運(yùn)動控制

變頻器在鍋爐給水系統(tǒng)中的應(yīng)用

ainet.cn   2008年07月29日
摘 要:張鋼利用變頻器控制鍋爐給水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)了鍋爐汽包水位的自動控制,不僅方便了操作,而且節(jié)約了能源,減輕了水泵和閥門的磨損。

關(guān)鍵詞:變頻器;變頻調(diào)節(jié);鍋爐;給水泵;鍋爐汽包水位

1 前 言

  張店鋼鐵總廠(簡稱張鋼)熱電公司35t燃?xì)忮仩t給水系統(tǒng)采用定速節(jié)流調(diào)節(jié)方式,鍋爐汽包水位采用串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。鍋爐燃料是煉鐵過程中產(chǎn)生的尾氣,其可燃成分主要是CO。受高爐爐況的影響,尾氣壓力及CO含量時(shí)常變化,鍋爐的燃燒狀況也隨之變化,汽包水位及蒸氣壓力變化較大,串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能保證汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi),只能采用手動方式,通過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu),調(diào)節(jié)管道閥門的開度來改變給水流量,以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。這種方式不僅調(diào)節(jié)不便,而且浪費(fèi)大量電能。為此,對鍋爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造,以實(shí)現(xiàn)鍋爐汽包水位的自動控制。

2 改造內(nèi)容

2.1 改進(jìn)鍋爐汽包水位計(jì)
  采用SWJ-13型水位計(jì)測量和顯示鍋爐汽包水位,此水位計(jì)共有13個電接點(diǎn),每個電接點(diǎn)與汽包的一個水位相對應(yīng),水位計(jì)的顯示“0”位置與汽包的最佳工作水位線相對應(yīng)。水位計(jì)輸出4對常開點(diǎn):±50mm處的兩對電接點(diǎn)的輸出對應(yīng)高、低水位報(bào)警線,±150mm處的兩對電接點(diǎn)的輸出對應(yīng)高、低危險(xiǎn)水位線。為確??刂凭龋瑢λ挥?jì)內(nèi)部接線進(jìn)行改進(jìn),引出與±30mm水位線相對應(yīng)的2對常開點(diǎn),作為高、低水位線的控制范圍。
2.2 鍋爐汽包水位的自動控制
  變頻器采用ABB公司的ACS-800系列產(chǎn)品,根據(jù)汽包水位線的位置,對給水泵電機(jī)進(jìn)行恒速控制,使汽包水位穩(wěn)定在±30mm范圍內(nèi),變頻器控制系統(tǒng)原理如圖1所示。圖中J1為啟動/停止選擇,來自操作回路,J1為0時(shí)變頻器停止,J1等于1時(shí)變頻器啟動。K1、K2為對應(yīng)于水位線在±30mm時(shí)水位計(jì)輸出的兩對常開點(diǎn)。K3為自動/手動選擇開關(guān),K3等于0,選擇手動控制方式,使用面板上的電位器手動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,使汽包水位穩(wěn)定在±50mm范圍內(nèi);K3等于1,選擇自動控制方式,利用K1、K2、 K3的邏輯組合控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動調(diào)節(jié)。K1、K2、K3的邏輯組合與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。


圖1 變頻器控制系統(tǒng)原理圖


表1 K1、K2、K3邏輯組合與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系

  直接使用水位計(jì)K1、K2兩接點(diǎn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),水位在±30mm臨界線附近出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象,電機(jī)轉(zhuǎn)速反復(fù)升高、降低3~4次,才能使水位穩(wěn)定。為解決這一“抖動”現(xiàn)象,用K1、K2兩接點(diǎn)分別控制時(shí)間繼電器JS1、JS2,利用時(shí)間繼電器的斷電延時(shí)常開接點(diǎn)JS1、JS2取代圖1中的K1、K2,延時(shí)設(shè)置為5s。

3 改造效果

3.1 給水泵出口壓力比較
  定速節(jié)流調(diào)整流量時(shí),給水泵的特性曲線如圖2中實(shí)線所示,uv為電動閥門在不同開度時(shí)管道的特性曲線,與曲線n=ne的交匯點(diǎn)為水泵在不同流量下的工作點(diǎn)。從圖2中看出,閥門開度從30%變化到100%時(shí),給水泵流量從22t/h變化到40t/h,而給水泵出口壓力在5.8~6.5MPa范圍內(nèi)變化很小。


圖2 給水泵的特性曲線

  變頻調(diào)整流量時(shí)給水泵的特性曲線見圖2中虛線,電動閥門在全開時(shí)管道的特性曲線(uv=100%)與n=100%ne、n=90%ne、n=86%ne、n=75%ne曲線的交匯點(diǎn),為水泵在不同流量下的工作點(diǎn)。從圖中看出,給水泵流量從22t/h變化到40t/h,出口壓力在3.8~4.6MPa范圍內(nèi)變化。
  通過比較看出:給水泵在相同的流量下,變頻調(diào)節(jié)方式的出口壓力要比定速節(jié)流調(diào)節(jié)方式減小2MPa,降低約30%,有效地減小了對水泵及閥門的磨損和損壞,節(jié)約了維修時(shí)間和費(fèi)用。
3.2 給水泵節(jié)能比較
  定速節(jié)流調(diào)節(jié)方式下,滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)鍋爐的給水流量為31t/h,給水管道閥門的開度為70%,給水泵電機(jī)的電流為190A,功率因數(shù)為0.89,電壓為395V,給水泵電機(jī)實(shí)際輸出功率約115kW。
  變頻調(diào)節(jié)方式下,滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)鍋爐的給水流量為31t/h,給水泵轉(zhuǎn)速為2560r/min,給水泵電機(jī)的電流為140A,功率因數(shù)為0.89,電壓為380V,變頻器效率為96%,給水泵電機(jī)實(shí)際輸出功率約85kW。
  通過比較看出:在給水泵流量相同時(shí),采用變頻調(diào)節(jié)方式電機(jī)的輸出功率要比采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式減少30kW,節(jié)電率在26%以上,大約8個月即可收回改造費(fèi)用,節(jié)電效果明顯。
  給水泵變頻改造后,不僅實(shí)現(xiàn)了流量自動調(diào)節(jié),節(jié)約了能源,延長了水泵及閥門的壽命,而且改善了電機(jī)的啟動過程,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動,避免了較大啟動電流對低壓電網(wǎng)和電機(jī)主回路設(shè)備的沖擊。

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