高压变频调速系统在煤气鼓风机中的应用.pdf

变 频 技 术 高压变频调速系统在煤气鼓风机中的应用 王 畅平 ， 杨 学 武 水城钢铁 集 团 有限责任公司设计院，贵州六盘水 5 5 3 0 2 8 [ 摘要] 介绍了高压变频调速系统在煤气鼓风机中通过压力传感器和 P L C构成的闭环自动控制系统，实 现 了对 煤 气 流量 和压 力的 自动控制 ，达 到 了节能 降耗 和 提 高控 制 水平 的 目的。 关键词 变频调 速 煤 气鼓风机 节能P L C 传感 器 O 引言 煤 气鼓 风 机 是 焦 化企 业 的核 心 设备， 目前， 国内多数焦化企业 由于 投 资 大等 原 因，煤 气 鼓风 机 由电机工频恒速驱动，靠节流 、循 环等 传 统 手段 来 调 节煤 气 流量 和 压 力 。 在煤气 鼓风机 的运行过 程 中， 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 3 - 0 5 作者简介王畅平 1 9 7 2 - ，男，工 程师，硕士，主要从事自动控制及 自动化仪 表 方面 的设计 和应 用 。 由于 焦 炉 粗 煤 气产 量波 动 变 化 ， 鼓 风机 的负 荷 变化较 大， 而动 力 源 电机 由于 工频 运 行 ，其 转速 不 变， 即输 出功率 的 变化 不 随 负荷 的变 化而 变 化 ，既 浪 费 了大 量 的 电能， 同时又给调节增 加 了困难 。 本 文 介绍 的 采 用高 压 变频 调速 系 统 直 接控 制 煤 气鼓 风机 电机 的转 速，并应用 P L C与压力传感器构成 初 冷器 前 吸 力 的 闭环 自动 控 制系 统 ， 实现 了电机 根 据 负荷 的 变化 变速 运行 自动调 节 煤气 流 量 和压 力，既满足了生产需要， 又达到 了 节 能降耗 、延长设备 的使用 寿命 、 提 高 控制 水平 的 目的 。 l 系统构成及其实现 某 焦 化 厂 煤 气鼓 风 机 高 压 变 频调 速 系统 通 过 对鼓 风 机 电机 的 转速 进 行 控制 来达 到 根 据 负荷 变 化调 整 输 出功 率 、稳 定 初冷 器 前 吸力 和节 能降 耗 的 目的。 1 ． 1 系统硬件组成 系统组 成如图 l ， 主要部 分及 其功 能分述 如 下 1 由降压变压器 、变频器和 升压变压器 构成 “ 高 -低 -高”式 变频调速装置 ，能完成工频 5 0 HZ 的本底压强非常低 约 l 0 P a ，即 ns n l ， 同时 n S H 2 0 月 l H2 o ， 可忽略 月 和 月 。 ，将 3 式和 5 式相 比 得 Pl s o 7TMld n lS H 20 -- l／n l 0 7 由 6 式和 7 式可知，扩 散后 取 样 阀 内 的气体 成 分 与扩 散 前干 燥 室内 的气体成 分相 同。 关阀 A，开 阀B后，取样 阀与 测试 室相 通 。此 时取样 阀 中的气 体 成 分 与干 燥 室 内的相 同， 且压 强 同为 P 设此 时取 样阀 中的气 体量 为 n 。 同理 我们 可 以推 出 P P P P “ l ／ r l S H2 0 一 - P l l f H ’ o 1 8 可 见 在 测 试 室 的本 底 压 强 非 常低 时 ，其 内部 气 体 成分 与 干 燥 室 内气体 成 分相 同， 故可 用 测 试 室 内的 水蒸 气分 压 来 表征 干 燥 室 内的水蒸 气分 压 。 由 8 式可 知，若 测得测试 室 内总压 力 和 水蒸 气 分压 以及干 燥 室 内 的总 压 力， 则 可 求 出干燥 室 内的 水蒸 气 分压 。