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车间降温_变频器在锅炉引风机上的应用工业自动化基于冗余容错技


变频器在锅炉引风机上的应用
    摘要：交流变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向。文中主要阐述和分析了热电厂引风机控制系统的现状及存在的一些题目，介绍了变频器的优点。分析了采用变频器控制引风机的方案，从而实现对引风机的优化控制，进而达到了节能及减少设备故障的目标。
关键词：变频器；节能；锅炉
0   引言
      引风机是热电厂重要的辅助设备之一，锅炉引风机是锅炉助燃的主要部分，它是将锅炉燃烧产生的高温烟气经水磨除尘、静电除尘器，再经烟囱排出的动力设备。锅炉燃烧时，负荷发生变化，为保证炉堂负压，烟气含氧量及相应气温、气压的相对稳定，需要及时的调整引风机的吸风量，并靠挡板的开度来调节风量的大小。
1   锅炉引风机现状分析
       早期热电厂在选择锅炉配套风机时，通常要考虑短期的超负荷能力，并加以适当裕量来确定机型。而在选定锅炉时，又要根据工艺最大负荷和适当裕量来确定锅炉容量。因此，在选定引风机时又受到产品规格分档的限制，最后采用引风机容量往往偏大，加之对锅炉引风机的调节是靠调节挡板来完成的，所以当风量变化时，引风机系统会浪费大量的电能。而采用挡板进行风量控制存在很多题目：
      采用挡板控制风的流量时，大量的能量损耗在挡板的节流过程中，浪费了大量的能源。
    ,负压风机厂;  烟气中的灰尘等对挡板的冲击比较大，易出现故障。由于烟气中的灰尘经常在挡板上结垢，造成挡板卡死，增加了对挡板的检验维护最，故障率较高。
      因挡板动作迟缓，执行机构长时间运行会出现越来越大的空行程。挡板阀门的执行机构力矩大，易出现题目，而且不能长期频繁调节，其线性度不好，动态性也不好，构成闭环自动控制较难。锅炉调节挡板开度的执行机构由于挡板卡死经常将其拐臂或底座拉断，以及开关不能到位等一系列题目，加大了对执行器的维护量。
2  变频器的优点
      国内现行的火电设计规程SDJ一79规定：燃煤锅炉引风机的风量裕度为5％ ～10％ ，风压裕度为10％ ～15％ 。根据《泵与风机》中的理论，在理想的状况下：风量 转数；动力 转数。由转速公式可知：
                         n=60f（1一S）／p                   （1）
式中：S为转差率；n为转子实际转数，r／min为电源频率；p为电机的磁极对数。
由式（1）可见，只要改变电机的电流频率I厂，就可以改变电机的转速n，从而也就实现对风量的调节。采用调节转速控制风量的方法和常用的调节风门的方法相比，有着明显的节电效果，其原理如图1所示。

      图1中，曲线1为风机在恒速下的风压一风量（H?Q）特性曲线；曲线2为恒速下的功率一风量（P 一Q）特性曲线；曲线3为管网风阻特性（风门全开）。
      设风机在设计时工作在A点，效率最高，此时输出风量Q为100％ ，轴功率为Ps1, Ps1与Q1、H1的乘积成正比, ，即Ps1 与AH1OQ1。所包围的面积成正比。
当需要调节风量时，例如，所需风量从100％减少到额定风量的50％ ，即从Q，减少到 时，如采用调节风门的方法来调节风量，使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4。就是说，减小风门开度，增加了管网阻力。此时，系统的工作点由原来的A点移至B点。可以看出，风量固然降低了，但风压增加了，轴功率Ps2与面积BH2OQ2：成正比，它与P 相比，减少未几。
      假如采用调节转速来调节风量的方法，风机转速由原来的n1 降到n2：。根据风机参数的比例定律，可以画出在转速n2下的风压一风量（H?p）特性曲线5，风机工作在C点。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压将大幅度降低到 ，轴功率Ps2（与面积CH3OQ2成正比）也明显降低。所节约的功率与面积AH1OQ1。和CH3OQ2之差成正比。由此可见，用调速的方法来减少风量的经济效益是十分明显的。
      对于风机和泵类负载，如采用变频调速的方法改变其流量，节电率达20％ 一60％ ，不仅节电效果明显，而且易于满足生产工艺的要求，经济效益十分可观。仅1995年～1997年间，国内风机、水泵变频调速技术改造投进资金就达到35亿元，改造总容量达100万kW，均匀回收期为2年。
      随着锅炉负荷的调整，引风机风量也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效率状态，大量的能量浪费在风道挡板上。从节能的观点来看，应采用变频调速技术控制风机转速来控制实时变化的风量。采用交流变频调速有很多特性：调速时平滑性好、效率高、稳定性好；调速范围较大、精度高；可实现软启、制动功能，起动电流低，节电效果明显；变频器体积小,大型屋顶风机，便于安装、调试、维修；易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力明显降低。
3  采用变频器控制方式
      （1）采用变频调速技术对引风机系统进行改造。锅炉引风机变频控制系统工艺图如图2所示。


