林勇先

（廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)昌菱制糖有限公司 廣西防城港上思縣 535514）

糖廠鍋爐燃燒自動(dòng)變頻改造研究

林勇先

（廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)昌菱制糖有限公司 廣西防城港上思縣 535514）

我國(guó)某省作為全國(guó)性的主要甘蔗產(chǎn)糖區(qū)，目前大約有制糖廠100多家，二百多臺(tái)鍋爐，其中壓力在3.8MPa以下的鍋爐大約二百多臺(tái)。因此，對(duì)于某省而言，小型化、低參數(shù)的鍋爐在當(dāng)?shù)卣剂溯^大比例。由于這類糖廠鍋爐設(shè)備的主要燃料是蔗渣，而且個(gè)別鍋爐屬于燃煤鍋爐，不僅平均容量小，且燃燒技術(shù)相對(duì)落后。這類設(shè)備大多安裝于上世紀(jì)末，設(shè)備運(yùn)行效率低。盡管部分鍋爐經(jīng)過技術(shù)改造后產(chǎn)氣量能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，但相關(guān)運(yùn)行指標(biāo)依然難以滿足不斷發(fā)展的需求，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行過程中耗能較高。對(duì)此，本文將結(jié)合這一實(shí)際情況重點(diǎn)對(duì)某省糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)變頻改造。

糖廠鍋爐；燃燒系統(tǒng)；自動(dòng)變頻改造

1 前言

某省蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)的60%以上，當(dāng)前該地蔗糖生產(chǎn)企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的困境。由于生產(chǎn)成本高，且糖廠鍋爐主要以甘蔗蔗渣作為主要燃料，因此對(duì)于糖廠而言，現(xiàn)階段主要的發(fā)展任務(wù)是采取科學(xué)的措施節(jié)能降耗，不斷降低糖廠鍋爐燃燒能耗。由于鍋爐燃燒過程中實(shí)際負(fù)荷在不斷變化，因此傳統(tǒng)的人工操控不僅效率低，且設(shè)備能耗高、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差。所以新形勢(shì)下，必須對(duì)糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)變頻技術(shù)改造，提升其實(shí)際工作效率，降低設(shè)備能耗。本文接下來就針對(duì)某省某大型糖廠2#鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)配置優(yōu)化及自動(dòng)化變頻技術(shù)改造設(shè)計(jì)。

2 糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)變頻改造的必要性

本文研究的實(shí)例為我國(guó)某省一大型糖廠的2#鍋爐，該設(shè)備重85t，燃燒過程中的壓力參數(shù)為3.82MPa，設(shè)備運(yùn)行溫度為450℃。由于該燃燒系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此設(shè)備性能不佳。對(duì)此，經(jīng)過研究論證，最終決定對(duì)該鍋爐系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化變頻技術(shù)改造。采用DCS對(duì)鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的擋風(fēng)板及鍋爐喂料器轉(zhuǎn)速裝置、蔗渣閘板等相關(guān)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制。

由于該糖廠鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一直缺少自動(dòng)化變頻設(shè)備，且軸系統(tǒng)輸出功率一直保持不變，從而使鍋爐燃耗系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期以來一直在額定功率下高速運(yùn)行，其實(shí)際額定運(yùn)行負(fù)荷在40～50%之間，所以設(shè)備運(yùn)行能耗高。與此同時(shí)，該系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)設(shè)備一直以額定功率保持運(yùn)行，所以軸承磨損及風(fēng)機(jī)振動(dòng)、風(fēng)機(jī)葉輪磨損情況更為嚴(yán)重。此外，鍋爐系統(tǒng)在燃燒運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。因此，對(duì)該糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)變頻技術(shù)改造非常必要。

3 糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)變頻改造重點(diǎn)

本文認(rèn)為，該糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)節(jié)能變頻技術(shù)改造應(yīng)該有重點(diǎn)、分步驟、分層次：

