電廠脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)應(yīng)用高壓變頻器
| 1 引言 隨著國家環(huán)保部門對電廠煙氣排放指標(biāo)的考核和監(jiān)督越來越嚴(yán)格，電廠正進(jìn)行大規(guī)模的脫硫系統(tǒng)改造或新建工程，增壓風(fēng)機(jī)是機(jī)組鍋爐、脫硫煙氣排放系統(tǒng)的重要設(shè)備。對增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造可以提高風(fēng)機(jī)的運行穩(wěn)定性，進(jìn)而保證了機(jī)組脫硫系統(tǒng)的運行可靠性，同時還能取得良好的節(jié)能效果，但由于增壓風(fēng)機(jī)的特殊要求，在改造中，應(yīng)針對增壓風(fēng)機(jī)在脫硫工藝系統(tǒng)中的運行特點，注意相關(guān)技術(shù)問題，采取相關(guān)對策方能確保變頻改造的成功。 2 增壓風(fēng)機(jī)運行簡介 近年，電廠進(jìn)行了大規(guī)模的脫硫系統(tǒng)改造或新建工程，電廠鍋爐進(jìn)行脫硫系統(tǒng)(fgd)改造后，每套fgd裝置進(jìn)口原煙氣側(cè)(高溫?zé)煔鈧?cè))配置了一臺增壓風(fēng)機(jī)，用于克服fgd擋板、吸收塔及內(nèi)部部件引起的煙氣壓降，脫硫煙氣壓力控制系統(tǒng)根據(jù)原煙氣擋板前的壓力，通過pid控制增壓風(fēng)機(jī)的葉片角度，來控制送入fgd系統(tǒng)的煙氣速度，保證原煙氣擋板前的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。 增壓風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，其根據(jù)煙氣系統(tǒng)正常運行和異常情況可能發(fā)生的******流量、最高溫度和******壓損進(jìn)行設(shè)計選型。風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭選取的原則為:基本風(fēng)量為鍋爐******蒸發(fā)量(bmcr工況)下鍋爐燃用設(shè)計煤時煙氣量，風(fēng)量裕度不低于10%，工作點(bmcr工況)對于失速線的偏離值為風(fēng)機(jī)在該葉片角度下失速流量的10%以上，另加不低于10℃的溫度裕度;風(fēng)壓裕度不低于20%，并能保證脫硫系統(tǒng)負(fù)荷變化時提供滿意的運行調(diào)節(jié)。增壓風(fēng)機(jī)在設(shè)計流量情況下的效率不小于85%。風(fēng)機(jī)有幾乎平坦的效率特性曲線，以保證在負(fù)荷變化時都有******的效率。并能在可能發(fā)生的******流量，最高溫度和******壓力損失的情況下正常運行，并沒有過量的振動、失速或波動。但從增壓風(fēng)機(jī)實際運行情況來看，存在以下問題: 2.1增壓風(fēng)機(jī)低負(fù)荷失速問題 從脫硫系統(tǒng)投運后情況看，在機(jī)組半負(fù)荷或低負(fù)荷運行的情況下，增壓風(fēng)機(jī)運行工況容易落在失速曲線區(qū)域附近，造成風(fēng)機(jī)風(fēng)壓調(diào)整困難，給機(jī)組安全運行帶來安全隱患，持續(xù)運行也將造成增壓風(fēng)機(jī)的損壞。究其原因分析主要是機(jī)組半負(fù)荷或低負(fù)荷運行時煙道阻力與機(jī)組滿負(fù)荷時的阻力相比，煙氣流量與系統(tǒng)阻力并不成比例關(guān)系。從增壓風(fēng)機(jī)原煙道入口到煙塔出口整個煙氣系統(tǒng)阻力中,各煙氣管道段的阻力系數(shù)已知,煙氣流量與管道阻力成正比關(guān)系;但在煙冷器、吸收塔噴淋層、吸收塔除霧層中，存在一個相對固定的阻力，尤其噴淋層的阻力只與投入的層數(shù)相關(guān)，與煙氣流量關(guān)系不大，所以在整個氣體流程中煙氣流量與其阻力并不成正比關(guān)系。如圖1所示，對比增壓風(fēng)機(jī)實際運行工況點與其特性曲線，可以看到增壓風(fēng)機(jī)在半負(fù)荷或低負(fù)荷的工況下，運行工況點接近失速區(qū)。在進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)選型設(shè)計時，對上述情況可能考慮有所欠缺。 2.2增壓風(fēng)機(jī)的節(jié)能問題 增壓風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機(jī)的葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是節(jié)流損失仍然很大，特別是低負(fù)荷時節(jié)流損失更大，另由于節(jié)流調(diào)節(jié)，存在風(fēng)機(jī)運行中振動、躁音等問題。同時異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6～8倍，對廠用電形成沖擊，同時強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大的不利影響。 