英威腾CHH100高压变频器在火电厂引风机上的应用

一、概述

   引风机是火电厂燃煤锅炉引风系统的主要设备之一。通过控制引风机入口挡板调节引风量，维持炉膛负压在一定的范围内运行。如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷粉，既影响环境卫生，又可能危及设备和操作人员的安全；负压太大，炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带来的热量损失。因此，控制引风量大小，稳定炉膛负压值，对保证锅炉安全、经济运行具有十分重要的意义。

二、改造情况

2.1运行工况

   根据机组负荷的变化，机组控制系统将负荷指令传递至燃料系统实现整个系统的自动平衡，达到安全稳定运行的目的。在机组负荷调节范围大，负荷调节快的情况下，循环流化床需调节给煤量，空气量和返料循环量，其负荷须可在30%-110%之间调节；此外由于截面风速高和吸热控制容易，循环流化床锅炉负荷调节速率要求也很快，一般达每分钟4%。因此，通过采用调节一次风压、风量，实现燃料系统快速负荷响应，就对风量的供给及使用等工艺指标提出了很高的要求。一方面，系统对风压要求严格，过高影响喷燃器的火焰形态、过低风导致燃烧不充分。另一方面，系统对风量的控制受到诸多因素的影响，风温的变化、锅炉负荷的变动，都直接影响风量的控制指标。由于目前引风机风量调节方式不能很好的满足锅炉燃烧能力及稳定性运行需要，所以有必要对引风机进行节能和调节性能改造，来满足机组整体调节性能需要。系统工艺流程见下图所示：

2.2一次动力系统策略

   为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（其中QF为甲方原有高压开关）。要求QS2不能与QS3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。

为了实现变频器故障的保护，变频器对6KV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF，要求甲方对QF的合分闸电路进行适当改造。工频旁路时，变频器应允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。设计方案如下：

一拖一手动旁路图

三、控制系统方案

   由于4#机组自动化投入率比较高，为减少此次引风机系统变频改造对整个锅炉系统的影响，仍然由DCS实现引风系统投自动的控制逻辑与炉膛负压PID调节，变频器作为一个执行设备，接收DCS来的炉膛负压调节信号，实现引风机转速调节与挡板开度调节的协调控制。改造前后DCS控制逻辑SAMA图如下所示：

   对于DCS来说，引风系统改造前后的区别是控制对象不再是挡板而是引风机负荷率，DCS根据系统工况判断所需要的引风机负荷率，直接控制引风机转速与挡板开度，满足炉膛负压的控制需要。

四、运行工况分析

   由于循环流化床锅炉在炉膛冒正压的情况下容易发生爆炸，而炉膛负压过大也非常危险，此次改造对现有炉膛负压保护逻辑不做变更，在引风协调控制单元中加入快速负荷平衡回路，确保炉膛负压及系统安全。对应两台引风机变频设备配合有多种运行方式，具体控制方式如下：

1)单侧引风机工频运行

  单侧引风机工频运行与目前现场运行工况相似，系统启动后，DCS手动调节引风机控制信号直接控制引风机挡板开度，控制引风机负荷维持炉膛负压。当机组负荷变化时可通过HCU-YF直接手动给定引风机挡板开度，实现锅炉系统安全稳定运行。

2）单侧引风机变频运行

  对于锅炉引风系统单侧引风引变频运行的情况，变频启动时，引风机负荷为30%，同时，引风机挡板开度参与调节，当引风机挡板开度在90%以上时，HCU-YF协调调节引风机转速控制引风机负荷确保炉膛负压稳定，挡板开度调节和变频转速调节方式的切换回差为80%～90%，当挡板开度信号低于80%采用挡板开度调节方式。

3)两侧引风机工频运行

  两侧引风机工频运行的情况与目前现场运行工况类似，引风系统投自动时，HCU-YF通过控制挡板开度来控制引风机负荷，同时接受外围干预，现有控制逻辑和闭锁保护不做更改。

4)两侧引风机变频运行

  对于两侧引风机变频运行的情况，在点炉时，变频风机启动实际频率不小于15Hz，引风机负荷为30%，为有效防止炉膛负压过低，HCU-YF控制引风机挡板开度参与调节。锅炉负荷变化后，当挡板开度在90%以上时，HCU-YF协调调节引风机转速控制引风机负荷确保炉膛负压稳定，挡板开度调节和变频转速调节方式的切换回差为80%～90%，即当挡板开度信号低于80%时，采用挡板开度调节方式。

5）两侧引风机一工一变运行

  两侧引风机一侧工频运行一侧变频运行的情况，在这种运行方式下，挡板调节和转速调节要配合调节，控制目标是风压和风量，引风协调控制单元开度函数器根据锅炉负荷、两侧引风机的处理等指标计算挡板开度，保证变频引风和工频引风的烟气出口风压和风量基本平衡和两侧引风机管路的一致性，保证系统良好的响应能力。此时，挡板开度调节为粗调节方式，变频转速调节作为细调节方式，通过协调控制单元保证炉膛负压在目标控制范围内。在单台设备出现事故的情况下HCU-YF及时动作，给定提高引风机转速的信号，同时，挡板控制手动操作可参与调节，防止故障过程中炉膛压力波动过大。

五、总结

   经改造后的引风机转速调节与改造前的控制阀门开度调节相比，除了上述直接经济效益外，还有许多间接经济效益：

（1）采用变频调速，消除了大电动机启动时对电网电压的波动影响。

（2）采用变频调速，消除了大电动机大电流启动时的冲击力矩对电机损坏。

（3）采用变频调速，延长了电机、管道和阀门的使用寿命，减轻了维修人员的工作量，降低了维修费用。

（4）提高了系统自动装置的稳定性，为系统的经济优化运行提供了可靠保证；系统的运行参数得到改善，提高系统效率。

参考文献：

[1] 《CHH100系列高压变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2]  徐甫荣  《高压变频调速技术工程实践》中国电力出版社  2012-01出版