我们 依 此 法 利 用 四极 质 谱计 测 得 测试 室 内的 水蒸气 分压 P 、 f0 ，用真空计分别 测出干燥 室和测试 室内的真空 度， 进 而 计算 出干 燥 室 内的 水蒸 气分 压 。然 后将 该值 与湿 度 传感 器测 得 的 电容值 相 对 比， 就 可确 定 电 容传 感 器 的 电容值 与 水 分压 之 间 的 关系 。 3 结束语 该 系统 为测 量 电 工绝 缘 材 料 真 空 干燥过 程 中的微 量 水 分而 设 计，但同样 适用于食 品、轻工 、化 工 、药材等真空干燥过程 。对干燥 过 程 实现 在 线 实时 监测 与 控 制具 有积 极 意义 。 参考文献 [ 1 1 H ． Y o s h i d a T ． S u z u k i ． D I D 1 n g P r o 一 2 0 0 4 年2 期四衄3 1 一 ～ ～ ～ ～ 一 ～ 一 一 ～ 一 ～ 一 ～ 一 一 ～ ～ ～ 一 维普资讯 ■ ● ■ ■ ■ 一变 频 技 术 - 器前 吸力 设定 值 的选 定 要服 从 保 持焦 炉 压 力值 稳 定 的需 要 。正 常 情 况下 ， 焦 炉 闭环 子 系统 能很 好 地 实现 自动跟 踪 调 节气 压 ，初 冷 器前 吸力 设定 值 一 经选 定 不需 改 变。但当某焦炉压力不足，对应蝶 交 流 电到 频 率可 变的 交流 电的转 换 ，并具 有手 ／自动调速 功能 。 图1 煤气鼓风机变频调速系统的组成框图 2系统 中的 P L C包 括 S I ． E ME NS S 7 3 0 0 主站 和 S 7 2 0 0 从 站 。2 个 P L C间用F R O F I B U S总线 通讯，另有 1 个从站是变频器。S 7 ． 3 0 0 P L C完成整个系统的信号采集 和控制功能，S 7 2 0 0完成高压开关 柜 的信 号采 集 及 变频 器 故 障时 变 频到 工频 的 自动切 换 。 3上 位机 选 用研 华 工控机 完成 整 个 系统 的 工艺 流 程 、设 备 运行 状 态 的显 示 和监 控 、 实时 曲 线的显示 、历史数据的保 存、权限 管理 、操作查询 、报警、打 印等功 能 。 4操 作 台实 现 系统操 作 控 制及 高压 开 关 、鼓 风 机 运行 状态 指示 。 1 ． 2 软件基础及实现 本系统软件平台采用 Wi n d o w s N T 4 ． 0 ，上位机采用 F r a me v i e w软件 组态， 编程 软件 采用 SI M ATI c S T E P 7 V5 ． 1 ，完成 S 7 3 0 0 P L C硬件 组态及 软 件编程 。 通过 P L C的P I D功能块 F B 4 1 完成初冷器 前吸 力的单闭环控 制， 同时建立变量表，用于 P I D 的参数 整定和修 改。软件流程如 图 2 。在 软 件 设 计 中利用 P LC ．网 定 时 中 断 L 功 能 完 成 空1 数据采样、 匮 孥 囡、 _ _蕉 数 字 滤 波 、 l韶 叠 旁 }___ ． J 薯 墨 l P I D运算及 l l I 奎 塑 墨 l 控 制输 出。 图2变频调速软件 罄 个 流 程 图 统 控 制的 关键 是 保持 焦 炉压 力设 定 值达 到 工 艺要 求 指标 ， 而初 冷 3 2 四衄2 0 0 4 年 2 期 一 1 _ 丁一 厂⋯ 阀的调 节机构关 闭 到极限 时，计算机 控制将 自动修 改初 冷 器前 吸力的参数 3 控制效果 煤 气 鼓 风机 系统 采 用 变 频调 速 系 统 后， 初 冷器 前 吸 力翻 板全 开 ，减 少了风阻，节 能显 著。