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艾默生 CT公司市場營銷應用技術部 劉曉宇
摘 要：通過介紹1600T/h商業(yè)混煤工程項目，論述基于變頻驅(qū)動器技術的商業(yè)配煤系統(tǒng)設計原理。重點解決配煤系統(tǒng)低頻大扭矩驅(qū)動系統(tǒng)的艾默生 CT公司SK6402變頻技術應用設計，項目通過監(jiān)測軟件CTsoft對變頻驅(qū)動器狀態(tài)進行全面監(jiān)控，以確保系統(tǒng)調(diào)試的最優(yōu)化。
關鍵詞：發(fā)電配煤 煤倉 低速大轉矩變頻驅(qū)動
1 引言
煤炭混配是通過大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)方式，根據(jù)不同的燃煤用途，人為的創(chuàng)造出自然界原煤所不具備的最理想經(jīng)濟的專用燃煤。混煤就是將若干種不同種類、不同性質(zhì)的煤按照一定比例摻配加工而成的混合煤。它雖然具有其組分煤的某些特征，但其綜合性能已有所改變，實際上是人為加工而成的一種新的“煤種”。動力配煤的基本原理就是利用各種煤在性質(zhì)上的差異，相互“取長補短”，發(fā)揮各煤種的優(yōu)點，最終使配出的混合煤在綜合性能上達到“最佳性能”以滿足用戶要求。
對于工業(yè)發(fā)電鍋爐的發(fā)電用煤，如果煤炭的發(fā)熱溫度過高，就會損耗設備；一旦發(fā)熱溫度達不到要求，設備的工作效率就上不去。出于這樣的考慮，把一些低質(zhì)的、不大符合電廠設計要求的煤炭和發(fā)熱量超出電廠設計要求的優(yōu)質(zhì)煤炭進行混配，以最接近設計指標的要求，取得最好的燃燒效果，這就是“動力配煤”。動力配煤的目標就是把一些低質(zhì)的煤和一些優(yōu)質(zhì)的煤進行混配，以達到接近所需要的配置要求。例如東南部沿海地帶由于工業(yè)發(fā)達電廠供電需求大，但是由于進口印尼電煤低灰低硫低發(fā)熱量低，因此如果能夠和內(nèi)地高硫高熱匹配互補混配，就達到既提高熱量又能降低硫分的目的。由于進口煤的價格便宜而且貨源穩(wěn)定，因此在價格上將很有競爭力。另外，從煤炭利用的角度來說，配煤項目符合潔凈煤發(fā)展政策，采用精細化全自動控制化判別系統(tǒng)，混配出來的產(chǎn)品質(zhì)量也更加穩(wěn)定和更容易控制。
2配煤系統(tǒng)設計
動力配煤很早就提出來了，但總體上來說技術還比較粗放。隨著煤炭價格的市場化，煤炭生產(chǎn)廠和客戶端開始直接接觸，很多企業(yè)都開始從事配煤行業(yè)，但現(xiàn)在國內(nèi)大部分企業(yè)都是采取粗放的配煤方式，不夠精細。技術含量低，混配出來的煤炭質(zhì)量和穩(wěn)定性就差，煤炭的不均勻性決定了取樣難度比較大，混配的誤差也就比較大。
2.1 工藝原理
工業(yè)煤炭混配配煤通常使用多倉混煤系統(tǒng)，根據(jù)設定的比例實現(xiàn)混合控制使得煤倉的煤
混合在一起。該系統(tǒng)設備包括6臺筒倉，把不同的煤裝到不同的筒倉，每個筒倉可容納9000噸煤，按照用戶的要求和不同煤源提出適當?shù)呐涿悍桨福ㄟ^PLC自動化技術實現(xiàn)配煤比例精確穩(wěn)定控制，滿足用戶的要求。該設備可以把各個筒倉中的煤按設定的比例混合在一起，使煤質(zhì)達到工業(yè)要求。自動化配煤的關鍵是各個煤倉的出煤量控制，基于艾默生CT公司的Commander SK系列變頻驅(qū)動器的自動化混煤系統(tǒng)如圖1所示。
（1）系統(tǒng)要求：筒倉出煤量為160T/h~1600T/h，相對應的電機速度為3~50HZ。
（2）驅(qū)動器參數(shù)：SK6402為矢量控制驅(qū)動器，額定電壓380~480V(±10%)，額定輸出電流210A，可在150%過載電流下運行60S，額定功率110KW，輸出頻率0~1500HZ。
（3）電機參數(shù)：額定功率90KW；3P；額定電壓400V；額定電流95.3A；額定速度1475RPM；功率因數(shù)0.89。
