ABB变频器在锅炉给煤机中的应用

　一、概述：
  
　　我厂采用储仓式系统的锅炉，燃煤量应随负荷及工况变化而改变，而改变燃煤量的手段是通过改变给煤机的转速来实现的。当负荷及工况发生变化时，是通过直接改变给煤机的给煤量，即调节给煤机转速来改变锅炉的燃煤量。以往的煤锅炉一般采用直流调速、调压调速或滑差电机等调整手段，其中我厂采用的是滑差电机进行调速，此种方法存在设备复杂、易出现故障点多、操作繁琐、运行可靠性差、调速精度及线性度差、维护工作量大等缺点，同时调速电机长期在额定转速下运行，处于高耗能运行状态，运行极不经济，而且原保护回路简单，电机只设有热保护，一旦出现故障而热保护又拒动时，将使总电源开关跳闸，影响锅炉上煤，造成巨大经济损失。近年来，随着变频调速技术的迅速发展，变频调速器以其体积小、重量轻、可控性可靠性高、通用性强、调速范围大、保护功能全、特性硬及节能等优点，倍受人们的青睐。针对上述我厂原给煤系统存在的缺陷及变频调速的系列优点，我厂对其进行了变频改造。

二、锅炉给煤机变频调速的工作原理及结构  

1、 电动机调速原理  

　　由电动机特性可知,异步电动机输出轴转速(简称电机转速)为:  
n=(1-s)×60×f/p r/min  
式中，n—电动机同步转速  
f—电动机定子供电频率  
p—电动机极对数  
s=(no-n)/no—为转差率  

　　显然，改变公式中的参数f、p和s，便可改变电机的转速。  
　　以往的电机调速大多通过改变参数p和s实现的。由于给煤机所配用的交流异步电动机的转速与同步转速之间的转差率s极小，若将这一微小差别忽略不计，则上述公式可近似等同于给煤机电机的转速公式。变频调速就是通过均匀地改变定子供电频率f，平滑地改变电动机的转速，并且在调速过程中，从高速到低速均能保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，以及足够强度的机械特性。  

2、给煤变频调速特性  

　　调速范围，理论上讲，采用变频器调速其范围为0~100%。但是，根据不同类型的锅炉及煤种，一般应将转速限制在30~1200rpm，这可通过设定变频器的V/f曲线来实现。

三、变频改造方案：

　　给煤变频调速系统组成： 配用的电动机为Y 132M2-6型/5.5kW，变频器选用ABB公司原装产品，型号为ACS401-0009-3型，功率为5.5KW。该调速系统主要由变频器盘、手操器、电源盘、电机等组成，其控制原理如图1所示 。

　　由图1可见，变频器是该系统的核心部件。为了保证系统能安全可靠运行，操作、维护方便，本工程给煤机与变频器采用一带一的控制模式(即一台变频器带一台给煤机电机)。变频器在上电后，通过一远程操作器输出4~20mA的模拟电流信号来控制变频器的输出，即将50～1 500 r/min/4 ~20mA DC信号给变频器，在操作时，只需操控操作器即可达到控制电机转速的目的。用操作器调速可以非常平滑、稳定的调节流量，运行人员对系统的调整控制更为稳定合理。变频器输出信号分两路，一路给转速表，实时监测电动机的实际转速，另一路输出给工控机输送1~10V直流电压信号，实现锅炉入煤量采集及监测。另外变频器上还有预留送入DCS的接点，将来进行DCS改造时可取消操作器、启停开关、转速表及电流表，变频器的启停控制直接由DCS完成。本方案的优点是结构简单，无需对原有的给煤系统进行改造。

四、改造及调试过程：

1.给煤变频控制盘就位、固定；
2.铺设控制电缆，安装操作器、电流表、转速表；
3.完成控制线的接线工作；
4.完成给煤转速信号的安装工作（包括#1、#2锅炉）；
5.拆除原电动机，新电动机就位；
6.铺设动力电缆，完成动力回路的接线工作；
7.将给煤控制盘可靠接地；
8.检查控制回路、动力回路接线是否正确；
9.送电至给煤控制盘；
10.设置变频器参数(见表一)；
11.调试变频器启停功能、调速功能，检查电流表、转速表、操作器指示，        
12.电动机转向；
13.调试控制回路的联锁，保护功能；
14.给煤机对轮穿销固定，带给煤装置调试。

