寧守慶

作者通聯(lián)：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠動(dòng)能車間 鄭州市管城區(qū)隴海東路72號(hào) 450000

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一、概述

河南中煙鄭州卷煙廠目前有4臺(tái)20t/h全自動(dòng)燃?xì)忮仩t（表1），壓力變感器將鍋爐蒸汽壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（0～10V）后送入比調(diào)儀，比調(diào)儀調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開度、配風(fēng)等參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制要求。鍋爐蒸汽壓力檢測(cè)值同設(shè)定值經(jīng)過(guò)比較，其偏差信號(hào)輸入控制器，控制器經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后控制鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門（擋板）開度。為保持鍋爐蒸汽壓力穩(wěn)定，系統(tǒng)引入蒸汽流量作為前反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)天然氣調(diào)節(jié)閥和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度。

PLC輸出信號(hào)給程序控制器，滿足啟動(dòng)條件后程序控制器開始動(dòng)作，動(dòng)作過(guò)程是先檢漏→檢漏正?！仩t鼓風(fēng)機(jī)Y—△啟動(dòng)后一直保持工頻（50Hz）狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)鍋爐燃燒機(jī)的伺服執(zhí)行器電機(jī)得電，伺服執(zhí)行器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門控制連桿將風(fēng)門開到最大位置，鼓風(fēng)機(jī)大風(fēng)量進(jìn)行吹掃。吹掃完畢，伺服執(zhí)行器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將風(fēng)門關(guān)到最小位置（點(diǎn)火位），開始點(diǎn)火，點(diǎn)火完成后再由比調(diào)儀控制大火、小火負(fù)荷，進(jìn)入正常運(yùn)行。

表1 全自動(dòng)燃?xì)忮仩t主要配置

鍋爐房實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)很難準(zhǔn)確計(jì)算管網(wǎng)阻力，而且考慮長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，因此通常將系統(tǒng)最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)值。威索公司設(shè)計(jì)鍋爐燃燒機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)風(fēng)量配給富裕量較大，并且始終使鍋爐鼓風(fēng)機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，而天然氣燃燒時(shí)需要風(fēng)量，主要依靠鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門開啟度與伺服執(zhí)行器的天然氣控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)行配比調(diào)節(jié)。

由于鼓風(fēng)機(jī)采用Y—△啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流為額定電流的4～7倍，不僅消耗電能，還會(huì)沖擊電網(wǎng)。而且生產(chǎn)過(guò)程中鍋爐蒸汽燃燒負(fù)荷（大火、中火、小火）經(jīng)常波動(dòng)，鍋爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門也在不斷變化，例如當(dāng)鍋爐蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，鍋爐就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)成小火燃燒，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門會(huì)關(guān)小，而鼓風(fēng)機(jī)仍以1450r/min額定速度運(yùn)行，這時(shí)就有大量空氣經(jīng)過(guò)壓縮后直接沖擊鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門，產(chǎn)生噪聲最高達(dá)104dB（國(guó)家噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85dB）。為此，開發(fā)鍋爐鼓風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)。

二、鍋爐鼓風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)

1.設(shè)計(jì)思路

將鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)定頻率運(yùn)轉(zhuǎn)改為變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減噪、節(jié)能的目的。去掉鍋爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門，利用傳動(dòng)裝置將天然氣所需風(fēng)量通過(guò)角度變送器的反饋信號(hào)傳至變頻器，由變頻器調(diào)節(jié)鍋爐鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。天然氣用量增加，變頻器輸出頻率提高，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之提高，從而增大進(jìn)風(fēng)量，滿足天然氣燃燒所需風(fēng)量。

2.變頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

通過(guò)累積測(cè)量，得到鍋爐運(yùn)行風(fēng)壓及天然氣流量，以及燃燒全過(guò)程氣門開啟度與伺服執(zhí)行器主軸轉(zhuǎn)過(guò)角度的關(guān)系圖（圖 1）。

