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　　【摘要】：本文主要介绍北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT系列高压变频器在循环流化床锅炉风机上的应用，应用于梅州宝丽华集团荷树园发电厂，主要涉及改造的风机有：引风机、一次风机、二次风机、硫化风机等。通过现场的实际应用，采用变频调速技术来控制风机系统的风量和风压，不仅可以起到节约能源的作用，还可以提高其控制精度和缩短响应时间，从而使风机系统运行更加合理可靠。
　　
　　【关键词】：高压变频器、循环流化床锅炉、引风机、一、二次风机、流化风机。
　　
　　锅炉的燃烧方式的三种形式：层燃（火床燃烧）、室燃（悬浮燃烧）、沸腾燃烧（介于前两者之间）。循环流化床属于沸腾燃烧方式，即所谓的半悬浮燃烧方式，适用于燃烧颗粒状固体燃料。
　　
　　在循环流化床锅炉中，存有大量床料，启动时人为添加床料，在锅炉运行时床料主要由煤中的灰、未反应的石灰石、石灰石脱硫反应产物等构成。床料在从布风板下送入的一次风的作用下处于流化状态，煤粒、床料及石灰石被烟气夹带在炉膛内向上运动，在炉膛的不同高度部分大颗粒将沿着炉膛边壁下落，形成物料的内循环；较小固体颗粒被烟气夹带进入分离器，进行分离，绝大多数颗粒被分离下来，一部分通过回料阀直接返回炉膛，另一部分通过外置式换热器后返回炉膛，形成物料的外循环；飞灰随烟气进入尾部烟道。通过炉膛的内循环和炉外的外循环，从而实现燃料不断的往复循环燃烧。
　　
　　2.1循环流化床锅炉技术的优缺点：
　　
　　优点：燃料适性好、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大、飞灰和炉渣可综合利用等；循环流化床技术是目前zui成熟，并已经商业化运行的洁净煤燃烧技术，在燃用劣质燃料和污染控制方面得到广泛的商业应用。
　　
　　缺点：由于流化床*的布风板装置和飞灰再循环燃烧系统，使送风系统的风压一般运行在10KPA以上。由于风压的增大，使得锅炉受热面、耐火防磨内衬材料、风帽等系统的磨损度比一般的高，冷渣器的落渣堵塞，燃煤粒径过大，灰渣含碳量高、蒸汽温度难以保证，由于风压的增大，也使得循环流化床锅炉风机电耗大，烟风道阻力高缺点。一般循环流化床锅炉用电比率比煤粉炉至少高4%－5%以上。
　　
　　循环流化床锅炉的风烟系统：
　　
　　循环流化床锅炉示意图如图所示：　　循环流化床锅炉通过一次风机（有的锅炉一、二次风机共用，称为送风机或者鼓风机），将先经过空气预热器加热过的热空气，送入炉膛，主要是流化炉内物料，同时提供炉膛下部密相区燃料燃烧所需要的氧气。对于容量较大的流化床锅炉，还专门设计有多台流化风机，起到流化炉内物料的作用。同时，通过二次风机，提供补炉内燃料燃烧所需要的氧气并加强物料的掺混，还对整炉内温度场合的分布。炉膛里燃烧后的烟气，通过循环灰分离器，飞灰回送装置等，将燃烧未完充分的烟气循环燃烧，废气zui后经过除尘器，通过引风机排入大气中。
　　
　　2.2循环流化床风机系统控制难点：
　　
　　由于循环流化床锅*的燃烧特性，使得其对风量和风压的控制的要求更高：
　　
　　A、通过一次风压与风量的保证物料在炉膛内的正常流化，并要使风量与燃料量相匹配，以保证燃烧的经济性；
　　
　　B、必须使引风量与送风量相匹配以维持炉膛压力在正常范围内（一般为较小负压），以保证锅炉的安全性。为了保证物料的流化，循环以化床锅炉所配置的一次风机的风压都较高。
　　
　　循环流化床锅炉的燃烧要求以上各风机的风量需要随时调整，以保证锅炉正常燃烧。但对于传统设计上的风机，一般均采用入口导流器（即挡板或者风门）的开度调节风压与风量。由于一般设计的风量、风压均按需求比额定工况留有较大裕量，因此一般风机选型和电动机的选型偏大，运行中又由于负荷的变化可能经常需要调节，实际风门开度在30%~90%之间调整，且风门调节的风量线性度不好，在进行风门开度调节时经常出现风量变化异常情况，调节的响应速度也跟不上，加大了调节的难度。再者通过风门调节风量，使得风机经常工作的低效区，浪费大量能源。
　　
　　三、循环流化床风机系统的变频改造
　　
　　对于大容量的循环流化床锅炉，采用的是双风机系统，其可靠性要求与普通煤粉锅炉相同，当一台风机（变频器）故障时，不至于引起锅炉灭火，只是会引起比较大的扰动，并会甩掉一部分负荷。为将扰动降到zui小，所以对于大容量的循环流化床风机的一、二次风机、引风机的变频改造采用了“一拖一”自动旁路控制系统，而对于两用一备用流化风机，考虑到经济性，则采用“一拖一”手动旁路的控制系统，以下本文简单介绍HARVEST系列的变频器及两种控制系统在循环流化床风机上的应用。
　　
　　3.1HARVEST系列高压变频器的介绍：　　北京利德华福电气技术有限公司的HARVEST系列为单元串联多电平高压变频器，采用多个独立的低压功率单元串联来实现高压输出，主要包括移相变压器与功率单元两大部分。并辅以其他控制系统，如主控箱、PLC等，让变频器的运行状态能够实时记录，并有完整的保护功能
