電廠脫硫系統(tǒng)增壓風機應用高壓變頻器
| 1 引言 隨著國家環(huán)保部門對電廠煙氣排放指標的考核和監(jiān)督越來越嚴格，電廠正進行大規(guī)模的脫硫系統(tǒng)改造或新建工程，增壓風機是機組鍋爐、脫硫煙氣排放系統(tǒng)的重要設備。對增壓風機進行變頻改造可以提高風機的運行穩(wěn)定性，進而保證了機組脫硫系統(tǒng)的運行可靠性，同時還能取得良好的節(jié)能效果，但由于增壓風機的特殊要求，在改造中，應針對增壓風機在脫硫工藝系統(tǒng)中的運行特點，注意相關技術問題，采取相關對策方能確保變頻改造的成功。 2 增壓風機運行簡介 近年，電廠進行了大規(guī)模的脫硫系統(tǒng)改造或新建工程，電廠鍋爐進行脫硫系統(tǒng)(fgd)改造后，每套fgd裝置進口原煙氣側(高溫煙氣側)配置了一臺增壓風機，用于克服fgd擋板、吸收塔及內部部件引起的煙氣壓降，脫硫煙氣壓力控制系統(tǒng)根據原煙氣擋板前的壓力，通過pid控制增壓風機的葉片角度，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)定在設定值，以適應鍋爐負荷的變化。 增壓風機為靜葉可調軸流風機，其根據煙氣系統(tǒng)正常運行和異常情況可能發(fā)生的******流量、最高溫度和******壓損進行設計選型。風機風量和壓頭選取的原則為:基本風量為鍋爐******蒸發(fā)量(bmcr工況)下鍋爐燃用設計煤時煙氣量，風量裕度不低于10%，工作點(bmcr工況)對于失速線的偏離值為風機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;風壓裕度不低于20%，并能保證脫硫系統(tǒng)負荷變化時提供滿意的運行調節(jié)。增壓風機在設計流量情況下的效率不小于85%。風機有幾乎平坦的效率特性曲線，以保證在負荷變化時都有******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。但從增壓風機實際運行情況來看，存在以下問題: 2.1增壓風機低負荷失速問題 從脫硫系統(tǒng)投運后情況看，在機組半負荷或低負荷運行的情況下，增壓風機運行工況容易落在失速曲線區(qū)域附近，造成風機風壓調整困難，給機組安全運行帶來安全隱患，持續(xù)運行也將造成增壓風機的損壞。究其原因分析主要是機組半負荷或低負荷運行時煙道阻力與機組滿負荷時的阻力相比，煙氣流量與系統(tǒng)阻力并不成比例關系。從增壓風機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，與煙氣流量關系不大，所以在整個氣體流程中煙氣流量與其阻力并不成正比關系。如圖1所示，對比增壓風機實際運行工況點與其特性曲線，可以看到增壓風機在半負荷或低負荷的工況下，運行工況點接近失速區(qū)。在進行增壓風機選型設計時，對上述情況可能考慮有所欠缺。 2.2增壓風機的節(jié)能問題 增壓風機出力調整采用通過改變風機的葉片的角度來調節(jié)。通過改變風機靜葉的角度來調節(jié)風量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風量的調節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是節(jié)流損失仍然很大，特別是低負荷時節(jié)流損失更大，另由于節(jié)流調節(jié)，存在風機運行中振動、躁音等問題。同時異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6～8倍，對廠用電形成沖擊，同時強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大的不利影響。 由于目前增壓風機風量調節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐低負荷穩(wěn)定性運行需要，所以電廠考慮對增壓風機進行調節(jié)性能和節(jié)能改造，來滿足機組整體調節(jié)性能需要。 3 增壓風機變頻改造的可行性 在風機的各種調節(jié)方式中，變頻調節(jié)應用較為廣泛。當風機轉速發(fā)生變化時，其運行效率變化不大，其流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低。故考慮采用變頻調速實現(xiàn)對增壓風機電機轉速的線性調節(jié)，平移風機運行特性曲線，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備的運行穩(wěn)定性對各生產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機的運行方式特點進行分析，以確定其可行性。 增壓風機作為機組鍋爐風機管網(風、煙道)的末端設備，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被破壞，爐膛負壓反正，有可能達到爐膛壓力保護值造成鍋爐保護動作滅爐;同時風機跳閘后，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進入項目可行性研究階段，今后煙囪、旁路擋板拆除，增壓風機跳閘后，脫硫系統(tǒng)停運將直接導致機組跳閘，故增壓風機變頻改造對變頻系統(tǒng)的可靠性要求非常高。