由于目前增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)定性運行需要，所以電廠考慮對增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)性能和節(jié)能改造，來滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。 3 增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的可行性 在風(fēng)機(jī)的各種調(diào)節(jié)方式中，變頻調(diào)節(jié)應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其運行效率變化不大，其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。故考慮采用變頻調(diào)速實現(xiàn)對增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，平移風(fēng)機(jī)運行特性曲線，避開失速區(qū)，同時能取得較好的節(jié)能效果。但目前高壓變頻器設(shè)備的運行穩(wěn)定性對各生產(chǎn)廠家來說或多或少都存在一定問題，變頻器受電子元器件的特性、環(huán)境溫度及空氣潔凈度等因素影響較大，運行中時常發(fā)生功率模塊故障等情況，造成變頻器跳閘。因此，變頻改造前必須針對增壓風(fēng)機(jī)的運行方式特點進(jìn)行分析，以確定其可行性。 增壓風(fēng)機(jī)作為機(jī)組鍋爐風(fēng)機(jī)管網(wǎng)(風(fēng)、煙道)的末端設(shè)備，用以克服脫硫系統(tǒng)煙氣通道阻力，其跳閘將使得整個鍋爐的平衡通風(fēng)被破壞，爐膛負(fù)壓反正，有可能達(dá)到爐膛壓力保護(hù)值造成鍋爐保護(hù)動作滅爐;同時風(fēng)機(jī)跳閘后，脫硫系統(tǒng)煙氣流速降低，吸收塔漿液濃度及ph值發(fā)生變化，迫使脫硫系統(tǒng)停運。電廠煙塔系統(tǒng)投運一年運行正常，兩座煙囪的拆除已經(jīng)進(jìn)入項目可行性研究階段，今后煙囪、旁路擋板拆除，增壓風(fēng)機(jī)跳閘后，脫硫系統(tǒng)停運將直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘，故增壓風(fēng)機(jī)變頻改造對變頻系統(tǒng)的可靠性要求非常高。因此，增壓風(fēng)機(jī)變頻改造除了選擇可靠性高的變頻器產(chǎn)品外，還必須配備工頻旁路柜，做到即使變頻器故障、檢修時也可實現(xiàn)電機(jī)工頻旁路運行，以保證風(fēng)機(jī)工頻拖動而不影響發(fā)電機(jī)組的正常運行，提高風(fēng)機(jī)運行可靠性及系統(tǒng)可利用率。配備工頻旁路柜，如果發(fā)生變頻器故障跳閘，能夠自動切換為工頻旁路運行，調(diào)節(jié)方式改為風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)。變頻器故障消除恢復(fù)投運時，可以先切除增壓風(fēng)機(jī)旁路開關(guān)，依托變頻器提供的飛車啟動功能，在增壓風(fēng)機(jī)高速惰走的情況下恢復(fù)變頻器設(shè)備運行，從而大大減少機(jī)組爐膛壓力波動的時間。在滿足上述條件的情況下，增壓風(fēng)機(jī)變頻改造是完全可行的。 4 增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的實例 電廠機(jī)組(燃煤)設(shè)計出力為220mw，配有一臺靜葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)，如圖2所示。額定風(fēng)量1713960m3/h、全壓為3213pa，配用ykk900-14-w型電動機(jī)，額定功率2000kw，額定電壓6kv，額定電流260a。高壓變頻器選定為成都東方日立公司生產(chǎn)的dhvectol-hi電壓源型多電平單元串聯(lián)變頻器，額定容量3000kva，額定電流295a。 4.1高壓變頻器的組成 高壓變頻器系統(tǒng)的組成見圖3，其中qf1、qf2為小車真空開關(guān)，km1為小車f+c開關(guān)。采用小車開關(guān)便于變頻器檢修時，將輸入/輸出側(cè)小車?yán)霎a(chǎn)生明顯斷開點，另qf1、qf2開關(guān)均具備切斷故障電流的能力。 4.2改造前的控制方式 改造前增壓風(fēng)機(jī)采用靜葉調(diào)節(jié)，其控制方式:通過原煙氣壓力手動設(shè)定值與實際原煙氣壓力的偏差進(jìn)行pi調(diào)節(jié)，控制增壓風(fēng)機(jī)的葉片角度，保證原煙氣擋板前的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。 為了防止一些小擾動，增加了一個原煙氣壓力手動設(shè)定值與實際原煙氣壓力偏差的死區(qū)，死區(qū)是在原煙氣壓力量程范圍內(nèi)的±5%。當(dāng)偏差為正數(shù)時，pi調(diào)節(jié)是反調(diào)節(jié);偏差為負(fù)數(shù)時，pi調(diào)節(jié)為正調(diào)節(jié)，用比例元件p011的參數(shù)——1000來解決正反調(diào)節(jié)的問題。