               （2）采用微差变送器（压力变送器）、变频器、控制器（PID调节器）、引风机组成的压力闭环回路，自动控制引风机的转速，使炉膛保持稳定的微负压，这样既进步了控制精度，又节约了能源，使引风机控制具有一定的公道性。引风机闭环控制原理框图如图3所示。


      （3）为了使引风机在变频器故障时也能够运行，变频器设置手动工频旁路功能，即当变频器故障时使电机脱离变频器，将引风机转到工频旁路状态继续运行。如图4所示。

       （4）变频器与原DCS操纵系统接口时，因变频器的各控制信号及故障信号的输出是标准的数字信号（开关量）和标准模拟信号（4～20 mA或1～5 V信号），因此与DCS系统可直接连接，接口十分方便。
4   结束语
      通过对锅炉引风机节能控制系统的改造，可以解决挡板卡死及执行器拐臂拉断的题目，但更为主要的是节能效果明显。固然改造前期投进比较大，但从长远来看，其节约下来的电力本钱远远大于投进。锅炉引风机系统运行也得到有效公道控制。因此，大力推广风机变频调速节能运行,通风降温设备生产厂，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
参考文献：
[1] 张燕宾．变频调速应用实践．北京：机械产业出版社，2004．
[2] 竺伟，陈伯时．高压变频调速技术．电工技术，1999（3）：26?28．
[3] 竺伟，陈伯时，周鹤良，等．单元串联式多电平高压变频器的起源、现状和展看．电气传动，20O6（6）：3?4．
原文请点击下载：
              变频器在锅炉引风机上的应用


基于冗余容错技术的高炉鼓风机控制系统优化改造
    
基于冗余容错技术的高炉鼓风机控制系统优化改造
作者：赵佳 赵彦奎 郭勇 高洪军
摘　要(Abstract) 本文主要先容了基于现代冗余容错技术的高炉鼓风机自控系统适应性优化改造，进步高炉鼓风机控制系统的稳定性和可靠性，保障高炉生产安全稳定运行。

1 引言

高炉鼓风机(以下简称风机)是给高炉冶炼提供冷风的设备，其工作原理是通过汽轮机或电机拖动使鼓风机高速旋转，将常温常压空气压缩到一定压力温度后，供给高炉用于铁水冶炼，完成将蒸汽热能或电能转化为动能的过程。高炉鼓风机在铁水冶炼过程中起着非常重要的作用，是制约高炉生产、顺产的重要因素之一。

目前莱钢共有高炉4座，与之配套的风机机组只有5台，其中3、4#风机为10年前引进的日本原装风机，设备及仪控系统部分老化。正常生产过程中，4台机组供风，只有1台备用机组。对于风机侧来说，备机严重不足，假如1台运行风机出现故障，备机投进使用，整个热电厂将面临着无备机运行的情况。因此非常有必要加强现有的风机机组控制系统的安全可靠的运行。

对于自控系统，进步其稳定性、可靠性是目前最迫切的题目。冗余容错技术是近几年发展起来的新兴技术，具有高可靠性、高可用性、无单点故障等多处优点，非常适合在风机机组改造中应用。在这次改造中主要从电源、网络结构、工艺联锁参数三个方面进手，广泛的应用了该技术。

