高压斩波内馈调速在循环流化床锅炉风机上的应用

【摘　要】 本文介绍了哈尔滨市华能集中供热有限公司在应用斩波内馈调速设备上的探索和经验。通过不同工况的对比，表明使用斩波内馈调速系统后的节能效果显著，并提高了系统的安全可靠性。

【关键词】 斩波内馈调速 循环流化床 风机 节能

引言

哈尔滨市华能集中供热有限公司的热源厂规模为6台116MW（160t）循环流化床热水锅炉，3台75t/h循环流化床蒸汽锅炉，2台12MW背压式汽轮发电机组，总供热面积为1800万平方米，最大热负荷为1054.8MW。可以承担起哈尔滨市道里、道外两个区大部分的冬季供暖任务。九台循环流化床锅炉全部为哈尔滨锅炉厂生产，其中116MW循环硫化床热水锅炉，是该厂生产的第一台目前国内最大的循环流化床热水锅炉。

循环流化床作为一种清洁高效燃烧技术在国际上被广泛认可，其具有燃烧适应性广、燃烧效率高、氮氧化合物排量低、负荷调节范围大、污染物排放低等特点，属于环保型锅炉，是国家大力推广的新型锅炉。其燃烧工艺如下：燃料由炉前给煤系统送入炉膛。送风系统由一次风（鼓风）和二次风组成，一次风由炉床下部送入炉膛，主要保证料层流化；二次风沿燃烧室分级多点送入，主要增加炉膛的氧量起到助燃作用。燃烧后的物料变成一些较小的颗粒随烟气一起进入分离器，经过固气分离其中大部分颗粒由分离器下部的返料器重新送入炉膛，使炉膛内有足够高的灰度，保证流化；烟气经过电除尘器除尘后由引风机抽出。

1. 系统技术方案

对循环流化床锅炉调节主要就是对风煤系统的调节。目前调节风量的主要方法是通过改变风门开度和改变电机转速来调节。其中以对电机调速为最优。在一期工程5#、6＃热水炉三大风机中，根据设计院设计选型我们选定了国内某厂家生产的斩波内溃调速系统，分别控制5＃、6＃热水炉的一次风机（1250KW/6000V）、二次风机（250 KW/6000V）、引风机（800 KW/6000V）。

2. 装置原理特点

2.1内馈调速及功率控制原理

根据电机学的理论，电机的转速与机械功率及电磁转矩成 如下关系：Ω=■ ——（1），式中：Ω为机械转速； PM为机械功率； T为电磁转矩。又，根据能量守恒，有PM=Pem-P2——（2），因此Ω=■——（3），其中：Pem为电磁功率,P2为转子损耗。

公式（2）表明，电机转速可以通过电磁功率或损耗功率两种控制获得调节。电磁功率控制改变的是理想空载转速，调速是高效率的；损耗功率控制增大转速降，调速是低效率的。所有调速方法都归属于功率控制原理之中。

由于电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩的大小，当负载转矩已经为客观工况所确定后，电磁转矩就随之被决定了，因此电磁转矩与调速控制无关，而且不能随意改变。动态转矩对转速的作用只表现在调速的过渡过程中，转矩的变化是功率控制和转速响应滞后的结果，在一定的功率控制作用下，动态转矩随转速响应自动减小，直至新的负载平衡时为零。因此，电机转速只能通过功率控制来实现。

内馈调速是基于转子的高效率电磁功率控制调速，通过将转子的部分功率（即电转差率）移出来，使转子的净电磁功率发生改变，于是根据以上理论，电机转速就相应得到控制。为获得高性能的调速，加强电机调速的内因，内馈调速在电机定子上另外设置了内馈绕组，用来接受电转差功率，有源逆变器使内馈绕组工作在发电状态，通过电磁感应将功率反馈给电机定子。使定子的有功功率基本与机械输出功率相平衡，内馈调速因此得名，如图1。与变频调速相比，斩波内馈调速只是控制对象不同，两者遵循的是同一原理，因此并不存在本质的区别。

2.2 斩波的作用与意义

斩波器的作用相当于按一定频率、周期性地接通和关断的高速开关。控制斩波的占空比，就可以实现对逆变电流的控制，也就控制了反馈到内部内馈绕组的电流和功率，从而实现内馈调速。其意义在于：

2.2.1使有源逆变器的功率因数可以高达0.9，且恒定不变。

2.2.2有源逆变器的额定容量仅为电机容量的14.8%，加上触发简单，使可靠性大为提高。

3. 内馈调速系统的控制及运行方式

3.1启动时，直接控制高压开关柜，电机经频敏启动，可以减小启动电流并增大启动转矩。

3.2调速运行时，直流回路存在较大的电磁能量，如果直接停电，将产生过电压使可控硅损坏。所以调速停车时，设置的逻辑控制会自动转到全速后再停车。事故停电有断电和过压保护，防止设备的损坏。

3.3该调速设备可以在不停机的情况下自检。即设备可在全速运行状态时，可用低电压小电流模拟调速运行，这样可在不影响运行的情况下检测斩波器和逆变器是否正常，给检修带来极大方便。如果发现设备不正常工作，会自动报警并使电机进入全速工作状态，不会因为调速设备的原因而出现停机现象。

3.4在集控室实现远方操作。该方式与就地操作相同，且更加方便。

3.5 DCS控制方式。远方操作指令在给定4-20mA控制信号下实现稳定、平稳调速，并在出现断线故障时能保持原来的给定转速，同时发出断线报警信号。

4. 节能及其他效果分析

电机技术参数：

一次风机。型号：YQT2-500-4；功率/电压： 1250KW/6000V；额定电流：142A。

二次风机。型号：YQT2-400-4；功率/电压： 250 KW/6000V；额定电流：29.4A。

引风机。型号：YQT2-500-4；功率/电压： 800 KW/6000V；额定电流：91A。

在锅炉负荷为93MW的工况下风机运行试验如下：

使用结果分析：

一次风机运行全速时电机功率720kW，而风机在调速时电机功率567KW，即调速状态下一小时节电153度。若电机按每年运行3600小时计算（按150天计算），可节约55万千瓦时。按每度电0.75计算，一个供暖期可节约资金约41万元。同样，二次风机一个供暖期可节约资金约7.31万元，引风机一个供暖期可节约资金约24.8万元。节电率均在15％以上。

其他效果：

4.1由于斩波内馈调速系统可以非常平稳的调整风量，运行中可以任意调整锅炉负荷，锅炉运行参数得到改善，提高了锅炉效率。

4.2使用斩波内馈调速系统后，风门全开，减少了系统阻力，减少了对烟道、风道和风门挡板的冲击腐蚀，相应的延长了很多零件的使用寿命，有效的提高了相应设备的检修周期，节约了大量维护费用，同时也降低了风机出力和电耗。

4.3由于使用频敏电阻启动电机，电机启动电流减小，启动时间延长，对电网无冲击，有效延长了电机寿命。

结束语

斩波内馈调速系统自运行以来一直较为稳定，其节能效果比较明显，特别是在低负荷时更为显著，确实不失为一种较好的调速方法。其良好的性能必将会越来越为各行各业所应用。

参考文献：

[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，1997.

[2] 黄立培，张学.变频器应用技术及电机调速.北京：人民邮电出版社,1997.

[3] 魏泽国.可控硅串级调速原理及运用.北京：冶金工业出版社，2004.

作者简介：公 冰，毕业于哈尔滨理工大学 现任哈尔滨市华能集中供热有限公司电气车间主任。

（作者单位：哈尔滨市华能集中供热有限公司）