　　在调速指令信号输入回路和其他回路改造完成后，在各种运行工况下，对给煤机进行模拟传动，完全能够满足机组给煤的需求，各项指标均优于滑差调速电动机，实现了给煤机由滑差调速向变频调速的升级改造。

五、变频器设置参数：






六、改造效果：

　　由于给煤机处工作环境恶劣，经常有粉尘在滑差电机间隙中受潮结块，造成不可调速的“飞车”现象，（即跑转），改为变频后滑差部分可以取消，消除失控“跑转”现象。改为变频后，去掉了原滑差调速器系统，同时原主回路中的接触器也相应的予以去掉。只剩一台交流电机，可靠性大大提高，维护量大大减少。给煤机中滑差电机与给煤机绞笼之间存在着转速差，这部分速差能量都变成热能消耗在滑差电机中，造成大量电能损失。

　　滑差电机是一个非线性被控对象，在85%额定转速以上存在饱和区，在15%额定转速下存在死区，造成速度变化线性度差，运行不平稳，给煤量时多时少。变频控制的线性度非常好，速度控制线性度可达到99%。

　　对4#炉在04年7月22日—10月31日期间变频运行时的数据分析如下：在此期间内，4#炉每个给煤机平均耗电量为438KWh ，运行时间为2184小时，则此炉每个给煤机的实际消耗功率为0.2KW。

　　另对03年7月20日—9月3日和10月21日—11月3日两个阶段内工频运行的数据分析如下：在第一阶段内，运行时间为1080小时，平均耗电量为116.5KWh ，每个给煤机的实际消耗功率为1.618KWh;在第二阶段内，运行时间为312小时，平均耗电量为38.4KWh,每个给煤机的实际消耗功率为1.816KW。则在两个阶段内平均消耗的功率为1.732KW。
两相比较，则变频运行时每台机平均每小时消耗的功率比工频时每小时要少耗1.532KWh，其节电率为88.45%。在此情况下，若3#、4#在一年中各运行180天，则两台炉一年共节电39709.44KWh,按每度电0.4元计算，每年仅电费就可挽回损失达15884元。

　　改造后由于给煤系统的稳定运行，保证了锅炉不会因给煤量跟不上而发生停炉，以往每年每台炉都会因此而引起的停炉次数达2~4次之多，等检修完好后至起炉运行需两天左右的时间 ，每点一次炉的费用约为7000元，由于我厂在正常情况下是1#、2#小炉加3#或4#炉中的一台炉运行，若是正常情况下3#或4#炉由于给煤系统的问题而停炉，则平均每天的发电量至少要少发20万度，每度电按0.4 元计，则两天的损失为约为16万，每年按停两次来计算，则每年下来其直接或间接损失约为33.4万余元。

　　同时，由于原给煤系统中的滑差调速部分结构复杂，容易出现故障，而一旦出现故障短时间内又难以排除，有时候不得已而请外部人员来给维修，使得维修费用大大增加，每次的费用约为1500元，每年按两次来计算，仅维护费用一年就可节省3000余元。

　　综上所述，给煤系统采用了变频调速之后，每年在电能、停炉等方面可挽回直接或间接损失约为3７.28万余元，大大提高了我厂的综合经济效益，节约了生产成本。

七、结束语：

　　此改造可实现电机从50 r/min软启动，无启动冲击电流。调速范围宽，调控精度高（可达0.01 Hz）。保护功能完备，具有过压、过流、缺相、欠压、短路、堵转、过热等全面保护功能，并可显示电流、频率、转速、轴功率、故障报警等。

　　变频改造后，由于变频控制柜及电动机采用全封闭设计，设备运行不再受环境影响，达到了预期目的。改造投运一年来，设备运行稳定，调速平稳，能够满足机组各种工况下的给煤需求，运行可靠性显着提高。







财  务  证  明

煤矸石热电厂3—4号锅炉给煤改造工程由电气车间自行设计、自行施工。整个工程历时10天，严格管理，精心操作，节约工程施工费约2万元。在投入运行后，经过对运行数据的分析，每年可节约电费１５８８４元。同时，由于采用了变频技术，去掉了原来的滑差调速系统，每年可减少维护费用约３０００元。在给煤系统采用了变频调速之后，每年在电能、停炉等方面可挽回直接或间接损失约为3３.４万余元，本工程完工后总计每年可节约３７万余元，大大提高了我厂的综合经济效益，节约了生产成本。