2 电源冗余优化

控制系统对交流电源的电源品质要求不是很苛刻，但对电源的不中断供电要求特别高，因此风机控制系统都配备了UPS(Uninterruptable power supply)，当市电变态时，切换到UPS蓄电池供电，保证控制系统正常运行一段时间。

UPS为自控系统的稳定提供了一定保障，但实际运行过程中，由于现场环境、电池活化、电网质量等诸多因素，UPS在实际切换过程中还存在着很多题目，导致UPS出现各种供电故障。近几年UPS故障统计表明，UPS出现供电中断事故主要发生在由UPS主回路、交流旁路、维修旁路相互切换的过程中，由于在切换过程中瞬态电压差的不同，导致了“环流”，当环流过大就会造成UPS逆变器故障，导致输出电源畸变甚至瞬时中断供电，而且切换过程中故障有随机性，很难监测。因此有必要对电源进行优化改造。

假如对UPS进行冗余配置, 会投进很大的本钱，而且无论UPS并联还是串联, 对UPS的同步性、带阶跃性负载能力都有很高的要求。考虑到现有的控制系统电源都是冗余配置的, 因此, 可以在UPS负载侧解决电源冗余题目。

控制思路是:电网电源，UPS电源对控制系统同时供电，由DCS自身解决电源冗余切换题目。如图1所示:


图1 改造后的电源原理简图

根据以上设计，当UPS发生故障时，另一路市电会对系统正常供电;当市电回路出现题目时，UPS所在电源仍然正常工作;即使两路电源同时出现题目, 只要UPS蓄电池没有题目，系统仍然能正常运行一段时间。大大增强系统电源的可靠性, 减少了电源故障，进步整个系统的可靠系数。

3 网络拓扑结构优化

热电厂1#风机原通讯电缆为细同轴电缆，网络结构为总线型结构，同轴电缆的连接头与网络接口卡的连接经常出现松动，引发过程站与监控站之间的网络通讯中断，影响了操纵职员对机组的监视和操纵。原网络只有1台上位机，当上位机发生死机情况时，短时间内将看不到机组的运行情况，对于高速运转的设备来说比较危险。因此根据生产的实际需要对该机组的网络拓扑结构进行改造，改造前、后的网络结构图如图2所示。


图2 改造前后网络拓扑结构图

在网络中增加了1台HUB集线器，将网络结构由总线式网络改造成星形网络，把同轴电缆更换为双绞线，由于控制站接口中无RJ-45接口，在过程控制站通过Dlink转换接头，将AUI接口转换为RJ-45接口，实现了整个网络的优化改造。优化改造后，在运行过程中彻底消除了网络通讯时常中断题目，系统的安全性、稳定性得到了加强。

根据现场的需要，对5#风机机组控制系统网络结构进行了如下改造:5#风机原有的拓扑结构如图3所示。原有的网络不能实现完全的冗余，当某一个通讯模块CI830出现故障时，出现故障CI830所在的整个从站会出现通讯完全中断，会给生产带来严重后果。在莱钢某制氧机曾出现过该模块损坏的案例，造成制氧机停机事故。在论证后，对网络结构进行了修改，采用了具有冗余切换能力的CI840通讯模块，取代原有的CI830通讯模块，如图4所示。不但简化了网络结构，而且使整个网络实现了完全冗余，一条网络上的任何一个元件损坏，整个网络都会保持通畅，不影响正常生产。


图3 原有网络拓扑结构

4 工艺联锁参数

对于高速旋转的设备，喘振工况的检测至关重要。假如汽机转速正常，风机喉部压差过小，此时最轻易发生喘振。在原来的逆流判定中，仅仅使用了差压变送器对风机喉部差压进行逆流判定，由于单个变送器有可能出现电气故障，如老化断线或接线端子松动，出现信号误变化导致误停机，因此采用了3个喉差开关三选二逻辑判定的策略, 消除单点错误引发的错误判定, 进步风机了稳定性和可靠性。


