一、引言
垃圾焚燒處理方法中，垃圾的燃燒過程，本質上是質量傳遞、熱傳遞、動量傳遞、化學反應、結構變化等物理化學反應綜合在一起的一個復雜過程。其中，垃圾焚燒余熱的利用成為人們普遍關注的問題，其利用方式主要有三種：發電、供熱和熱電聯產，受我國可再生能源的影響，絕大多數垃圾焚燒余熱都是用于發電，極少部分開始用于供熱或熱電聯產。利用垃圾焚燒發電，可以有效利用能源，解決垃圾圍城的環境污染問題。
二、電廠發電工藝介紹
2.1該項目實施的垃圾焚燒發電廠為凝汽式垃圾焚燒電廠。工藝流程為：
圖1垃圾焚燒發電工藝流程圖
2.2垃圾焚燒發電廠主要包括以下六個系統：
2.3垃圾焚燒發電廠汽水系統基本流程及組成：
圖2汽水系統工藝流程圖
過熱蒸汽——〉主蒸汽管道——〉汽輪機（沖動汽輪機葉片轉動，帶動發電機旋轉產生電能，自身溫度、壓力下降）——〉凝汽器（被冷卻水/循環水冷卻）——〉凝結水匯集在凝汽器中的熱水井中——〉經凝結水泵打至低壓加熱器中加熱——〉由除氧器除氧并繼續加熱成為鍋爐給水——〉經給水泵升壓和高壓加熱器加熱后送入鍋爐汽包
2.4引風機工藝介紹：
根據GB50049-94《小型火力發電廠設計規范》規定：對于鍋爐風機裕量不宜小于計算風量的10%，壓頭不宜小于計算壓頭的20%。垃圾焚燒發電廠的運行工況特點：機組的大修周期較短；設備常因腐蝕等原因發生泄漏，引起風量增加；因長期運行、管道積灰和堵塞等原因引起煙道阻力增加；鍋爐摻燒煤種的變化也可能引起風量和壓力的變化等。基于上述原因，在對鍋爐風機選型時，風量和壓頭的裕量達到20%-30%是比較常見的。由于生活垃圾可燃燒成分的多樣性，當供熱負荷發生變化時，在鍋爐低負荷運行工況下對風機的調節尤其重要。
對于垃圾焚燒發電廠，主要通過引風機來調節鍋爐爐膛要求的壓力，使爐膛保持在一定的負壓，確保焚燒及煙氣凈化系統正常穩定運行。當變頻器故障后，爐膛壓力變化波動較大，因此需要系統停機，等待變頻器修復，因此對變頻器可靠性要求較高。
三、項目概況
該項目實施的垃圾焚燒發電廠工程建設規模為40MW機組，每套配有引風機4臺，功率為10kv/560KW。由于機組負荷的變化擋板控制，導致部分能量浪費，而且控制效率低；改造后采用高壓變頻器調節速度，機組風機高效運行，達到生產效率及用電方面節能。
四、變頻系統方案
4.1現場電機參數
4.2風機參數
4.3高壓變頻器選型
根據現場電機參數及實際運行需求，對高壓變頻器進行如下選型：
4.4方案介紹
該項目實施的垃圾焚燒發電廠采用匯川技術生產的HD9X系列高壓變頻器，采用自動一拖一控制方案。變頻調速系統接入電廠現有的DCS系統，DCS根據生產的負荷情況，對風機風量進行實時控制，并且對4臺高壓變頻器運行狀態進行集中監控。
4.4.1一次系統方案
4臺450KW引風機均采用一拖一自動切換方案。其主回路如下圖所示：
圖3 一拖一自動旁路變頻器方案
方案說明：
KM1、KM2、KM3為3個接觸器，其中KM1、KM2處于變頻運行回路上，KM3為用戶工頻回路接觸器。KM2與KM3采用機械和電氣互鎖，確保不向變頻器輸出端反送電。
當變頻運行時，KM1、KM2閉合，KM3斷開，合上高壓開關柜QF1，電機變頻運行；
當工頻運行時，KM1、KM2斷開，KM3閉合，合上高壓開關柜QF1，電機工頻運行。
這是高壓變頻器工變頻自動切換的典型應用。
4.4.2控制系統方案
采用集控DCS給定模擬信號控制變頻器輸出頻率，變頻器作為DCS的執行機構，即使發生模擬信號給定掉線或短路時，變頻器不僅可以提供報警信號，也可以同時保持原有輸出頻率不變。
高壓變頻器與DCS系統有較好的接口能力，其控制部分由高速DSP+RAM+FPGA作為核心的處理器共同構成。DSP實現矢量控制算法和功率單元的保護。人機界面提供友好的全中文監控界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。DCS系統與高壓變頻器之間的信號開關量15個，模擬量3個，共有18個；DCS系統與旁路柜之間的信號3個，均為開關量信號在0~50Hz范圍內運行。具體接口信息如下：
