內(nèi)蒙古某火電廠采用330MW燃煤機(jī)組，脫硝裝置采用SCR，氨氣作為其中重要的還原劑，在化學(xué)反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用[1]。由于高濃度的氨氣遇氧氣易爆炸，所以需要對其進(jìn)行充分稀釋之后才能輸送到反應(yīng)器中。目前的稀釋風(fēng)機(jī)大都將空氣流量調(diào)整穩(wěn)定后，稀釋風(fēng)機(jī)維持恒定速度運轉(zhuǎn)，空氣流量就不需要再隨氨氣流量值調(diào)整。但由于此方式下風(fēng)機(jī)長時間高速運轉(zhuǎn)，易造成風(fēng)機(jī)葉片磨損，縮短風(fēng)機(jī)使用壽命。而且當(dāng)鍋爐負(fù)荷減小時，風(fēng)機(jī)不能夠及時對風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整，造成電力資源的浪費。鑒于此，本文設(shè)計了一種變頻-工頻啟動的稀釋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

　　1技術(shù)方案

　　1.1稀釋風(fēng)機(jī)方案

　　脫硝系統(tǒng)中氨氣在和煙氣反應(yīng)之前，要先在混合器中進(jìn)行稀釋。稀釋風(fēng)機(jī)大多采用高壓離心式風(fēng)機(jī)，不間斷地向混合器中提供空氣，將濃度稀釋到5%以下。根據(jù)稀釋比例稀釋風(fēng)機(jī)要提供3000N·m3/h以上的風(fēng)量。

　　1.2變頻調(diào)速控制方案

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻技術(shù)由于其便利性強(qiáng)和可適應(yīng)性高逐漸被工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域大量應(yīng)用。首先，電廠通過采用變頻技術(shù)，電機(jī)啟動方式改為軟啟動，啟動電流較小，無形中對電機(jī)形成了一種保護(hù)。其次，變頻調(diào)速技術(shù)具有較寬的調(diào)速范圍，能夠滿足稀釋風(fēng)量隨著氨氣流量值增大或減小的條件，大大地提高了風(fēng)機(jī)的使用性能。最后，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行電機(jī)頻率調(diào)整，電能損耗顯著減小，大大節(jié)約電力成本。1.2.1變頻調(diào)速原理(1)式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min;f為電源輸入頻率，單位為Hz;s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率;p為電機(jī)磁極對數(shù)。從式(1)中不難看出以下結(jié)論，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率成正比，在P、S不變化的情況下，只需要改變電源頻率就可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，也就是轉(zhuǎn)速低，耗能低。1.2.2風(fēng)機(jī)運行的特點1.2.3變頻風(fēng)機(jī)耗能變頻風(fēng)機(jī)近似耗能公式：(3)式中：W為電能，單位為kW·h;Ne為風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速;Nt為風(fēng)機(jī)實際轉(zhuǎn)速，單位為r/min;p(t)為風(fēng)機(jī)功率，單位為kW;Qe為風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量值，Qt為風(fēng)機(jī)實際風(fēng)量值，單位為m3/s。對于脫硝稀釋風(fēng)機(jī)，當(dāng)氨氣流量值減小時，需要的風(fēng)量也隨著減小，就可以通過變頻器調(diào)低稀釋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。從上述近似公式中可以看出，風(fēng)機(jī)實際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比的3次方與風(fēng)機(jī)軸功率成正比[2]，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時，電機(jī)的功率會急劇下降，節(jié)能效果非常顯著。

　　2系統(tǒng)設(shè)計方案

　　內(nèi)蒙古某電廠稀釋風(fēng)機(jī)以往都是直接啟動、設(shè)定好風(fēng)量值、不間斷全速運行，無特殊情況基本不對其進(jìn)行調(diào)整[3]。此種方式長時間運行下存在風(fēng)機(jī)葉片嚴(yán)重磨損，電機(jī)持續(xù)過熱，電能大量浪費的不利因素。本文提出一種基于S7-300PLC變頻PID控制系統(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻運轉(zhuǎn)，有較高的安全經(jīng)濟(jì)性[3]。

　　2.1稀釋風(fēng)機(jī)供電方案

　　本系統(tǒng)以兩臺稀釋風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行設(shè)計，一備一用，由變頻器進(jìn)行啟動和直接啟動組成。設(shè)置稀釋風(fēng)機(jī)采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，能夠滿足單臺鍋爐稀釋風(fēng)量要求，并能夠適應(yīng)鍋爐正常工作的要求。現(xiàn)場工作情況正常時，由變頻器控制單臺風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，立即切換到工頻運轉(zhuǎn)，在這種運行方式下，運行可靠，可應(yīng)對現(xiàn)場出現(xiàn)的大多數(shù)故障情況。圖1為系統(tǒng)主電路圖。

　　2.2系統(tǒng)硬件方案

　　控制器選型：CPU采用CPU314C-2DP，它屬于緊湊型的PLC，含有96kb工作存儲器，0.1ms/1000條指令，DI24/DO16，集成AI5/AO2，MPI+DP接口等。變頻器選型：采用西門子公司的MM430變頻器，它主要應(yīng)用于工廠風(fēng)機(jī)控制。輸入頻率47～63Hz，輸出頻率0～650Hz，通信接口采用RS485，具有工作安全可靠和欠壓、過壓、過流、過載保護(hù)等優(yōu)勢。傳感器選型：根據(jù)現(xiàn)場需求，選用渦街流量計，它可以在300～400℃的高溫下工作，采用RS485通信方式，具有顯示調(diào)校一體化優(yōu)勢[3]。觸摸屏選型：使用博途V16自帶的精智面板進(jìn)行畫面繪制。

