1 概述
火電廠大型煤粉鍋爐的煤粉由磨煤機(jī)磨制。制粉系統(tǒng)分直吹式和儲(chǔ)倉式二類。儲(chǔ)倉式系統(tǒng)一般采用鋼球式磨煤機(jī)，送粉采用乏氣送粉或熱風(fēng)送粉。采用儲(chǔ)倉式系統(tǒng)的鍋爐，燃煤量應(yīng)隨負(fù)荷及工況變化而改變，而改變?nèi)济毫康氖侄问峭ㄟ^改變給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。采用直吹式系統(tǒng)的鍋爐，當(dāng)負(fù)荷及工況發(fā)生變化時(shí)，是通過直接改變給煤機(jī)的給煤量，即調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速來改變鍋爐的燃煤量。以往的煤粉鍋爐一般采用直流調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速或滑差電機(jī)等調(diào)整手段，其中以滑差電機(jī)進(jìn)行調(diào)速較為普遍，此種方法存在設(shè)備復(fù)雜、操作繁瑣、運(yùn)行可靠性差、調(diào)速精度及線性度差、能耗高、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)。近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速器以其體積小、重量輕、可控性可靠性高、通用性強(qiáng)、調(diào)速范圍大、特性硬及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們的青睞。本文就以變頻器在邵武發(fā)電公司2×125MW機(jī)組鍋爐給粉機(jī)上的應(yīng)用及改進(jìn)為例，闡述變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用及其發(fā)展前景。
2 鍋爐給粉機(jī)變頻調(diào)速的工作原理及結(jié)構(gòu)
2.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理
由電動(dòng)機(jī)特性可知,異步電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速(簡(jiǎn)稱電機(jī)轉(zhuǎn)速)為:
n=(1-s)×60×f/p r/min
式中，n—電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速
f—電動(dòng)機(jī)定子供電頻率
p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)
s=(no-n)/no—為轉(zhuǎn)差率
顯然，改變公式中的參數(shù)f、p和s，便可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
以往的電機(jī)調(diào)速大多通過改變參數(shù)p和s實(shí)現(xiàn)的。由于給粉機(jī)所配用的交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)差率s極小，若將這一微小差別忽略不計(jì)，則上述公式可近似等同于給粉機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式。變頻調(diào)速就是通過均勻地改變定子供電頻率f，平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且在調(diào)速過程中，從高速到低速均能保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，以及足夠強(qiáng)度的機(jī)械特性。
2.2 給粉變頻調(diào)速特性
(1) 調(diào)速范圍
理論上講，采用變頻器調(diào)速其范圍為0~100%。但是，根據(jù)不同類型的鍋爐及煤種，一般應(yīng)將轉(zhuǎn)速限制在30~1200rpm，這可通過設(shè)定變頻器的V/f曲線來實(shí)現(xiàn)。
3 給粉變頻調(diào)速系統(tǒng)組成
以邵武發(fā)電公司技改工程為例:給粉機(jī)采用GF-9型，配用的電動(dòng)機(jī)為Y 112-6、380V/2.2kW型，變頻器選用THYEREC-VT210S。該調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器盤、手操器、電源盤、電機(jī)等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
由圖1可見，變頻器是該系統(tǒng)的核心部件。為了保證系統(tǒng)能安全可靠運(yùn)行，操作、維護(hù)方便，本工程給粉機(jī)與變頻器采用一帶一的控制模式(即一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)給粉機(jī)電機(jī))。分三層布置共12臺(tái)。
4 變頻調(diào)速應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)辦法
本變頻調(diào)速系統(tǒng)在投運(yùn)初期，由于給粉機(jī)運(yùn)行工況較為復(fù)雜，其工作環(huán)境較為惡劣，而變頻器內(nèi)部保護(hù)功能又較強(qiáng)，因此，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，多次出現(xiàn)內(nèi)部保護(hù)動(dòng)作而停運(yùn)給粉機(jī)，引發(fā)MFT動(dòng)作。究其原因分析存在以下問題:
(1)由于磨煤機(jī)入口處的木屑分離器分離間隙較大，仍有部分木屑，甚至鐵絲等雜物漏網(wǎng)混入粉倉內(nèi)，由于給粉機(jī)葉輪間隙較小，而導(dǎo)致出現(xiàn)給粉機(jī)被雜物卡澀的現(xiàn)象。在給粉機(jī)被卡后，由于給粉機(jī)電機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，其電流將會(huì)突然增大，而導(dǎo)致內(nèi)部過流保護(hù)動(dòng)作而停運(yùn)給粉機(jī)。
(2)煤粉溫度控制不當(dāng)，使煤粉濕度較大時(shí)，粉倉內(nèi)煤粉不易下滑，使給粉機(jī)進(jìn)料口處形成空洞，隨之造成粉倉上部煤粉垮塌而直接重壓在給粉機(jī)圓盤上，從而使給粉機(jī)刮板無法將進(jìn)料口處堆積過多、過厚的煤粉刮動(dòng)，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，給粉機(jī)電機(jī)電流過大，導(dǎo)致變頻器保護(hù)動(dòng)作而停運(yùn)給粉機(jī)。
(3)風(fēng)粉混合器發(fā)生堵粉現(xiàn)象，使給粉機(jī)出口被堵，導(dǎo)致給粉機(jī)進(jìn)料口產(chǎn)生煤粉堆積現(xiàn)象。而使給粉機(jī)刮板無法將進(jìn)料口處堆積過多、過厚的煤粉刮動(dòng)，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，給粉機(jī)電機(jī)電流過大，導(dǎo)致變頻器保護(hù)動(dòng)作而停運(yùn)給粉機(jī)。
(4) 變頻器的過載能力與其適用電機(jī)容量不相配，導(dǎo)致變頻器過載保護(hù)動(dòng)作而停運(yùn)給粉機(jī)。
(5)所選用變頻器無斷電自復(fù)位功能，在廠用電切換或廠用電短時(shí)失壓給粉機(jī)全停，引發(fā)MFT動(dòng)作，造成事故的擴(kuò)大。
根據(jù)以上幾個(gè)方面的原因分析，在機(jī)組投產(chǎn)后，我們采取了相應(yīng)的措施及改進(jìn)辦法:
針對(duì)上述(1)至(3)存在的問題，我們采用的措施是:A、對(duì)給粉機(jī)機(jī)械缺陷進(jìn)行了徹底的處理，部分機(jī)械部件進(jìn)行了更換，采用了可靠性較高的部件;B、調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口處的木屑分離器分離間隙，通過優(yōu)化調(diào)整分離間隙，消除了漏入粉倉的機(jī)械雜質(zhì);C、加強(qiáng)煤粉溫度的控制，保證了煤粉濕度符合要求;D、對(duì)風(fēng)粉混合器進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)改造，以保證其下粉的流暢。
針對(duì)上述(4)至(5)存在的問題，我們根據(jù)給粉機(jī)的運(yùn)行情況，認(rèn)真核對(duì)變頻器的過載能力與其適用電機(jī)容量，以確保給粉機(jī)機(jī)械、變頻器及電動(dòng)機(jī)能最佳配合。經(jīng)過綜合考慮，變頻器改進(jìn)為帶"轉(zhuǎn)矩矢量控制"新型控制方式的富士FRENIC5000G9S-4JE型(它具有七次失壓自復(fù)歸的功能);電動(dòng)機(jī)改進(jìn)為防爆式Y(jié)B112－3kW/6型(具有較好的抗高溫性能)。
經(jīng)過以上改進(jìn)后二年多來的運(yùn)行實(shí)踐證明，我公司的給粉機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行良好，維護(hù)工作量很小，深受廣大運(yùn)行維修人員的好評(píng)。
5 結(jié)束語
從我公司對(duì)變頻器在給粉機(jī)上的應(yīng)用及改進(jìn)的成功實(shí)踐表明:變頻器取代以往的直流電機(jī)、滑差電機(jī)以及其他機(jī)械調(diào)速裝置，不僅線性度好，靈敏度高，使得電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，而且變頻器能較好地與電廠DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能。上述我公司給粉機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速在解決好工藝系統(tǒng)運(yùn)行工況中存在的問題后(如上面所提的五個(gè)問題)，已確保了給粉均勻、鍋爐燃燒穩(wěn)定，從而進(jìn)一步降低了火電廠的低負(fù)荷穩(wěn)燃投油量，提高機(jī)組的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，火電廠的其他運(yùn)行輔機(jī)設(shè)備，如:凝結(jié)水泵、疏水泵、給煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等應(yīng)用變頻器來進(jìn)行調(diào)速具有較好的前景，可以獲取更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)和更高的節(jié)能效益。目前，我公司已在汽機(jī)的凝結(jié)水泵、疏水泵上應(yīng)用變頻器調(diào)速獲得了很好的效果。可見，變頻器在火力發(fā)電廠中有廣泛的應(yīng)用和良好的發(fā)展前景。