因此，增壓風機變頻改造除了選擇可靠性高的變頻器產品外，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)電機工頻旁路運行，以保證風機工頻拖動而不影響發(fā)電機組的正常運行，提高風機運行可靠性及系統(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，調節(jié)方式改為風機靜葉調節(jié)。變頻器故障消除恢復投運時，可以先切除增壓風機旁路開關，依托變頻器提供的飛車啟動功能，在增壓風機高速惰走的情況下恢復變頻器設備運行，從而大大減少機組爐膛壓力波動的時間。在滿足上述條件的情況下，增壓風機變頻改造是完全可行的。 4 增壓風機變頻改造的實例 電廠機組(燃煤)設計出力為220mw，配有一臺靜葉可調軸流式增壓風機，如圖2所示。額定風量1713960m3/h、全壓為3213pa，配用ykk900-14-w型電動機，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，km1為小車f+c開關。采用小車開關便于變頻器檢修時，將輸入/輸出側小車拉出產生明顯斷開點，另qf1、qf2開關均具備切斷故障電流的能力。 4.2改造前的控制方式 改造前增壓風機采用靜葉調節(jié)，其控制方式:通過原煙氣壓力手動設定值與實際原煙氣壓力的偏差進行pi調節(jié)，控制增壓風機的葉片角度，保證原煙氣擋板前的壓力穩(wěn)定在設定值。 為了防止一些小擾動，增加了一個原煙氣壓力手動設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的±5%。當偏差為正數(shù)時，pi調節(jié)是反調節(jié);偏差為負數(shù)時，pi調節(jié)為正調節(jié)，用比例元件p011的參數(shù)——1000來解決正反調節(jié)的問題。正常運行中，當偏差絕對值小于0.5%(35kpa)時，使用正常的比例帶=1000，積分時間=10s;當被調量與設定值存在較大偏差時，偏差絕對值大于0.5%(35kpa)時，及鍋爐rb保護動作時，馬上投入快速自適應塊進行迅速調節(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(時間可以根據需要調整)，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)程序將旁路擋板自動打開:(1)fgd跳閘;(2)主機事故跳閘信號;(3原煙氣壓力大于300pa或小于－850pa，延時3s;(4)原煙氣進口溫度＞150℃，延時10s;(5)原煙氣粉塵量＞180mg/nm3，延時3s。增壓風機跳閘造成旁路擋板自動打開，原煙氣壓力波動達到保護動作值將導致fgd跳閘。 4.3改造后的控制方式改造后增壓風機采用變頻調節(jié)，在變頻器故障情況下，風機靜葉調節(jié)投入自動。 4.3.1增壓風機母線電源開關qf控制策略在投入工頻運行情況下，qf開關合閘必須滿足各項脫硫系統(tǒng)工藝允許條件，如風機靜葉全關、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增壓風機變頻啟動控制策略 變頻啟動是在qf開關已經合閘情況下，投入變頻器運行，其控制過程為:判斷qf開關合閘，qf1、km1開關無保護異常，自動投入0.4kv預充電電源，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，判斷變頻設備無異常，時間持續(xù)5s，后自動合入qf1、km1開關，變頻器上高壓電，按照運行人員預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增壓風機工頻啟動控制策略 工頻啟動是在qf開關已經合閘情況下，直接投入電機運行，其控制過程為:當變頻器不在檢修狀態(tài)時，判斷qf開關合閘，qf1、km1開關有分閘狀態(tài)、無合閘狀態(tài)，qf2開關無保護異常;當變頻器在檢修狀態(tài)時，由運行人員在dcs畫面確認檢修狀態(tài)，邏輯上只判斷qf開關合閘，qf2開關無保護異常。 4.3.4變頻器調節(jié)控制策略 dcs工切變、增壓風機工頻狀態(tài)、旁路擋板保護開的情況下，變頻器調節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設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，變頻器調節(jié)投自動狀態(tài)，增壓風機原煙氣壓力手動設定值保持切換前原煙氣壓力。 4.3.5風機靜葉調節(jié)控制策略dcs工切變、增壓風機變頻自動狀態(tài)、旁路擋板保護開的情況下，風機靜葉調節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設定值將直接等于實際原煙氣壓力。dcs變切工、增壓風機工頻狀態(tài)的情況下，風機靜葉調節(jié)投自動狀態(tài):(1)變切工過程中，當變切工指令發(fā)出時，增壓風機原煙氣壓力手動設定值保持切換前原煙氣壓力，將增壓風機靜葉直接關到變切工之前鍋爐風量對應的增壓風機靜葉開度。(2)工切變過程中，當工切變指令發(fā)出時，保持增壓風機靜葉開度為切換前的開度。(3)鍋爐rb保護動作時，在rb動作信號發(fā)出30s內且旁路擋板處于關閉位置，將增壓風機靜葉直接關到當前鍋爐風量對應的增壓風機靜葉開度。(4)正常工頻運行狀態(tài)下 |
