【摘要】：本文主要介紹北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT系列高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，應(yīng)用于梅州寶麗華集團(tuán)荷樹園發(fā)電廠，主要涉及改造的風(fēng)機(jī)有：引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、硫化風(fēng)機(jī)等。通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，采用變頻調(diào)速技術(shù)來控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)壓，不僅可以起到節(jié)約能源的作用，還可以提高其控制精度和縮短響應(yīng)時(shí)間，從而使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行更加合理可靠。
　　
　　【關(guān)鍵詞】：高壓變頻器、循環(huán)流化床鍋爐、引風(fēng)機(jī)、一、二次風(fēng)機(jī)、流化風(fēng)機(jī)。
　　
　　鍋爐的燃燒方式的三種形式：層燃（火床燃燒）、室燃（懸浮燃燒）、沸騰燃燒（介于前兩者之間）。循環(huán)流化床屬于沸騰燃燒方式，即所謂的半懸浮燃燒方式，適用于燃燒顆粒狀固體燃料。
　　
　　在循環(huán)流化床鍋爐中，存有大量床料，啟動(dòng)時(shí)人為添加床料，在鍋爐運(yùn)行時(shí)床料主要由煤中的灰、未反應(yīng)的石灰石、石灰石脫硫反應(yīng)產(chǎn)物等構(gòu)成。床料在從布風(fēng)板下送入的一次風(fēng)的作用下處于流化狀態(tài)，煤粒、床料及石灰石被煙氣夾帶在爐膛內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，在爐膛的不同高度部分大顆粒將沿著爐膛邊壁下落，形成物料的內(nèi)循環(huán)；較小固體顆粒被煙氣夾帶進(jìn)入分離器，進(jìn)行分離，絕大多數(shù)顆粒被分離下來，一部分通過回料閥直接返回爐膛，另一部分通過外置式換熱器后返回爐膛，形成物料的外循環(huán)；飛灰隨煙氣進(jìn)入尾部煙道。通過爐膛的內(nèi)循環(huán)和爐外的外循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)燃料不斷的往復(fù)循環(huán)燃燒。
　　
　　2.1循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：
　　
　　優(yōu)點(diǎn)：燃料適性好、燃燒效率高、氣體污染物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、飛灰和爐渣可綜合利用等；循環(huán)流化床技術(shù)是目前zui成熟，并已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)行的潔凈煤燃燒技術(shù)，在燃用劣質(zhì)燃料和污染控制方面得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。
　　
　　缺點(diǎn)：由于流化床*的布風(fēng)板裝置和飛灰再循環(huán)燃燒系統(tǒng)，使送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓一般運(yùn)行在10KPA以上。由于風(fēng)壓的增大，使得鍋爐受熱面、耐火防磨內(nèi)襯材料、風(fēng)帽等系統(tǒng)的磨損度比一般的高，冷渣器的落渣堵塞，燃煤粒徑過大，灰渣含碳量高、蒸汽溫度難以保證，由于風(fēng)壓的增大，也使得循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)電耗大，煙風(fēng)道阻力高缺點(diǎn)。一般循環(huán)流化床鍋爐用電比率比煤粉爐至少高4%－5%以上。
　　
　　循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)煙系統(tǒng)：
　　
　　循環(huán)流化床鍋爐示意圖如圖所示：　　循環(huán)流化床鍋爐通過一次風(fēng)機(jī)（有的鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)共用，稱為送風(fēng)機(jī)或者鼓風(fēng)機(jī)），將先經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱過的熱空氣，送入爐膛，主要是流化爐內(nèi)物料，同時(shí)提供爐膛下部密相區(qū)燃料燃燒所需要的氧氣。對(duì)于容量較大的流化床鍋爐，還專門設(shè)計(jì)有多臺(tái)流化風(fēng)機(jī)，起到流化爐內(nèi)物料的作用。同時(shí)，通過二次風(fēng)機(jī)，提供補(bǔ)爐內(nèi)燃料燃燒所需要的氧氣并加強(qiáng)物料的摻混，還對(duì)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)合的分布。爐膛里燃燒后的煙氣，通過循環(huán)灰分離器，飛灰回送裝置等，將燃燒未完充分的煙氣循環(huán)燃燒，廢氣zui后經(jīng)過除塵器，通過引風(fēng)機(jī)排入大氣中。
　　
　　2.2循環(huán)流化床風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制難點(diǎn)：
　　
　　由于循環(huán)流化床鍋*的燃燒特性，使得其對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓的控制的要求更高：
　　
　　A、通過一次風(fēng)壓與風(fēng)量的保證物料在爐膛內(nèi)的正常流化，并要使風(fēng)量與燃料量相匹配，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；
　　
　　B、必須使引風(fēng)量與送風(fēng)量相匹配以維持爐膛壓力在正常范圍內(nèi)（一般為較小負(fù)壓），以保證鍋爐的安全性。為了保證物料的流化，循環(huán)以化床鍋爐所配置的一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓都較高。
　　