（1）安排一位司爐操作人員通過DCS流程圖畫面中呈現(xiàn)的制糖鍋爐給料量及爐膛負(fù)壓、設(shè)備主蒸汽壓力、運(yùn)行溫度等相關(guān)參數(shù)信息，對(duì)1個(gè)鼓風(fēng)機(jī)的擋風(fēng)板開度及2個(gè)引風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而合理控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的配風(fēng)量[1]。

（2）安排同一個(gè)司爐操作員，結(jié)合上述運(yùn)行參數(shù)與鍋爐系統(tǒng)的主蒸汽壓力，對(duì)4個(gè)蔗渣喂料設(shè)備的滑差電機(jī)調(diào)速設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，從而自動(dòng)化控制鍋爐給渣量。

（3）該鍋爐由于缺少氧化鋯氧量分析儀，因此無法對(duì)燃爐中的含氧量準(zhǔn)確量化。在鍋爐配風(fēng)過程中，只能憑操作經(jīng)驗(yàn)及透過鍋爐望火孔，對(duì)爐膛中的燃燒攝像記錄進(jìn)行分析才能了解鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒情況。

對(duì)此，結(jié)合上述情況，本文接下來將重點(diǎn)對(duì)該糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗改造。為了使設(shè)備運(yùn)行達(dá)到預(yù)期效果，本文擬定該節(jié)能降耗改造技術(shù)方案需達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）要確保該鍋爐的主蒸汽壓力參數(shù)保持在一定范圍內(nèi)，同時(shí)確保蒸汽機(jī)高效、安全運(yùn)行。

（2）使鍋爐爐膛負(fù)壓維持在既定參數(shù)范圍內(nèi)，且使鍋爐實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)、環(huán)保燃燒。

（3）節(jié)能技術(shù)改造后，要將鍋爐的煙氣含量控制在合理范圍，且對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全自動(dòng)化操控。

4 糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)變頻改造過程分析

4.1 硬件與軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)該糖廠原有相關(guān)設(shè)備進(jìn)行硬件與軟件升級(jí)優(yōu)化：

（1）需增加3套AC30型自動(dòng)節(jié)能變頻技術(shù)裝置、2套引風(fēng)機(jī)、1套鼓風(fēng)機(jī)，從而對(duì)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)變頻調(diào)速，以此科學(xué)控制鍋爐燃燒過程中的送風(fēng)量，由此達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2）需將原有的4個(gè)喂料器滑差電機(jī)調(diào)速器更換為可接收4～20mA模擬量控制信號(hào)的DK-2E數(shù)顯調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)對(duì)喂料器轉(zhuǎn)速自動(dòng)化控制。

（3）因該糖廠原有爐膛負(fù)壓差壓變送器運(yùn)行穩(wěn)定性及靈敏性不佳，且數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確，為了進(jìn)一步滿足設(shè)備節(jié)能降耗要求，需將上述設(shè)備更換為EJA智能微差壓變送器，以此對(duì)輸出的阻尼及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)。與此同時(shí)，需增設(shè)一套型號(hào)為ZO-4-Ⅱ的氧化鋯氧量分析儀，全面系統(tǒng)監(jiān)測(cè)鍋爐中煙氣的實(shí)際含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的量化[2]。

除此之外，增設(shè)一套型號(hào)為HK-D型的蔗渣喂料筒料位探測(cè)轉(zhuǎn)換器。由于這一運(yùn)行裝置可將裝料過程中的料位信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20mA，因此可為蔗渣閘板的自動(dòng)化開度控制奠定技術(shù)基礎(chǔ)。在此過程中，需加裝DCS控制系統(tǒng)，并安裝型號(hào)為SP364、SP322、SP363及SP313的硬件卡各2塊，使糖廠鍋爐系統(tǒng)變頻裝置中的信號(hào)與DCS控制系統(tǒng)中的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行交換。

至于軟件方面的配置，需更換接線及增設(shè)DFB、LD和FBD等編輯器，對(duì)鍋爐系統(tǒng)的變頻技術(shù)裝置進(jìn)行調(diào)速及自動(dòng)化編程、邏輯控制、組態(tài)模擬、調(diào)試運(yùn)行等。