图4 改造后的网络拓扑结构图


图5 喉差三选二判定

这些压差开关信号通过继电器分成两路:一路进进DCS，参与DCS中的逆流判定;另一路进进一个小型的PLC(OMRON sysmac CPM1A)。这3个压差信号不论是在DCS中，还是在小型PLC中，都是采用的三取二的表决判定方法，一旦这3个压差信号中的两个达到逆流值，则立即进行相应的延时，DCS和PLC的输出同时控制现场设备，使机组防喘阀打开或联锁停机。这样就可以进步逆流判定的快速和正确性，一旦DCS出现故障，只要PLC正常，则出现逆流后，经过一定的延时，仍然可以使机组防喘阀打开或停机，这样在DCS出现故障的情况下，仍然可以保护机组。逻辑图如图5所示。

对于引起工艺联锁停机的信号，如润滑油压低，动力油压低信号在程序中均增加了三选二逻辑判定;增加两个温度开关与原风机进风温度热电阻一起组成三选二逻辑判定，将进风温度高作为机组安全运行的一个条件，增加机组的安全性能。

5 结束语

有统计资料表明，实际应用中DCS的功能仅发挥30%以下。在原有DCS基础进行改造实现先进控制，只需增加10%的本钱，就可得到40%的效益。

利用该自动控制系统优化后，热电厂减少了冷风的放散量约100m3/min左右，每年减少非计划休风时间约50h，带来了200多万元的可观的经济效益和社会效益。该优化改造获得了莱钢自动化部2003年度科技攻关一等奖和2003年莱钢级技术鉴定，达到省内先进水平，实际应用效果非常好，值得在冶金行业广泛推广。

参考文献
[1] CI840通讯模块使用手册

作者简介
赵 佳(1976-) 女 助理工程师 1998年毕业于沈阳大学自控系，在莱钢自动化部工作至今，目前从事计算机控制系统及热工仪控系统的维护工作。(end)

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收录时间:2011年01月25日 15:53:43 来源:赵佳 赵彦奎 郭勇 高洪军 作者:


锅炉'>锅炉风机'>风机采用组性消声器降低嗓声的原理是什么? 阻性消声器是通过在管道内用多孔材料覆盖一对壁面和两对相对壁面，以消耗声波能量从而达到降低噪声效果的消声器。其消声性能与电路中电阻消耗电能的作用相似，可在相当宽频带范围内起降低噪声作用，故对降低风机'>风机噪声、喷气 发动机 噪声和通过管道传递语言等声级非常有效。阻性消声器的消声量与材料的声学性能、气流自由通道的宽度和消声器的长度等有关。材料的吸声系数越大，消声效果越好。自由通道的宽度越狭，长度越长，降低的噪声级就越高。常用的阻性消声器有折板式、声流式和消声弯头等。 相关阅读:
本规程适用机型：Q4-200-125

1、遵守铸造设备通用操作规程。
2、工作前还应该遵守：
a、 检查冷却系统和润滑系统是否畅通，如不畅通，应立即通知维修人员修理；
b、 检查进风口伐门是否关闭，如没有关闭，应立即关闭；
c、 检查油箱的油液是否足够，如不足够，应予加够；
d、 检查三角皮带的松紧度和磨损情况，如过紧过松或磨损严重，应予调整或更换。
3、工作中还应该遵守：
a、 开车时，钳工、电工、操作工人必须同时都在场，各自做好一切准备；
b、 启动时，先开冷却水伐门，再开电动油泵，使压力达到2公斤/厘米3。
c、 按机且旋转方向，用手扳动叶轮，手离开后，利用惯性，立即起动鼓风机；
d、 鼓风机启动后，将进风口伐门慢慢打开，并打开主轴带动的油泵伐门，然后关闭电动油泵；
e、 在设备运转过程中，如发现主轴震动，噪音较大，或轴承温度超地65°С，以及其它异常情况时，应立即与生产单位联系停机，另换机组；
f、 鼓风机房是生产重地，除操作维修有关仍员外，其他人员禁止入内。
5、工作后还应该遵守：
a、停机时，先启动电动油泵，关闭进风口伐门；
b、进风口伐门关闭后，再停鼓风机；
c、鼓风机完全停止后，关闭电动油泵，最后关闭冷却水伐门。


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