宁守庆

作者通联：河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂动能车间 郑州市管城区陇海东路72号 450000

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一、概述

河南中烟郑州卷烟厂目前有4台20t/h全自动燃气锅炉（表1），压力变感器将锅炉蒸汽压力转化为电信号（0～10V）后送入比调仪，比调仪调节燃气调节阀开度、配风等参数实现控制要求。锅炉蒸汽压力检测值同设定值经过比较，其偏差信号输入控制器，控制器经过PID运算后控制鼓风机风门（挡板）开度。为保持锅炉蒸汽压力稳定，系统引入蒸汽流量作为前反馈信号，调节天然气调节阀和鼓风机风门开度。

PLC输出信号给程序控制器，满足启动条件后程序控制器开始动作，动作过程是先检漏→检漏正常→锅炉鼓风机Y—△启动后一直保持工频（50Hz）状态运转。同时锅炉燃烧机的伺服执行器电机得电，伺服执行器逆时针旋转，带动鼓风机风门控制连杆将风门开到最大位置，鼓风机大风量进行吹扫。吹扫完毕，伺服执行器顺时针旋转将风门关到最小位置（点火位），开始点火，点火完成后再由比调仪控制大火、小火负荷，进入正常运行。

表1 全自动燃气锅炉主要配置

锅炉房实际设计时很难准确计算管网阻力，而且考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，因此通常将系统最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。威索公司设计锅炉燃烧机时，设计风量配给富裕量较大，并且始终使锅炉鼓风机处于满负荷运行状态，而天然气燃烧时需要风量，主要依靠鼓风机风门开启度与伺服执行器的天然气控制调节阀进行配比调节。

由于鼓风机采用Y—△启动，电机启动电流为额定电流的4～7倍，不仅消耗电能，还会冲击电网。而且生产过程中锅炉蒸汽燃烧负荷（大火、中火、小火）经常波动，锅炉鼓风机风门也在不断变化，例如当锅炉蒸汽压力达到设定值时，锅炉就会自动转成小火燃烧，鼓风机风门会关小，而鼓风机仍以1450r/min额定速度运行，这时就有大量空气经过压缩后直接冲击鼓风机风门，产生噪声最高达104dB（国家噪声标准为85dB）。为此，开发锅炉鼓风机变频系统。

二、锅炉鼓风机变频系统

1.设计思路

将鼓风机电机定频率运转改为变频运转，实现减噪、节能的目的。去掉锅炉鼓风机风门，利用传动装置将天然气所需风量通过角度变送器的反馈信号传至变频器，由变频器调节锅炉鼓风机转速。天然气用量增加，变频器输出频率提高，鼓风机转速也随之提高，从而增大进风量，满足天然气燃烧所需风量。

2.变频系统数据采集

通过累积测量，得到锅炉运行风压及天然气流量，以及燃烧全过程气门开启度与伺服执行器主轴转过角度的关系图（图 1）。

根据威索燃烧机运行原理，伺服执行器主轴旋转至40°时开始点火，旋转至130°时锅炉燃烧机天然气阀门开启为最大90°，达到最大负荷（大火燃烧）。进一步得到图1b的极坐标展开图（图2），40°～90°区间内所包含的曲线即为研制的传动装置运行轨迹，通过计算该曲线相对于基点距离的比例关系，得到传动装置轨迹图（图3），由此制作出轨迹扇形轮。

3.鼓风机控制电路（图4）

变频器12#端子为变频器内部输出电源，提供24V电压，27#端子为变频器启动控制端，当其获得24V电源时变频器进入运行状态。因此，直接将12#、27#端子相连，即可实现在L1、L2、L3得电同时启动变频器，使变频器和锅炉其他控制系统同步运行。变频器60#端子接收角度变送器反馈的4～20mA信号，根据变频器安装要求，39#端子（模拟/数字输出地线）必须与55#端子（模拟电压输出地线）相连。

图1

图2

4.安装制作

制作材料：①1个角度变送器（开度0°～90°，DC 24V/4 ～20mA）；②1个扇形轮（包括1个扇形钢带、5个轨道保持架）；③1根信号线（长度视距离而定）；④1个角度变送器托架；⑤1根连杆，一端连接到角度变送器的轴上，另一端安装1个轴承，可在扇形钢带（渐开线轨迹）上滑动。

先去掉伺服执行器上的风机挡板连杆并且将风机挡板锁定到最大位置不变，开度为100%，然后在伺服执行器上加装扇形轮和角度变送器。伺服执行器得电将带动扇形轮同步运行，由于连杆在扇形轮轨迹上作运动，因此带动角度变送器运动，使角度变送器发生角度变化，角度变送器向变频器60#端子输入4～20mA信号，调节电机频率。伺服执行器逆时针旋转时，角度变送器输出20mA信号，逆时针旋转，角度变送器输出4mA信号。

图4

5.系统运行

风机变频启动后，伺服执行器逆时针旋转，风机以大风量运行（50Hz）进行吹扫，吹扫完毕，伺服执行器又作顺时针旋转，变频风机以小风量运行（10Hz）、风压在1100Pa点火。点火完成后，根据负荷情况由比调仪、程序控制器、伺服执行器和变频器共同完成控制锅炉鼓风机电机频率，配合天然气调节阀完成大火、小火的燃烧负荷调节。

三、改造效果

改造过程简单、安全、可靠，基本保留原有控制电路，只加装扇形轮和角度变送器，电机回路只是将Y—△启动改为变频启动。为检测锅炉燃烧运行过程中氧气与天然气的配比是否达到技术要求，使用Testo325xl型烟气分析仪分析锅炉排放到大气中的烟气（一氧化碳、二氧化碳、含氧量），各项指标均符合中华人民共和国锅炉大气污染物排放标准。4台锅炉每年可节约近百万元电费，噪声降低到85dB。此改造项目已获国家知识产权局国家发明专利（专利号：200710054554.x）。

参考资料

1 杨公源.变频器应用实例.电子工业部出版社，2006

2 杨诗成，王喜魁.泵与风机.中国电力出版社，2007

3 姜湘山.燃油燃气锅炉安装与运行维护.机械工业出版社，2003