根據(jù)威索燃燒機(jī)運(yùn)行原理，伺服執(zhí)行器主軸旋轉(zhuǎn)至40°時(shí)開始點(diǎn)火，旋轉(zhuǎn)至130°時(shí)鍋爐燃燒機(jī)天然氣閥門開啟為最大90°，達(dá)到最大負(fù)荷（大火燃燒）。進(jìn)一步得到圖1b的極坐標(biāo)展開圖（圖2），40°～90°區(qū)間內(nèi)所包含的曲線即為研制的傳動(dòng)裝置運(yùn)行軌跡，通過(guò)計(jì)算該曲線相對(duì)于基點(diǎn)距離的比例關(guān)系，得到傳動(dòng)裝置軌跡圖（圖3），由此制作出軌跡扇形輪。

3.鼓風(fēng)機(jī)控制電路（圖4）

變頻器12#端子為變頻器內(nèi)部輸出電源，提供24V電壓，27#端子為變頻器啟動(dòng)控制端，當(dāng)其獲得24V電源時(shí)變頻器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。因此，直接將12#、27#端子相連，即可實(shí)現(xiàn)在L1、L2、L3得電同時(shí)啟動(dòng)變頻器，使變頻器和鍋爐其他控制系統(tǒng)同步運(yùn)行。變頻器60#端子接收角度變送器反饋的4～20mA信號(hào)，根據(jù)變頻器安裝要求，39#端子（模擬/數(shù)字輸出地線）必須與55#端子（模擬電壓輸出地線）相連。

圖1

圖2

4.安裝制作

制作材料：①1個(gè)角度變送器（開度0°～90°，DC 24V/4 ～20mA）；②1個(gè)扇形輪（包括1個(gè)扇形鋼帶、5個(gè)軌道保持架）；③1根信號(hào)線（長(zhǎng)度視距離而定）；④1個(gè)角度變送器托架；⑤1根連桿，一端連接到角度變送器的軸上，另一端安裝1個(gè)軸承，可在扇形鋼帶（漸開線軌跡）上滑動(dòng)。

先去掉伺服執(zhí)行器上的風(fēng)機(jī)擋板連桿并且將風(fēng)機(jī)擋板鎖定到最大位置不變，開度為100%，然后在伺服執(zhí)行器上加裝扇形輪和角度變送器。伺服執(zhí)行器得電將帶動(dòng)扇形輪同步運(yùn)行，由于連桿在扇形輪軌跡上作運(yùn)動(dòng)，因此帶動(dòng)角度變送器運(yùn)動(dòng)，使角度變送器發(fā)生角度變化，角度變送器向變頻器60#端子輸入4～20mA信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)頻率。伺服執(zhí)行器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，角度變送器輸出20mA信號(hào)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，角度變送器輸出4mA信號(hào)。

圖4

5.系統(tǒng)運(yùn)行

風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)后，伺服執(zhí)行器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)以大風(fēng)量運(yùn)行（50Hz）進(jìn)行吹掃，吹掃完畢，伺服執(zhí)行器又作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，變頻風(fēng)機(jī)以小風(fēng)量運(yùn)行（10Hz）、風(fēng)壓在1100Pa點(diǎn)火。點(diǎn)火完成后，根據(jù)負(fù)荷情況由比調(diào)儀、程序控制器、伺服執(zhí)行器和變頻器共同完成控制鍋爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率，配合天然氣調(diào)節(jié)閥完成大火、小火的燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)。

三、改造效果

改造過(guò)程簡(jiǎn)單、安全、可靠，基本保留原有控制電路，只加裝扇形輪和角度變送器，電機(jī)回路只是將Y—△啟動(dòng)改為變頻啟動(dòng)。為檢測(cè)鍋爐燃燒運(yùn)行過(guò)程中氧氣與天然氣的配比是否達(dá)到技術(shù)要求，使用Testo325xl型煙氣分析儀分析鍋爐排放到大氣中的煙氣（一氧化碳、二氧化碳、含氧量），各項(xiàng)指標(biāo)均符合中華人民共和國(guó)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。4臺(tái)鍋爐每年可節(jié)約近百萬(wàn)元電費(fèi)，噪聲降低到85dB。此改造項(xiàng)目已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局國(guó)家發(fā)明專利（專利號(hào)：200710054554.x）。

參考資料

1 楊公源.變頻器應(yīng)用實(shí)例.電子工業(yè)部出版社，2006

2 楊詩(shī)成，王喜魁.泵與風(fēng)機(jī).中國(guó)電力出版社，2007

3 姜湘山.燃油燃?xì)忮仩t安裝與運(yùn)行維護(hù).機(jī)械工業(yè)出版社，2003