段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司

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基于燃?xì)忮仩t與羅茨風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的研究

段偉濤/石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司

【摘 要】本文簡單介紹羅茨風(fēng)機(jī)的工作特性，重點(diǎn)介紹了用于易燃易爆的燃?xì)庀到y(tǒng)中增壓的羅茨風(fēng)機(jī)與燃?xì)忮仩t聯(lián)動實(shí)現(xiàn)的方法，從而降低了系統(tǒng)投資成本。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)忮仩t；羅茨風(fēng)機(jī)；自控系統(tǒng)

1.項(xiàng)目背景

天然氣較傳統(tǒng)化石燃料有明顯優(yōu)點(diǎn)，其無毒無害，熱值高，其作為能源，可有效減少溫室氣體和粉塵的排放，因而大大改善環(huán)境污染問題，天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，能有效改善環(huán)境質(zhì)量。

隨著北方冬季霧霾天氣的如約而至，河北省下大力度整治污染，促進(jìn)鍋爐“煤改氣”的發(fā)展，隨著“煤改氣”工作的不斷深入，氣源問題逐漸暴露。

河北某鋼廠沖渣水余熱供熱項(xiàng)目，由于供熱面積的持續(xù)加大，導(dǎo)致熱源顯得捉襟見肘，項(xiàng)目決定，增加兩臺17.5MW燃?xì)忮仩t，但燃?xì)忮仩t要求燃?xì)鈮毫?0～60KPa，利用常規(guī)燃?xì)夤竟艿罋庑璺笤O(shè)燃?xì)夤艿?，設(shè)置調(diào)壓柜?？紤]項(xiàng)目工期緊張，同時(shí)節(jié)約成本，利用鋼廠內(nèi)提供壓力約為4000Pa的燃?xì)?。為保障鍋爐正常運(yùn)行，需利用羅茨風(fēng)機(jī)將燃?xì)膺M(jìn)行增壓，同時(shí)羅茨風(fēng)機(jī)燃?xì)庖肟诰鄰S內(nèi)燃?xì)庹{(diào)壓柜約100米，此種方案沒有前例，需要燃?xì)忮仩t與羅茨風(fēng)機(jī)有機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。

2.聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)

首先介紹下羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)由兩個(gè)葉形轉(zhuǎn)子在氣缸中做相對運(yùn)動來壓縮和輸送氣體的容積式風(fēng)機(jī)。其主要作用是氣體輸送及加壓，其主要參數(shù)有：流量、揚(yáng)程、軸功率、轉(zhuǎn)速、必須汽蝕余量等。流量和揚(yáng)程是羅茨風(fēng)機(jī)最主要的性能參數(shù)。

其次要想實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t與羅茨風(fēng)機(jī)的聯(lián)動，工藝要求是關(guān)鍵，控制機(jī)組中的PLC程序是輔助。程序的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)鍋爐對燃?xì)庖蟮墓に嚄l件來實(shí)現(xiàn)。工藝流程可簡單表示為：PLC上電，在設(shè)定的程序內(nèi)進(jìn)行自檢，包括羅茨風(fēng)機(jī)入口側(cè)天然氣壓力、出口側(cè)壓力，并與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)滿足運(yùn)行要求時(shí)，PLC輸出指令，羅茨風(fēng)機(jī)啟動；與此同時(shí)，鍋爐主控上電，當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力到達(dá)鍋爐需要的燃?xì)鈮毫?，羅茨風(fēng)機(jī)降頻運(yùn)行，此時(shí)鍋爐啟動點(diǎn)火程序，系統(tǒng)開始運(yùn)行。流程圖可參考圖1。

圖1

2.1壓力控制

壓力控制包括兩個(gè)方面:

2.1.1羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓力。

由于羅茨風(fēng)機(jī)入口壓力約為4000Pa，為防止羅茨風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)入口成為成為負(fù)壓，工藝要求在入口處設(shè)定報(bào)警點(diǎn)及停機(jī)點(diǎn)，報(bào)警點(diǎn)為2000Pa，停機(jī)點(diǎn)設(shè)為1000Pa；為實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷與羅茨風(fēng)機(jī)聯(lián)動，在羅茨風(fēng)機(jī)出口設(shè)定壓力傳感器，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)出口的壓力變送器數(shù)值變動，再把數(shù)值反應(yīng)到PLC中，經(jīng)過PLC計(jì)算，調(diào)整羅茨風(fēng)機(jī)頻率，從而達(dá)到羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力與鍋爐對燃?xì)庖髩毫ο嗥ヅ?。原理可參考圖2。

2.2.2鍋爐燃?xì)夤艿揽偣芘c分支管的壓力。

圖2

由于羅茨風(fēng)機(jī)出口沒有緩沖罐，燃?xì)夤艿拦軓捷^大為DN400，而鍋爐入口燃?xì)夤艿罏镈N100，由伯努利方程,可得出鍋爐燃?xì)馊肟趬毫εc燃?xì)饪偣軌毫τ胁罹?，?jīng)計(jì)算可得支管壓力與總管壓力相差10KPa左右，故運(yùn)行中總管壓力應(yīng)高于分支壓力，才能保證鍋爐燃?xì)庠谝?guī)定范圍內(nèi)。鍋爐燃燒器電磁閥有承壓極限為70KPa，超壓后，電磁閥會損壞，故單純靠羅茨風(fēng)機(jī)變頻無法達(dá)到工藝要求。為達(dá)到工藝要求，現(xiàn)在主管道安裝壓力起跳裝置，當(dāng)壓力達(dá)到65KPa時(shí)，自動泄壓，以此保護(hù)鍋爐燃燒器電磁閥。

2.2時(shí)間控制

鍋爐啟動之前，有自檢系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)吹掃爐膛系統(tǒng)，兩者花費(fèi)時(shí)間約為90s，故在鍋爐啟動前，羅茨風(fēng)機(jī)需把燃?xì)鈮毫μ岣叩藉仩t燃燒要求壓力（40～60KPa），從而保證鍋爐順利點(diǎn)火。

2.3鍋爐停運(yùn)

鍋爐停運(yùn)分為正常停運(yùn)與事故停運(yùn)。正常停運(yùn)，通過減小鍋爐負(fù)荷，羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，直到鍋爐正常停運(yùn)為止，在此不贅述。事故停運(yùn)時(shí)，為保證羅茨風(fēng)機(jī)在事故停機(jī)時(shí)盡快停下來，現(xiàn)在羅茨風(fēng)機(jī)出口設(shè)止回閥，并設(shè)旁通管，其上設(shè)電磁閥，正常運(yùn)行時(shí)，旁通管電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)事故停運(yùn)時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)出口旁通管電磁閥打開，平衡羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓力，用此方法保證羅茨風(fēng)機(jī)盡快停運(yùn)，并保證羅茨風(fēng)機(jī)不反轉(zhuǎn)。原理可參考圖3。

圖3

3.結(jié)論

采用羅茨風(fēng)機(jī)與燃?xì)忮仩t聯(lián)動運(yùn)行，此系統(tǒng)可有效解決燃?xì)鈮毫Φ图皦毫Σ环€(wěn)定等問題，并且在很大程度上減少了燃?xì)夤芫W(wǎng)一次性投入大的問題，節(jié)約投資成本，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)穩(wěn)定性。另外該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了羅茨風(fēng)機(jī)根據(jù)鍋爐負(fù)荷變動調(diào)整出力這一難題，通過運(yùn)行實(shí)踐，此系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)初衷。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔瓏.工程流體力學(xué)（第四版）[M].北京：中國電力出版社.2014.2

[2]《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》

[3]《河北省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》

作者簡介：段偉濤（1988年— ），男，助理工程師，2012 年6月畢業(yè)于河北建筑工程學(xué)院，現(xiàn)就職于石家莊國融安能分布能源技術(shù)有限公司，從事分布式能源供熱項(xiàng)目研究工作，申請專利《一種冷卻水熱量回收系統(tǒng)》。