2.2 電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)是由變頻驅(qū)動器和PLC系統(tǒng)集成實現(xiàn)。筒倉底部有一個刮煤刀，刮煤刀由兩個對稱旋轉的減速驅(qū)動齒輪的位置是對稱的。這兩臺電機由一臺110kw 的Commander SK系列變頻驅(qū)動器SK6402驅(qū)動，SK6402則由PLC進行控制。艾默生CT變頻驅(qū)動器用來驅(qū)動筒倉下端的刮刀電機，旋轉的刮刀將筒倉的煤排出筒倉，通過調(diào)整煤倉出煤刮刀轉速來控制出煤量。各個筒倉內(nèi)裝有不同需求的煤，當刮刀旋轉時，筒倉內(nèi)的煤將會從出煤口排出，落在同一傳送皮帶上進行混合之后，成品煤將直接送到貨船上運送出港。
圖1 混煤機原理示意圖
2.3 SK6402變頻驅(qū)動器應用設計
艾默生 CT（Emerson CT）公司做為世界著名的直交流驅(qū)動器制造商，隸屬美國艾默生電氣集團。SK6402型110/132kW AC400V 3Phase變頻驅(qū)動器屬于艾默生CT公司的最新交流高性能矢量控制驅(qū)動產(chǎn)品Commander SK系列，SK6402 配置相應的選件與整合使用完成變頻控制，節(jié)約設計和使用成本。其特點是：高性能矢量控制驅(qū)動；150%持續(xù)過載60秒；可做電機軸不轉動的完整電機模型的自整定；IP54的LED鍵盤可用于遠控；內(nèi)置濾波器可斷開并再重新恢復；可作閉環(huán)控制，內(nèi)置提升宏；可選件與SP系列變頻驅(qū)動器通用，SMARTSTICK可使您的調(diào)試更靈活；電壓220V和380V可選，功率涵括0.25kW-110kW范圍。
Commander SK系列變頻驅(qū)動器SK6402變頻驅(qū)動器電氣原理如圖2所示。因為變頻驅(qū)動器同時驅(qū)動兩臺電機，因此在設置參數(shù)時需注意電機電流需設為兩臺電機的電流之和，即190.6A，不選用矢量控制而是選用V/F控制模式。
圖2 SK6402原理接線圖
2.4 低速大轉矩變頻系統(tǒng)調(diào)試
（1）堵轉故障現(xiàn)象。該混煤機系統(tǒng)運行時，由刮刀將煤排除筒倉。因為煤塊大小不均勻，或者由于天氣原因造成的潮濕等情況，刮刀受力不均勻，這導致電機負載不穩(wěn)定，電流在90~120A范圍內(nèi)波動，當電機以低速運行時（3HZ以下），如果負載過大，導致刮刀卡住，驅(qū)動器輸出電流過大，驅(qū)動器將自動對電流進行限制，降低電流大小。通過軟件CTscope檢測電流狀態(tài)，堵轉電流監(jiān)測波形如圖3所示。 此時，當刮刀卡住，電機無法轉動時，驅(qū)動器最大輸出電流可達250A。之后，驅(qū)動器將會限制電流輸出，當降到0A時，再次提升電流輸出。當出現(xiàn)此種情況后，如果任其發(fā)展，驅(qū)動器將顯示“OVL.d”，對過載電流進行積分累計，直至出現(xiàn) “It.AC”過流報警故障，致使系統(tǒng)停產(chǎn)。
圖3 電機堵轉時監(jiān)測到的波形
（2）堵轉原因分析。由于我們采用V/F控制模式驅(qū)動電機運行，當電機低頻運行時，驅(qū)動器輸出的電壓較低，受電動定子繞組電阻所引起壓降影響，無法給電機提供足夠的扭矩輸出。
圖4 驅(qū)動器輸出的V-F曲線
（3）堵轉問題解決。針對這種情況，我們需要增大電壓提升以補償啟動轉矩，具體參數(shù)設置可通過監(jiān)測電流、電機速度波形選出較佳曲線來確定。驅(qū)動器輸出電壓、頻率及電壓提升的關系如圖4所示。經(jīng)過調(diào)整電壓提升值，系統(tǒng)在低頻（2HZ）下能夠正常運行，圖5為監(jiān)測到的電流、電機速度曲線。電流穩(wěn)定在90~120A之間，速度曲線穩(wěn)定，達到了預期目的。
圖5 正常運行時監(jiān)測到的波形
3 結束語
該系統(tǒng)要求電機長時間低頻運行，此項要求應用到了SK6402的低頻輸出額定扭矩的能力，SK系列驅(qū)動器可以在1HZ到電機額定頻率的范圍內(nèi)驅(qū)動電機達到最大扭矩。我們還可通過監(jiān)測軟件CTsoft對驅(qū)動器狀態(tài)進行全面監(jiān)控，以確保系統(tǒng)調(diào)試的最優(yōu)化。調(diào)試完畢的混煤機設備極大的提高了生產(chǎn)效率，正常運行時出煤率為1600T/h；節(jié)省人力資源，所有操作都可在中控室進行控制；成品煤混合均勻，煤質(zhì)優(yōu)良。
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