　　
　　A、移相变压器，主要功能为将输入电压降为700V左右的电压，供给功率模块，并通过多重化设计，使得变压器二次侧各绕组的谐波电流相互抵消，基本上消除了变频器对电网的谐波污染。
　　
　　B、功率单元是整台变频器实现变压变频输出的基本单元，每个功率单元都相当于一台交－直－交电压型单相输出的底压变频器，输出等幅的PWM波形，但每个功率单元相互间有确定的相位偏移，串联叠加以后，在变频器输出侧得到的是正弦阶梯状PWM波。
　　
　　C、变频器的控制采用DCS远程控制，通过一路4-20MA模拟量，直接控制变频器的输出转速，以达到控制风机风压、风量的目的。在DCS侧，通过自动控制程序，根据负荷、炉膛压力等数据进行自动调节控制。
　　
　　D、变频器控制电源采用两路交流220V电源，两路电源互为备用，在其中一路电源失电之后可以进行无扰切换，并将报警信号送至DCS，方便检修人员的故障排除。
　　
　　E、变频器冷却采用空水冷方式冷却加空调辅助冷却，变频器散热的热风，通过水冷器进行热交换，又回到室内继续循环，采用空水冷方式冷却，变频器室实际与外界没有空气交换，对变频器室的环境起好很好的改善效果，同时，在后期维护上，空水冷相对于其他散热方式，如空调循环，维护量都相对应少很多。在变频室内还安装有空调，在空水冷设备正常投入使用的情况下，空调只做为备用。
　　
　　3.2“一拖一”手动旁路变频改造介绍，主要应用负载为流化风机：　　如图所示，“一拖一”手动旁路变频器一次回路由三个手动刀闸构成，变频器输入刀闸QS1，变频器输出刀闸QS2，工频旁路刀闸QS3。并且三个刀闸之间有完整的互锁功能：变频器输出刀闸QS2与工频旁路刀闸QS3之前的机械互锁，其中一个合闸之后，另一个不能合闸，主要是防止两个刀闸同时合闸时，变频器的反送电，导致变频器功率单元的损坏。
　　
　　循环流化床锅炉的流化风机一般是三到五台，主要看炉膛及风烟管道的结构及配套风机功率大小，宝丽华电厂流化风机为三台，正常运行情况下为两用一备，其中备用流化风机变频器处于热备用状态，即变频器的输入刀闸QS1与输出刀闸QS2为合闸状态，且高压开关QF在合闸状态，变频器处于高压带电待机状态，在其他两台风机或者变频器如果出现故障时，可以随时启动备用风机，立即投入使用，再将故障风机退出运行检修，检修完毕后再投入备用。
　　
　　由于流化风机是两用一备，在其出现故障之后可以立即开启备用风机，留有充裕的检修时间，所以考虑到经济状态，采用“一拖一”手动旁路系统即可满足连续生产的要求。
　　
　　3.3“一拖一”自动旁路变频改造介绍，主要应用负载为引风机，一、二次风机：　　如图所示，“一拖一”自动旁路变频器一次回路由两个手动刀闸及三个真空接触器构成，变频器输入刀闸QS1，输入接触器KM1，变频器输出刀闸QS2，输出接触器KM2，工频旁路接触器KM3。要检修变频器时，可以将手动刀闸QS41与QS42断开，形成明显的断点，以确保安全。变频运行时，合上KM41与KM42，当变频器出现故障时，系统会自动分断KM41与KM42，并延时合上KM43，电机以工频状态运行。
　　
　　虽然对于双风机循环流化床锅炉系统，其中一台风机有故障时，锅炉并不会熄火，只需要降负荷运行。为保证系统的连续运行，引风机，一、二次风机采用“一拖一”自动旁路系统，在变频器发生故障时，变频器将自动将KM41与KM42分闸，并发“重故障”状态信号至DCS，DCS接到变频器“重故障”状态信号之后，开始发出关风门指令，当风门关到一定开度时，变频器自动合上KM43，此时风机以工频状态运行。
　　
　　在经过现场多次的试验后，当变频器出现故障时，此时风门开度关到30%左右为*值，此时再将风机以工频状态运行起来，对整个锅炉系统的影响zui小。在多次试验风门开关速度以后，确定了变频器故障切换工频的时间，即当变频器出现故障之后立刻开始计时，并分闸KM41与KM42，同时发“重故障”信号至DCS，DCS开始执行关风门逻辑，在经过29秒之后，风门大概关至30%开度，此时变频器自动将KM43合闸，风机恢复工频运行。
　　
　　所以，对于引风机、一、二次风机系统来说，当变频器有故障时，只有大概30秒左右的负荷压力波动时间，即可以恢复到双风机运行状态。这样可以保证系统的连续运行。
　　
　　可能对于不同现场来说有不一样的运行工况，可能风门的机械动作时间也不尽相同，HARSVERT系列变频器可以从界面上面自由设定切换工频的时间，以满足不同现场的工况的要求。
　　
　　四、结束语：
　　
　　对于宝丽华集团荷树园电厂变频器的改造情况来看，循环流化床锅炉风机系统的变频改造取得了很好的效果，方便了运行人员的调节，整个锅炉运行工况相对于工频状态下稳定得多，再者，通过变频改造，也降低了厂用电比率，起到很好的节能效果。
　　
　　参考文献资料：
　　
　　【1】倚鹏主编，高压大功率变频器技术原理及应用，人民邮电出版社，2008.2*版。
　　
　　【2】中国动力工程学会编，火力发电设备技术手册，北京：机械工业出版社，1999。