　　循環(huán)流化床鍋爐的燃燒要求以上各風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需要隨時(shí)調(diào)整，以保證鍋爐正常燃燒。但對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上的風(fēng)機(jī)，一般均采用入口導(dǎo)流器（即擋板或者風(fēng)門）的開度調(diào)節(jié)風(fēng)壓與風(fēng)量。由于一般設(shè)計(jì)的風(fēng)量、風(fēng)壓均按需求比額定工況留有較大裕量，因此一般風(fēng)機(jī)選型和電動(dòng)機(jī)的選型偏大，運(yùn)行中又由于負(fù)荷的變化可能經(jīng)常需要調(diào)節(jié)，實(shí)際風(fēng)門開度在30%~90%之間調(diào)整，且風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)量線性度不好，在進(jìn)行風(fēng)門開度調(diào)節(jié)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)量變化異常情況，調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度也跟不上，加大了調(diào)節(jié)的難度。再者通過風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，使得風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作的低效區(qū)，浪費(fèi)大量能源。
　　
　　三、循環(huán)流化床風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的變頻改造
　　
　　對(duì)于大容量的循環(huán)流化床鍋爐，采用的是雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其可靠性要求與普通煤粉鍋爐相同，當(dāng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)（變頻器）故障時(shí)，不至于引起鍋爐滅火，只是會(huì)引起比較大的擾動(dòng)，并會(huì)甩掉一部分負(fù)荷。為將擾動(dòng)降到zui小，所以對(duì)于大容量的循環(huán)流化床風(fēng)機(jī)的一、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的變頻改造采用了“一拖一”自動(dòng)旁路控制系統(tǒng)，而對(duì)于兩用一備用流化風(fēng)機(jī)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，則采用“一拖一”手動(dòng)旁路的控制系統(tǒng)，以下本文簡(jiǎn)單介紹HARVEST系列的變頻器及兩種控制系統(tǒng)在循環(huán)流化床風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用。
　　
　　3.1HARVEST系列高壓變頻器的介紹：　　北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的HARVEST系列為單元串聯(lián)多電平高壓變頻器，采用多個(gè)獨(dú)立的低壓功率單元串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，主要包括移相變壓器與功率單元兩大部分。并輔以其他控制系統(tǒng)，如主控箱、PLC等，讓變頻器的運(yùn)行狀態(tài)能夠?qū)崟r(shí)記錄，并有完整的保護(hù)功能
　　
　　A、移相變壓器，主要功能為將輸入電壓降為700V左右的電壓，供給功率模塊，并通過多重化設(shè)計(jì)，使得變壓器二次側(cè)各繞組的諧波電流相互抵消，基本上消除了變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。
　　
　　B、功率單元是整臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，每個(gè)功率單元都相當(dāng)于一臺(tái)交－直－交電壓型單相輸出的底壓變頻器，輸出等幅的PWM波形，但每個(gè)功率單元相互間有確定的相位偏移，串聯(lián)疊加以后，在變頻器輸出側(cè)得到的是正弦階梯狀PWM波。
　　
　　C、變頻器的控制采用DCS遠(yuǎn)程控制，通過一路4-20MA模擬量，直接控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量的目的。在DCS側(cè)，通過自動(dòng)控制程序，根據(jù)負(fù)荷、爐膛壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。
　　
　　D、變頻器控制電源采用兩路交流220V電源，兩路電源互為備用，在其中一路電源失電之后可以進(jìn)行無擾切換，并將報(bào)警信號(hào)送至DCS，方便檢修人員的故障排除。
　　
　　E、變頻器冷卻采用空水冷方式冷卻加空調(diào)輔助冷卻，變頻器散熱的熱風(fēng)，通過水冷器進(jìn)行熱交換，又回到室內(nèi)繼續(xù)循環(huán)，采用空水冷方式冷卻，變頻器室實(shí)際與外界沒有空氣交換，對(duì)變頻器室的環(huán)境起好很好的改善效果，同時(shí)，在后期維護(hù)上，空水冷相對(duì)于其他散熱方式，如空調(diào)循環(huán)，維護(hù)量都相對(duì)應(yīng)少很多。在變頻室內(nèi)還安裝有空調(diào)，在空水冷設(shè)備正常投入使用的情況下，空調(diào)只做為備用。
　　
　　3.2“一拖一”手動(dòng)旁路變頻改造介紹，主要應(yīng)用負(fù)載為流化風(fēng)機(jī)：　　如圖所示，“一拖一”手動(dòng)旁路變頻器一次回路由三個(gè)手動(dòng)刀閘構(gòu)成，變頻器輸入刀閘QS1，變頻器輸出刀閘QS2，工頻旁路刀閘QS3。并且三個(gè)刀閘之間有完整的互鎖功能：變頻器輸出刀閘QS2與工頻旁路刀閘QS3之前的機(jī)械互鎖，其中一個(gè)合閘之后，另一個(gè)不能合閘，主要是防止兩個(gè)刀閘同時(shí)合閘時(shí)，變頻器的反送電，導(dǎo)致變頻器功率單元的損壞。
　　
