)絡(luò)都會保持通暢，不影響正常生產(chǎn)。


圖3 原有網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

4 工藝聯(lián)鎖參數(shù)

對于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，喘振工況的檢測至關(guān)重要。假如汽機轉(zhuǎn)速正常，風機喉部壓差過小，此時最輕易發(fā)生喘振。在原來的逆流判定中，僅僅使用了差壓變送器對風機喉部差壓進行逆流判定，由于單個變送器有可能出現(xiàn)電氣故障，如老化斷線或接線端子松動，出現(xiàn)信號誤變化導致誤停機，因此采用了3個喉差開關(guān)三選二邏輯判定的策略, 消除單點錯誤引發(fā)的錯誤判定, 進步風機了穩(wěn)定性和可靠性。


圖4 改造后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖


圖5 喉差三選二判定

這些壓差開關(guān)信號通過繼電器分成兩路:一路進進DCS，參與DCS中的逆流判定;另一路進進一個小型的PLC(OMRON sysmac CPM1A)。這3個壓差信號不論是在DCS中，還是在小型PLC中，都是采用的三取二的表決判定方法，一旦這3個壓差信號中的兩個達到逆流值，則立即進行相應(yīng)的延時，DCS和PLC的輸出同時控制現(xiàn)場設(shè)備，使機組防喘閥打開或聯(lián)鎖停機。這樣就可以進步逆流判定的快速和正確性，一旦DCS出現(xiàn)故障，只要PLC正常，則出現(xiàn)逆流后，經(jīng)過一定的延時，仍然可以使機組防喘閥打開或停機，這樣在DCS出現(xiàn)故障的情況下，仍然可以保護機組。邏輯圖如圖5所示。

對于引起工藝聯(lián)鎖停機的信號，如潤滑油壓低，動力油壓低信號在程序中均增加了三選二邏輯判定;增加兩個溫度開關(guān)與原風機進風溫度熱電阻一起組成三選二邏輯判定，將進風溫度高作為機組安全運行的一個條件，增加機組的安全性能。

5 結(jié)束語

有統(tǒng)計資料表明，實際應(yīng)用中DCS的功能僅發(fā)揮30%以下。在原有DCS基礎(chǔ)進行改造實現(xiàn)先進控制，只需增加10%的本錢，就可得到40%的效益。

利用該自動控制系統(tǒng)優(yōu)化后，熱電廠減少了冷風的放散量約100m3/min左右，每年減少非計劃休風時間約50h，帶來了200多萬元的可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。該優(yōu)化改造獲得了萊鋼自動化部2003年度科技攻關(guān)一等獎和2003年萊鋼級技術(shù)鑒定，達到省內(nèi)先進水平，實際應(yīng)用效果非常好，值得在冶金行業(yè)廣泛推廣。

參考文獻
[1] CI840通訊模塊使用手冊

作者簡介
趙 佳(1976-) 女 助理工程師 1998年畢業(yè)于沈陽大學自控系，在萊鋼自動化部工作至今，目前從事計算機控制系統(tǒng)及熱工儀控系統(tǒng)的維護工作。(end)

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收錄時間:2011年01月25日 15:53:43 來源:趙佳 趙彥奎 郭勇 高洪軍 作者:


鍋爐'>鍋爐風機'>風機采用組性消聲器降低嗓聲的原理是什么? 阻性消聲器是通過在管道內(nèi)用多孔材料覆蓋一對壁面和兩對相對壁面，以消耗聲波能量從而達到降低噪聲效果的消聲器。其消聲性能與電路中電阻消耗電能的作用相似，可在相當寬頻帶范圍內(nèi)起降低噪聲作用，故對降低風機'>風機噪聲、噴氣 發(fā)動機 噪聲和通過管道傳遞語言等聲級非常有效。阻性消聲器的消聲量與材料的聲學性能、氣流自由通道的寬度和消聲器的長度等有關(guān)。材料的吸聲系數(shù)越大，消聲效果越好。自由通道的寬度越狹，長度越長，降低的噪聲級就越高。常用的阻性消聲器有折板式、聲流式和消聲彎頭等。 相關(guān)閱讀:
本規(guī)程適用機型：Q4-200-125

1、遵守鑄造設(shè)備通用操作規(guī)程。
2、工作前還應(yīng)該遵守：
a、 檢查冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)是否暢通，如不暢通，應(yīng)立即通知維修人員修理；
b、 檢查進風口伐門是否關(guān)閉，如沒有關(guān)閉，應(yīng)立即關(guān)閉；
c、 檢查油箱的油液是否足夠，如不足夠，應(yīng)予加夠；
d、 檢查三角皮帶的松緊度和磨損情況，如過緊過松或磨損嚴重，應(yīng)予調(diào)整或更換。
3、工作中還應(yīng)該遵守：
a、 開車時，鉗工、電工、操作工人必須同時都在場，各自做好一切準備；
b、 啟動時，先開冷卻水伐門，再開電動油泵，使壓力達到2公斤/厘米3。
c、 按機且旋轉(zhuǎn)方向，用手扳動葉輪，手離開后，利用慣性，立即起動鼓風機；
d、 鼓風機啟動后，將進風口伐門慢慢打開，并打開主軸帶動的油泵伐門，然后關(guān)閉電動油泵；
e、 在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，如發(fā)現(xiàn)主軸震動，噪音較大，或軸承溫度超地65°С，以及其它異常情況時，應(yīng)立即與生產(chǎn)單位聯(lián)系停機，另換機組；
f、 鼓風機房是生產(chǎn)重地，除操作維修有關(guān)仍員外，其他人員禁止入內(nèi)。
5、工作后還應(yīng)該遵守：
a、停機時，先啟動電動油泵，關(guān)閉進風口伐門；
b、進風口伐門關(guān)閉后，再停鼓風機；
c、鼓風機完全停止后，關(guān)閉電動油泵，最后關(guān)閉冷卻水伐門。


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