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地溝送風_變頻器在鍋爐引風機上的應用工業(yè)自動化基于冗余容錯技


變頻器在鍋爐引風機上的應用
    摘要:交流變頻調速技術是現(xiàn)代電力傳動技術的重要發(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)能及減少設備故障的目標,廠房屋頂電動排氣設備。
關鍵詞: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,煙氣含氧量及相應氣溫、氣壓的相對穩(wěn)定,需要及時的調整引風機的吸風量,車間負壓風機,并靠擋板的開度來調節(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節(jié)是靠調節(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。
  ,廠房降溫負壓風機;    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)行機構力矩大,易出現(xiàn)題目,而且不能長期頻繁調節(jié),其線性度不好,動態(tài)性也不好,構成閉環(huán)自動控制較難。鍋爐調節(jié)擋板開度的執(zhí)行機構由于擋板卡死經(jīng)常將其拐臂或底座拉斷,以及開關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
      國內現(xiàn)行的火電設計規(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 轉數(shù);動力 轉數(shù)。由轉速公式可知:
                         n=60f(1一S)/p                   (1)
式中:S為轉差率;n為轉子實際轉數(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速n,從而也就實現(xiàn)對風量的調節(jié)。采用調節(jié)轉速控制風量的方法和常用的調節(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)。
      設風機在設計時工作在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,如采用調節(jié)風門的方法來調節(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。
      假如采用調節(jié)轉速來調節(jié)風量的方法,風機轉速由原來的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,國內風機、水泵變頻調速技術改造投進資金就達到35億元,改造總容量達100萬kW,均勻回收期為2年。
      隨著鍋爐負荷的調整,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,應采用變頻調速技術控制風機轉速來控制實時變化的風量。采用交流變頻調速有很多特性:調速時平滑性好、效率高、穩(wěn)定性好;調速范圍較大、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,便于安裝、調試、維修;易于實現(xiàn)過程自動化;在恒轉矩調速時,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)采用變頻調速技術對引風機系統(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速節(jié)能運行,不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術手段,而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉變的必然要求。
參考文獻:
[1] 張燕賓.變頻調速應用實踐.北京:機械產(chǎn)業(yè)出版社,2004.
[2] 竺偉,陳伯時.高壓變頻調速技術.電工技術,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用


基于冗余容錯技術的高爐鼓風機控制系統(tǒng)優(yōu)化改造
    
基于冗余容錯技術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)代冗余容錯技術的高爐鼓風機自控系統(tǒng)適應性優(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,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。冗余容錯技術是近幾年發(fā)展起來的新興技術,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用。在這次改造中主要從電源、網(wǎng)絡結構、工藝聯(lián)鎖參數(shù)三個方面進手,廣泛的應用了該技術。

2 電源冗余優(yōu)化

控制系統(tǒng)對交流電源的電源品質要求不是很苛刻,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)絡拓撲結構優(yōu)化

熱電廠1#風機原通訊電纜為細同軸電纜,網(wǎng)絡結構為總線型結構,同軸電纜的連接頭與網(wǎng)絡接口卡的連接經(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)絡只有1臺上位機,當上位機發(fā)生死機情況時,短時間內將看不到機組的運行情況,對于高速運轉的設備來說比較危險。因此根據(jù)生產(chǎn)的實際需要對該機組的網(wǎng)絡拓撲結構進行改造,改造前、后的網(wǎng)絡結構圖如圖2所示。


圖2 改造前后網(wǎng)絡拓撲結構圖

在網(wǎng)絡中增加了1臺HUB集線器,將網(wǎng)絡結構由總線式網(wǎng)絡改造成星形網(wǎng)絡,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轉換接頭,將AUI接口轉換為RJ-45接口,實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡的優(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)絡結構進行了如下改造:5#風機原有的拓撲結構如圖3所示。原有的網(wǎng)絡不能實現(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)絡結構進行了修改,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)絡結構,而且使整個網(wǎng)絡實現(xiàn)了完全冗余,一條網(wǎng)絡上的任何一個元件損壞,整個網(wǎng)絡都會保持通暢,不影響正常生產(chǎn)。


圖3 原有網(wǎng)絡拓撲結構

4 工藝聯(lián)鎖參數(shù)

對于高速旋轉的設備,喘振工況的檢測至關重要。假如汽機轉速正常,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)絡拓撲結構圖


圖5 喉差三選二判定

這些壓差開關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,則立即進行相應的延時,DCS和PLC的輸出同時控制現(xiàn)場設備,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 結束語

有統(tǒng)計資料表明,實際應用中DCS的功能僅發(fā)揮30%以下。在原有DCS基礎進行改造實現(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年度科技攻關一等獎和2003年萊鋼級技術鑒定,達到省內先進水平,實際應用效果非常好,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。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。 相關閱讀:
本規(guī)程適用機型:Q4-200-125

1、遵守鑄造設備通用操作規(guī)程。
2、工作前還應該遵守:
a、 檢查冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)是否暢通,如不暢通,應立即通知維修人員修理;
b、 檢查進風口伐門是否關閉,如沒有關閉,應立即關閉;
c、 檢查油箱的油液是否足夠,如不足夠,應予加夠;
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,應予調整或更換。
3、工作中還應該遵守:
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,然后關閉電動油泵;
e、 在設備運轉過程中,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,除操作維修有關仍員外,其他人員禁止入內。
5、工作后還應該遵守:
a、停機時,先啟動電動油泵,關閉進風口伐門;
b、進風口伐門關閉后,再停鼓風機;
c、鼓風機完全停止后,關閉電動油泵,最后關閉冷卻水伐門。


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