圖4 端口通信圖
變頻器采用三線式或兩線式控制模式均可，通過DI9、DI10兩個端口分別控制變頻器啟動、停止，頻率給定采用4~20mA模擬量信號，對應變頻器輸出頻率0~50Hz；
與高壓開關柜聯鎖信號：
1）合閘允許：常開接點，閉合有效，此信號串聯在供電高壓開關柜的合閘回路中，當變頻器自檢完成或系統處于工頻狀態時，信號閉合，允許用戶合高壓電；
2）高壓跳閘：常閉接點，斷開有效，此信號并聯在供電高壓開關柜的分閘回路上，當變頻器發生重故障或急停信號有效時，分斷用戶高壓電；
變頻器DO信號：
以上輸出信號全部為獨立無源干接點，默認為常開接點，閉合有效，容量大小為250V AC 5A。
變頻器DI信號：
以上輸入信號僅需客戶提供獨立無源干接點，脈沖信號，除急停外，其它信號均默認為常開接點，閉合有效；
變頻器AI信號：
變頻器AO信號：
注：如果有特殊接口需求，可提前與我公司聯系，進行定制；
五、匯川HD9X系列高壓變頻器可靠性保障
1、先進的異步電機磁鏈閉環矢量控制算法
HD92系列高壓變頻器具備獨有的磁鏈閉環矢量控制技術，基于電機d-q軸數學方程式解析，通過對電機的磁鏈、電流進行解藕，完成對磁鏈、電流閉環控制。從矢量控制最基層的角度全面掌握電機運行曲線，實現了對電機的磁鏈閉環矢量控制。控制算法框圖如下：
圖5：矢量控制算法框圖
這種矢量控制算法在保持較高動態性能的基礎上，克服了轉子電阻、電感參數對調速系統性能的影響。對電機轉速控制精度高，加速時電流環響應快，低頻運行時轉矩響應可達750rad/s，并且能夠實現更高的節電效率。磁鏈閉環矢量控制算法解決了擠出機啟動轉矩大，加速大電流，穩速精度高等高要求，保證了產線可靠運行。
2、可靠的非對稱機械旁路技術
匯川HD92高壓變頻器功率單元采用兩電平拓撲結構，輸出采用機械旁路設計，整個功率單元由全橋整流、直流濾波、逆變三大部分組成，功率單元拓撲結構如下：
圖6：功率單元拓撲圖
功率單元整體拓撲結構為交一直一交三相整流/單相逆變輸出結構.整流側為二極管三相全橋整流，將輸入的三相交流整成直流，并通過電容器濾波。逆變側為IGBT模塊H橋單相逆變，通過對逆變橋進行SPWM控制，得到正弦的單相交流輸出。其中每個單元均配備了機械旁路功能，同時采用非對稱旁路技術，可靠性與穩定性大大提升。
圖7：非對稱旁路技術示意圖
如上圖所示，HD92系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。HD92的非對稱技術可以實現比傳統旁路方案更高的電壓輸出幅值，電壓輸出能力相比傳統方式最高能提高20%，這使得整個系統的可靠性大大提高。
3、柔和快速的飛車啟動功能
HD92系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對擠出機生產的影響以及對電網的沖擊，避免了膠料因意外停機凝固在螺桿中的情況。現場調測時的波形圖如下。
圖8：飛車啟動波形圖
4、長壽命設計
匯川技術HD9X系列高壓變頻器全部采用85℃10000小時長壽命電容，使用壽命為普通電解電容的5倍以上，確保了變頻器的使用壽命；
六、總結
匯川技術依托多年的自動化行業的應用經驗，對電力行業的變頻應用具有獨到的方案解決能力，匯川技術高壓變頻器不僅在電廠的風機上有良好的運行，在電廠端的循環水泵、凝結水泵、給水泵等都有良好的運行案例， HD9X系列高壓變頻器得到了電力客戶的一致好評，匯川技術有限公司生產的高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于電力、冶金、化工、市政、橡膠等多個應用領域，公司一直本著以用戶的實際需求來創造產品，給用戶提供最佳的控制方案為宗旨，在各行業得到用戶的一致認可！