4.2 燃燒系統(tǒng)變頻調(diào)速優(yōu)化設(shè)計(jì)

在鍋爐系統(tǒng)的變頻控制模塊，主要與原控制系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互鎖，保證鍋爐引風(fēng)擋板開度大小為100%。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將變頻器的電源刀閘關(guān)閉，當(dāng)自動(dòng)化變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將電源變頻設(shè)備的電源刀閘打開，并將變頻技術(shù)裝置的旁路刀閘合上，此時(shí)采用擋風(fēng)板對(duì)鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖1所示為該糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)化變頻控制裝置與DCS系統(tǒng)交換信號(hào)時(shí)的運(yùn)行流程圖。

圖1 糖廠鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)變頻改造流程圖

4.3 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)變頻控制改造

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)、強(qiáng)耦合及大滯后、多回路、非線性的復(fù)雜綜合控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要由蔗渣刮板自動(dòng)控制系統(tǒng)及主蒸汽壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)、煙氣含氧量自動(dòng)控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。在實(shí)際工作運(yùn)行過程中，上述幾個(gè)不同系統(tǒng)相互之間配合操控，從而以燃料筒內(nèi)料位為主控量，當(dāng)料位信號(hào)較小時(shí)，料位信號(hào)探測(cè)轉(zhuǎn)化器會(huì)將設(shè)備運(yùn)行中的信號(hào)輸出到DCS系統(tǒng)，然后以主蒸汽壓力為主要控制量；當(dāng)主蒸汽壓力參數(shù)較小時(shí)，壓力變送器會(huì)將其運(yùn)行過程中的信號(hào)輸出到DCS系統(tǒng)，然后對(duì)喂料系統(tǒng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)。在煙氣含量自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，為了能夠保證煙氣含量適中，且避免鍋爐系統(tǒng)在燃燒過程中污染環(huán)境，可采用氧化鋯氧量分析儀，對(duì)鍋爐系統(tǒng)中的煙氣含量進(jìn)行自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

與此同時(shí)，將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)輸送給鼓風(fēng)機(jī)的變頻系統(tǒng)，以此對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控。在鍋爐爐膛負(fù)壓自動(dòng)化控制過程中，需將爐膛負(fù)壓作為主控制量，然后采用變頻器將爐膛運(yùn)行參數(shù)信號(hào)輸送到DCS系統(tǒng)中，以此調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在上述四個(gè)不同系統(tǒng)中，四大子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而對(duì)爐膛負(fù)壓參數(shù)進(jìn)行控制，以此調(diào)節(jié)鍋爐爐膛中的負(fù)壓和煙氣實(shí)際含氧量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在工業(yè)加工生產(chǎn)過程中得到了廣泛應(yīng)用。本文以此為基礎(chǔ)，針對(duì)某省一大型糖廠的鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了全面分析與技術(shù)改造。實(shí)踐證明，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造優(yōu)化后，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐爐膛負(fù)壓及主蒸汽壓力、煙氣含氧量等相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使鍋爐在燃燒過程中的粉塵量不斷減少，也使設(shè)備運(yùn)行過程中的噪聲得到控制。經(jīng)科學(xué)評(píng)估，為該企業(yè)節(jié)省了大約29%的電能，大大提升了其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]呂雪萍.“低NOx燃燒+SNCR”技術(shù)在蔗渣鍋爐煙氣脫硝上的應(yīng)用[J].廣西糖業(yè)，2015，07（03）：33～36.

[2]譚興旺，鄭盛果，巫少斐，何顯春，李振杰，韋秋林，歐冠禎，張 鑫，蘇喜德，韋毅，覃志這，梁柳，黃益雄.蔗渣鍋爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].甘蔗糖業(yè)，2013，06（06）：36～41.

TS243

A

1004-7344（2016）25-0242-02

2016-8-18

林勇先（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事糖廠工業(yè)鍋爐運(yùn)行、維護(hù)、檢修設(shè)備管理等方面工作。