正常運行中，當(dāng)偏差絕對值小于0.5%(35kpa)時，使用正常的比例帶=1000，積分時間=10s;當(dāng)被調(diào)量與設(shè)定值存在較大偏差時，偏差絕對值大于0.5%(35kpa)時，及鍋爐rb保護(hù)動作時，馬上投入快速自適應(yīng)塊進(jìn)行迅速調(diào)節(jié)。即采用變參數(shù)的方法，使用特殊的比例帶=2000，以及積分時間=10s(時間可以根據(jù)需要調(diào)整)，該比例帶是個y=1.9095x+90.452函數(shù)曲線(其中y——比例帶，x——偏差)。 根據(jù)脫硫工藝系統(tǒng)的要求，在fgd裝置出現(xiàn)下列異常情況時，必須通過fgd事故系統(tǒng)程序?qū)⑴月窊醢遄詣哟蜷_:(1)fgd跳閘;(2)主機(jī)事故跳閘信號;(3原煙氣壓力大于300pa或小于－850pa，延時3s;(4)原煙氣進(jìn)口溫度＞150℃，延時10s;(5)原煙氣粉塵量＞180mg/nm3，延時3s。增壓風(fēng)機(jī)跳閘造成旁路擋板自動打開，原煙氣壓力波動達(dá)到保護(hù)動作值將導(dǎo)致fgd跳閘。 4.3改造后的控制方式改造后增壓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，在變頻器故障情況下，風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)投入自動。 4.3.1增壓風(fēng)機(jī)母線電源開關(guān)qf控制策略在投入工頻運行情況下，qf開關(guān)合閘必須滿足各項脫硫系統(tǒng)工藝允許條件，如風(fēng)機(jī)靜葉全關(guān)、原煙/凈煙擋板全開等。在投入變頻運行情況下，除滿足上述條件，還需要滿足:工頻旁路qf2有分閘狀態(tài)、無合閘狀態(tài)，變頻器啟動條件滿足，無變頻器故障報警開入量等。 4.3.2增壓風(fēng)機(jī)變頻啟動控制策略 變頻啟動是在qf開關(guān)已經(jīng)合閘情況下，投入變頻器運行，其控制過程為:判斷qf開關(guān)合閘，qf1、km1開關(guān)無保護(hù)異常，自動投入0.4kv預(yù)充電電源，從移相變二次繞組對移相變及變頻器功率單元充電，檢查充電電流波形，判斷變頻設(shè)備無異常，時間持續(xù)5s，后自動合入qf1、km1開關(guān)，變頻器上高壓電，按照運行人員預(yù)先給點頻率開始逐漸升高輸出頻率。這樣既可以避免變頻器內(nèi)部故障使得高壓上電對變頻器的損壞，同時減小移相變的勵磁涌流，還可以避免功率單元電容器的充電沖擊，有效延長電容器使用壽命。 4.3.3增壓風(fēng)機(jī)工頻啟動控制策略 工頻啟動是在qf開關(guān)已經(jīng)合閘情況下，直接投入電機(jī)運行，其控制過程為:當(dāng)變頻器不在檢修狀態(tài)時，判斷qf開關(guān)合閘，qf1、km1開關(guān)有分閘狀態(tài)、無合閘狀態(tài)，qf2開關(guān)無保護(hù)異常;當(dāng)變頻器在檢修狀態(tài)時，由運行人員在dcs畫面確認(rèn)檢修狀態(tài)，邏輯上只判斷qf開關(guān)合閘，qf2開關(guān)無保護(hù)異常。 4.3.4變頻器調(diào)節(jié)控制策略 dcs工切變、增壓風(fēng)機(jī)工頻狀態(tài)、旁路擋板保護(hù)開的情況下，變頻器調(diào)節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設(shè)定值將直接等于實際原煙氣壓力。 dcs工切變指令發(fā)出，且工頻運行狀態(tài)消失的情況下，變頻器調(diào)節(jié)投自動狀態(tài)，增壓風(fēng)機(jī)原煙氣壓力手動設(shè)定值保持切換前原煙氣壓力。 4.3.5風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)控制策略dcs工切變、增壓風(fēng)機(jī)變頻自動狀態(tài)、旁路擋板保護(hù)開的情況下，風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設(shè)定值將直接等于實際原煙氣壓力。dcs變切工、增壓風(fēng)機(jī)工頻狀態(tài)的情況下，風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)投自動狀態(tài):(1)變切工過程中，當(dāng)變切工指令發(fā)出時，增壓風(fēng)機(jī)原煙氣壓力手動設(shè)定值保持切換前原煙氣壓力，將增壓風(fēng)機(jī)靜葉直接關(guān)到變切工之前鍋爐風(fēng)量對應(yīng)的增壓風(fēng)機(jī)靜葉開度。(2)工切變過程中，當(dāng)工切變指令發(fā)出時，保持增壓風(fēng)機(jī)靜葉開度為切換前的開度。(3)鍋爐rb保護(hù)動作時，在rb動作信號發(fā)出30s內(nèi)且旁路擋板處于關(guān)閉位置，將增壓風(fēng)機(jī)靜葉直接關(guān)到當(dāng)前鍋爐風(fēng)量對應(yīng)的增壓風(fēng)機(jī)靜葉開度。(4)正常工頻運行狀態(tài)下 |
