內蒙古某火電廠采用330MW燃煤機組，脫硝裝置采用SCR，氨氣作為其中重要的還原劑，在化學反應中起著至關重要的作用[1]。由于高濃度的氨氣遇氧氣易爆炸，所以需要對其進行充分稀釋之后才能輸送到反應器中。目前的稀釋風機大都將空氣流量調整穩定后，稀釋風機維持恒定速度運轉，空氣流量就不需要再隨氨氣流量值調整。但由于此方式下風機長時間高速運轉，易造成風機葉片磨損，縮短風機使用壽命。而且當鍋爐負荷減小時，風機不能夠及時對風速進行調整，造成電力資源的浪費。鑒于此，本文設計了一種變頻-工頻啟動的稀釋風機系統。

　　1技術方案

　　1.1稀釋風機方案

　　脫硝系統中氨氣在和煙氣反應之前，要先在混合器中進行稀釋。稀釋風機大多采用高壓離心式風機，不間斷地向混合器中提供空氣，將濃度稀釋到5%以下。根據稀釋比例稀釋風機要提供3000N·m3/h以上的風量。

　　1.2變頻調速控制方案

　　隨著科學技術的迅猛發展，變頻技術由于其便利性強和可適應性高逐漸被工業生產領域大量應用。首先，電廠通過采用變頻技術，電機啟動方式改為軟啟動，啟動電流較小，無形中對電機形成了一種保護。其次，變頻調速技術具有較寬的調速范圍，能夠滿足稀釋風量隨著氨氣流量值增大或減小的條件，大大地提高了風機的使用性能。最后，應用變頻調速技術后，可以根據不同的情況進行電機頻率調整，電能損耗顯著減小，大大節約電力成本。1.2.1變頻調速原理(1)式中：n為電機轉速，單位為r/min;f為電源輸入頻率，單位為Hz;s為電機轉差率;p為電機磁極對數。從式(1)中不難看出以下結論，電機的轉速和輸出功率成正比，在P、S不變化的情況下，只需要改變電源頻率就可以改變電機轉速，也就是轉速低，耗能低。1.2.2風機運行的特點1.2.3變頻風機耗能變頻風機近似耗能公式：(3)式中：W為電能，單位為kW·h;Ne為風機額定轉速;Nt為風機實際轉速，單位為r/min;p(t)為風機功率，單位為kW;Qe為風機額定風量值，Qt為風機實際風量值，單位為m3/s。對于脫硝稀釋風機，當氨氣流量值減小時，需要的風量也隨著減小，就可以通過變頻器調低稀釋風機轉速。從上述近似公式中可以看出，風機實際轉速與額定轉速之比的3次方與風機軸功率成正比[2]，所以當風機的轉速降低時，電機的功率會急劇下降，節能效果非常顯著。

　　2系統設計方案

　　內蒙古某電廠稀釋風機以往都是直接啟動、設定好風量值、不間斷全速運行，無特殊情況基本不對其進行調整[3]。此種方式長時間運行下存在風機葉片嚴重磨損，電機持續過熱，電能大量浪費的不利因素。本文提出一種基于S7-300PLC變頻PID控制系統，實現風機的變頻運轉，有較高的安全經濟性[3]。

　　2.1稀釋風機供電方案

　　本系統以兩臺稀釋風機為例進行設計，一備一用，由變頻器進行啟動和直接啟動組成。設置稀釋風機采用離心式鼓風機，能夠滿足單臺鍋爐稀釋風量要求，并能夠適應鍋爐正常工作的要求�，F場工作情況正常時，由變頻器控制單臺風機運轉，當變頻器發生故障時，立即切換到工頻運轉，在這種運行方式下，運行可靠，可應對現場出現的大多數故障情況。圖1為系統主電路圖。

　　2.2系統硬件方案

　　控制器選型：CPU采用CPU314C-2DP，它屬于緊湊型的PLC，含有96kb工作存儲器，0.1ms/1000條指令，DI24/DO16，集成AI5/AO2，MPI+DP接口等。變頻器選型：采用西門子公司的MM430變頻器，它主要應用于工廠風機控制。輸入頻率47～63Hz，輸出頻率0～650Hz，通信接口采用RS485，具有工作安全可靠和欠壓、過壓、過流、過載保護等優勢。傳感器選型：根據現場需求，選用渦街流量計，它可以在300～400℃的高溫下工作，采用RS485通信方式，具有顯示調校一體化優勢[3]。觸摸屏選型：使用博途V16自帶的精智面板進行畫面繪制。