　　3控制策略

　　3.1變頻器控制策略

　　系統(tǒng)開機(jī)時，首先在觸摸屏上設(shè)置參數(shù)，然后PLC在線接收傳感器傳來的數(shù)值。之后系統(tǒng)檢查無誤后，啟動變頻器。當(dāng)變頻器正常工作時，風(fēng)機(jī)根據(jù)氨氣流量變頻運行;當(dāng)變頻器發(fā)出故障信號時，風(fēng)機(jī)工頻啟動[4]。風(fēng)機(jī)變頻運行時，PLC控制器通過渦街流量計實時檢測氨管道中的氨氣流量值，當(dāng)鍋爐負(fù)荷減小，氨氣流量值降低時，變頻器調(diào)低頻率，風(fēng)機(jī)減速運行;當(dāng)氨氣流量值增大時，變頻器調(diào)高頻率，風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運行。當(dāng)PLC控制器檢測到風(fēng)機(jī)1出現(xiàn)過熱、過載等故障時，報警并停機(jī)，啟動風(fēng)機(jī)2。變頻稀釋風(fēng)機(jī)控制流程如圖2所示。

　　3.2PID控制規(guī)律

　　在本控制系統(tǒng)中，稀釋風(fēng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，出風(fēng)量作為控制量，這種情況下采用數(shù)字PID位置式控制算法來控制系統(tǒng)。下式是數(shù)字形式的PID控制規(guī)律：如果T達(dá)到最小值，上式就可以精確模擬PID控制規(guī)律。

　　3.3PID在控制系統(tǒng)中的作用

　　采用PID算法對風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量進(jìn)行實時控制，可以使氣體稀釋濃度穩(wěn)定在5%以下，實現(xiàn)精確的控制效果，使風(fēng)機(jī)發(fā)揮最佳的使用效果。當(dāng)實際氨氣流量值高于設(shè)定的流量值時，PID模塊輸出100%滿功率的信號，送給變頻器，提高頻率，增大風(fēng)機(jī)出風(fēng)量，保證氨空氣的稀釋比;當(dāng)實際流量值低于設(shè)定的流量值時，PID模塊輸出的信號慢慢變化，將最小的信號送給變頻器，減慢風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減小出風(fēng)量。圖3是稀釋風(fēng)機(jī)的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖3稀釋風(fēng)機(jī)PID閉環(huán)控

　　4上位機(jī)平臺設(shè)計

　　上位機(jī)平臺采用博途自帶的觸摸屏進(jìn)行編寫，采用MPI協(xié)議和CPU連接。上位機(jī)平臺安裝在現(xiàn)場調(diào)度室，通過上位機(jī)平臺，可以對風(fēng)機(jī)進(jìn)行一鍵啟動、停機(jī)等集中控制，可實時監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施的運行情況及周圍環(huán)境的安全情況。上位機(jī)畫面如圖4所示。

　　5設(shè)計方案現(xiàn)場驗證

　　5.1工程概況

　　內(nèi)蒙古某電廠裝備330MW機(jī)組，SCR還原劑采用氨氣。煙氣流量為9800000N·m3/h，入口、出口NOX濃度各為400mg/N·m3和50mg/N·m3。將氨氣稀釋到5%以下的濃度需要設(shè)置稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕度不低于10%，風(fēng)壓裕度不低于20%，需要稀釋風(fēng)流量3000N·m3/h，系統(tǒng)具體參數(shù)指標(biāo)如表1所示。能費用，約節(jié)能50%，按照兩臺風(fēng)機(jī)全年利用小時數(shù)4100h，電價約0.6元/kW·h，計算出兩臺風(fēng)機(jī)節(jié)約的電能。(5)通過計算兩臺風(fēng)機(jī)每年可節(jié)約54.7萬元，達(dá)到了節(jié)約能耗的目的。

　　5.2應(yīng)用效果

　　該系統(tǒng)自投入運行兩年來，從未發(fā)生過一起停風(fēng)事故，達(dá)到了預(yù)期的目的，通過變頻，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的調(diào)風(fēng)操作，提高了風(fēng)機(jī)的工作性能，延長了使用壽命，節(jié)約了大量的能耗。同時，在調(diào)度室實現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的集中控制，達(dá)到了“無人值守”的要求，提升了脫硝的綜合自動化水平[5]。

　　6結(jié)論

　　本文通過分析內(nèi)蒙古某發(fā)電廠330MW燃煤機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)稀釋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)存在的問題，提出了優(yōu)化稀釋風(fēng)稀釋的設(shè)計方案，并成功在該電廠實施改造。本次采用變頻技術(shù)進(jìn)行改造，經(jīng)運行發(fā)現(xiàn)，改造后的單臺鍋爐每年可節(jié)約電費近54.7萬元，從根本上解決了問題。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]白全林.變頻—旁路工頻控制技術(shù)在主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].煤炭工程，2020，52(11)：144-148.

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　　[4]梁大鎂，安城，楊小剛.某330MW燃煤機(jī)組脫硝稀釋風(fēng)改造優(yōu)化[J].低碳世界，2017(36)：92-93.

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　　《變頻技術(shù)在稀釋風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用》來源：《自動化應(yīng)用》，作者：李潔 范卓