表 l 为煤 气鼓 风机 改造 前 后主 要 参数 的实 际记录 平均 值 。 墨 垩塑重量茎 垫鋈 叁墼重 项 目 转速 n ／r ／ min 运行电流I ／A运行电压 U ／ V 运 行频率ill- l *运行功率 P ／k W 设 定值 变频 器 的输 出频率 ，使 鼓 风 机 的转 速也 相 应 改 变， 从 而 改变 对 各个 焦 炉集 气 管输 出煤气 的抽 力 ，促使 各焦 炉 子 系统 逐渐 脱 离极 限位 置 。 2 系统特点 2 ． 1变频转工频 由于 煤 气鼓 风 机 不 允许 中 断 运行，若变频系统 出现故障，必须 在 变频 电源 短 时断 电后 将 电机 很 快 自投 到 工频 电源 运行 ， 即 变频 转 工频 。同 时还 需 考虑 转换 的安 全 性 和实 现 方法 ， 本 系统 采 用延 时 法 。 变频 转 工 频 系统 主 电路 示 意 图如图 3 。KI K5为高压开关柜，其 中K4与 K5是原工频系统 。当Kl 、 K2 K3 或变频装置 出现故障时， 系 统中的 S 7 2 0 0 P L C自动将变频器停 止 运 行 ， 并 断 开 高 压 开 关柜 K 2 K3 ，延时后，K4 K5 自动合 闸，l 2 鼓风机 由工频 电源供 电，继续 运行 ， 变频转 工频 完成 。 2 ． 2 变频器一带二系统的设计 为充 分 发 挥 变 频器 的节 能 效 益， 当 l台风机故 障或检修 时， 另 一 台风 机 仍 能利 用 变频 器 节 能运 行 ，即所 谓一带二 系统 ，如 图 3。 由 图 可 见 ， 变频 器 F 可 供 电 给 1 2 中的任 一 台 鼓 风 机 电 机 变 频 运 行 。 为 防 止 误 操 作 ，K 2 与 K3 、K2与 K 4、K3与 K5 图 3 变频转 工频 系 统主 电路 示意 图 均 具 有互 锁功能 。 以 改造 前 后 参 数 的平 均 值 计 算节能 效果 ，年节 约 电费约 为 4 7 万余 元 。可 知 在 应用 变 频调 速 系 统 后，仅 节能一项 只需 3年多就可 回 收全部 投资 。 此 外 ， 变 频 器具 有 的软 启 动 功 能 减 小 了 对 电 机 和 电 网 的 冲 击 ；变频器 自身所具有的过压 、欠 流 、过 流 、过 载 和过 热 等保 护 功 能， 能 有效 避 免 由此 而 引发 的各 种故障，并及时提供 故障信息 。同 时 变频器 降 低 了 电机 转速 ， 减 少 了设 备磨 损 ， 故延 长 了鼓 风机 的 检 修周 期和 使用 寿命 。 4 结束语 该 煤 气 鼓风 机 变频 调 速 系统 于 2 0 0 2年 2月试投运至今，运行 良 好 。充分 证 明了煤 气 鼓风 机 应 用 变频调速，并采用 P L C构成初冷器 前 吸 力 的 闭环 自动 控 制 系统 ， 实 现 了 自动 调 节煤 气 流量 ， 既 满足 了焦 化工 艺 要 求， 又达 到 了节 能 降耗 的目的，经济效 益显著，值得 大 力推 广应 用 。 参考文献 I 1 l 孙敬， 崔丽丽．变频器在钢包烘烤 器燃烧系统 中的应用． 2 0 0 1 中国 钢铁年 会论文集 I 2 l 金以慧．过程控制．北京 清华大 学出版社 ，l 9 9 3 ，4 l 3 l S I E M E N S S T E P 7 V 5 ． 0 使用手册 跎 5 4 6 如 如 | ㈣ 6 0 4 5 4 7 ∞ 如 ∞ ∞ ∞ 前 后 状 频 频定 变 变额 维普资讯