　　3控制策略

　　3.1變頻器控制策略

　　系統開機時，首先在觸摸屏上設置參數，然后PLC在線接收傳感器傳來的數值。之后系統檢查無誤后，啟動變頻器。當變頻器正常工作時，風機根據氨氣流量變頻運行;當變頻器發出故障信號時，風機工頻啟動[4]。風機變頻運行時，PLC控制器通過渦街流量計實時檢測氨管道中的氨氣流量值，當鍋爐負荷減小，氨氣流量值降低時，變頻器調低頻率，風機減速運行;當氨氣流量值增大時，變頻器調高頻率，風機滿負荷運行。當PLC控制器檢測到風機1出現過熱、過載等故障時，報警并停機，啟動風機2。變頻稀釋風機控制流程如圖2所示。

　　3.2PID控制規律

　　在本控制系統中，稀釋風機作為執行機構，出風量作為控制量，這種情況下采用數字PID位置式控制算法來控制系統。下式是數字形式的PID控制規律：如果T達到最小值，上式就可以精確模擬PID控制規律。

　　3.3PID在控制系統中的作用

　　采用PID算法對風機的出風量進行實時控制，可以使氣體稀釋濃度穩定在5%以下，實現精確的控制效果，使風機發揮最佳的使用效果。當實際氨氣流量值高于設定的流量值時，PID模塊輸出100%滿功率的信號，送給變頻器，提高頻率，增大風機出風量，保證氨空氣的稀釋比;當實際流量值低于設定的流量值時，PID模塊輸出的信號慢慢變化，將最小的信號送給變頻器，減慢風機轉速，減小出風量。圖3是稀釋風機的PID閉環控制系統。圖3稀釋風機PID閉環控

　　4上位機平臺設計

　　上位機平臺采用博途自帶的觸摸屏進行編寫，采用MPI協議和CPU連接。上位機平臺安裝在現場調度室，通過上位機平臺，可以對風機進行一鍵啟動、停機等集中控制，可實時監測現場設備設施的運行情況及周圍環境的安全情況。上位機畫面如圖4所示。

　　5設計方案現場驗證

　　5.1工程概況

　　內蒙古某電廠裝備330MW機組，SCR還原劑采用氨氣。煙氣流量為9800000N·m3/h，入口、出口NOX濃度各為400mg/N·m3和50mg/N·m3。將氨氣稀釋到5%以下的濃度需要設置稀釋風機風量裕度不低于10%，風壓裕度不低于20%，需要稀釋風流量3000N·m3/h，系統具體參數指標如表1所示。能費用，約節能50%，按照兩臺風機全年利用小時數4100h，電價約0.6元/kW·h，計算出兩臺風機節約的電能。(5)通過計算兩臺風機每年可節約54.7萬元，達到了節約能耗的目的。

　　5.2應用效果

　　該系統自投入運行兩年來，從未發生過一起停風事故，達到了預期的目的，通過變頻，實現風機的調風操作，提高了風機的工作性能，延長了使用壽命，節約了大量的能耗。同時，在調度室實現了風機的集中控制，達到了“無人值守”的要求，提升了脫硝的綜合自動化水平[5]。

　　6結論

　　本文通過分析內蒙古某發電廠330MW燃煤機組SCR脫硝系統稀釋風機系統存在的問題，提出了優化稀釋風稀釋的設計方案，并成功在該電廠實施改造。本次采用變頻技術進行改造，經運行發現，改造后的單臺鍋爐每年可節約電費近54.7萬元，從根本上解決了問題。

　　參考文獻

　　[1]尹成凱，許懷鵬.鍋爐煙氣脫硝中稀釋風系統故障分析及處理[J].冶金動力，2019(11)：55-57.

　　[2]白全林.變頻—旁路工頻控制技術在主通風機上的應用[J].煤炭工程，2020，52(11)：144-148.

　　[3]王麗娟.淺談尿素水解制氨工藝中稀釋風系統配置[J].化工管理，2020(6)：185-186.

　　[4]梁大鎂，安城，楊小剛.某330MW燃煤機組脫硝稀釋風改造優化[J].低碳世界，2017(36)：92-93.

　　[5]于春苗.基于PLC與變頻器的調速自動化在節能工程中的應用分析[J].電子世界，2020(20)：202-203

　　《變頻技術在稀釋風機上的應用》來源：《自動化應用》，作者：李潔 范卓