　　循環(huán)流化床鍋爐的流化風(fēng)機(jī)一般是三到五臺(tái)，主要看爐膛及風(fēng)煙管道的結(jié)構(gòu)及配套風(fēng)機(jī)功率大小，寶麗華電廠流化風(fēng)機(jī)為三臺(tái)，正常運(yùn)行情況下為兩用一備，其中備用流化風(fēng)機(jī)變頻器處于熱備用狀態(tài)，即變頻器的輸入刀閘QS1與輸出刀閘QS2為合閘狀態(tài)，且高壓開關(guān)QF在合閘狀態(tài)，變頻器處于高壓帶電待機(jī)狀態(tài)，在其他兩臺(tái)風(fēng)機(jī)或者變頻器如果出現(xiàn)故障時(shí)，可以隨時(shí)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，立即投入使用，再將故障風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行檢修，檢修完畢后再投入備用。
　　
　　由于流化風(fēng)機(jī)是兩用一備，在其出現(xiàn)故障之后可以立即開啟備用風(fēng)機(jī)，留有充裕的檢修時(shí)間，所以考慮到經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，采用“一拖一”手動(dòng)旁路系統(tǒng)即可滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。
　　
　　3.3“一拖一”自動(dòng)旁路變頻改造介紹，主要應(yīng)用負(fù)載為引風(fēng)機(jī)，一、二次風(fēng)機(jī)：　　如圖所示，“一拖一”自動(dòng)旁路變頻器一次回路由兩個(gè)手動(dòng)刀閘及三個(gè)真空接觸器構(gòu)成，變頻器輸入刀閘QS1，輸入接觸器KM1，變頻器輸出刀閘QS2，輸出接觸器KM2，工頻旁路接觸器KM3。要檢修變頻器時(shí)，可以將手動(dòng)刀閘QS41與QS42斷開，形成明顯的斷點(diǎn)，以確保安全。變頻運(yùn)行時(shí)，合上KM41與KM42，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分?jǐn)郖M41與KM42，并延時(shí)合上KM43，電機(jī)以工頻狀態(tài)運(yùn)行。
　　
　　雖然對(duì)于雙風(fēng)機(jī)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)有故障時(shí)，鍋爐并不會(huì)熄火，只需要降負(fù)荷運(yùn)行。為保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)，一、二次風(fēng)機(jī)采用“一拖一”自動(dòng)旁路系統(tǒng)，在變頻器發(fā)生故障時(shí)，變頻器將自動(dòng)將KM41與KM42分閘，并發(fā)“重故障”狀態(tài)信號(hào)至DCS，DCS接到變頻器“重故障”狀態(tài)信號(hào)之后，開始發(fā)出關(guān)風(fēng)門指令，當(dāng)風(fēng)門關(guān)到一定開度時(shí)，變頻器自動(dòng)合上KM43，此時(shí)風(fēng)機(jī)以工頻狀態(tài)運(yùn)行。
　　
　　在經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次的試驗(yàn)后，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，此時(shí)風(fēng)門開度關(guān)到30%左右為*值，此時(shí)再將風(fēng)機(jī)以工頻狀態(tài)運(yùn)行起來，對(duì)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的影響zui小。在多次試驗(yàn)風(fēng)門開關(guān)速度以后，確定了變頻器故障切換工頻的時(shí)間，即當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障之后立刻開始計(jì)時(shí)，并分閘KM41與KM42，同時(shí)發(fā)“重故障”信號(hào)至DCS，DCS開始執(zhí)行關(guān)風(fēng)門邏輯，在經(jīng)過29秒之后，風(fēng)門大概關(guān)至30%開度，此時(shí)變頻器自動(dòng)將KM43合閘，風(fēng)機(jī)恢復(fù)工頻運(yùn)行。
　　
　　所以，對(duì)于引風(fēng)機(jī)、一、二次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)來說，當(dāng)變頻器有故障時(shí)，只有大概30秒左右的負(fù)荷壓力波動(dòng)時(shí)間，即可以恢復(fù)到雙風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。這樣可以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
　　
　　可能對(duì)于不同現(xiàn)場(chǎng)來說有不一樣的運(yùn)行工況，可能風(fēng)門的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間也不盡相同，HARSVERT系列變頻器可以從界面上面自由設(shè)定切換工頻的時(shí)間，以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)的工況的要求。
　　
　　四、結(jié)束語：
　　
　　對(duì)于寶麗華集團(tuán)荷樹園電廠變頻器的改造情況來看，循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的變頻改造取得了很好的效果，方便了運(yùn)行人員的調(diào)節(jié)，整個(gè)鍋爐運(yùn)行工況相對(duì)于工頻狀態(tài)下穩(wěn)定得多，再者，通過變頻改造，也降低了廠用電比率，起到很好的節(jié)能效果。
　　
　　參考文獻(xiàn)資料：
　　
　　【1】倚鵬主編，高壓大功率變頻器技術(shù)原理及應(yīng)用，人民郵電出版社，2008.2*版。
　　
　　【2】中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)編，火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999。