摘 要：通過介紹1600T/h商業(yè)混煤工程項(xiàng)目，論述基于變頻驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的商業(yè)配煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。重點(diǎn)解決配煤系統(tǒng)低頻大扭矩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的艾默生 CT公司SK6402變頻技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，項(xiàng)目通過監(jiān)測(cè)軟件CTsoft對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，以確保系統(tǒng)調(diào)試的最優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：發(fā)電 配煤 煤倉(cāng) 低速大轉(zhuǎn)矩變頻驅(qū)動(dòng)

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(jì)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(shí)際上是人為加工而成的一種新的“煤種”。動(dòng)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(zhǎng)補(bǔ)短”，發(fā)揮各煤種的優(yōu)點(diǎn)，最終使配出的混合煤在綜合性能上達(dá)到“最佳性能”以滿足用戶要求。

對(duì)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(huì)損耗設(shè)備；一旦發(fā)熱溫度達(dá)不到要求，設(shè)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(shè)計(jì)要求的煤炭和發(fā)熱量超出電廠設(shè)計(jì)要求的優(yōu)質(zhì)煤炭進(jìn)行混配，以最接近設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，取得最好的燃燒效果，這就是“動(dòng)力配煤”。動(dòng)力配煤的目標(biāo)就是把一些低質(zhì)的煤和一些優(yōu)質(zhì)的煤進(jìn)行混配，以達(dá)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(dá)電廠供電需求大，但是由于進(jìn)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(bǔ)混配，就達(dá)到既提高熱量又能降低硫分的目的。由于進(jìn)口煤的價(jià)格便宜而且貨源穩(wěn)定，因此在價(jià)格上將很有競(jìng)爭(zhēng)力。另外，從煤炭利用的角度來說，配煤項(xiàng)目符合潔凈煤發(fā)展政策，采用精細(xì)化全自動(dòng)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(shè)計(jì)

動(dòng)力配煤很早就提出來了，但總體上來說技術(shù)還比較粗放。 隨著煤炭?jī)r(jià)格的市場(chǎng)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(guó)內(nèi)大部分企業(yè)都是采取粗放的配煤方式，不夠精細(xì)。技術(shù)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(cāng)混煤系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的比例實(shí)現(xiàn)混合控制使得煤倉(cāng)的煤混合在一起。該系統(tǒng)設(shè)備包括6臺(tái)筒倉(cāng)，把不同的煤裝到不同的筒倉(cāng)，每個(gè)筒倉(cāng)可容納9000噸煤，按照用戶的要求和不同煤源提出適當(dāng)?shù)呐涿悍桨福ㄟ^PLC自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)配煤比例精確穩(wěn)定控制，滿足用戶的要求。該設(shè)備可以把各個(gè)筒倉(cāng)中的煤按設(shè)定的比例混合在一起，使煤質(zhì)達(dá)到工業(yè)要求。自動(dòng)化配煤的關(guān)鍵是各個(gè)煤倉(cāng)的出煤量控制，基于艾默生CT公司的Commander SK系列變頻驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)化混煤系統(tǒng)如圖1所示。

（1）系統(tǒng)要求：筒倉(cāng)出煤量為160T/h~1600T/h，相對(duì)應(yīng)的電機(jī)速度為3~50HZ。
（2）驅(qū)動(dòng)器參數(shù)：SK6402為矢量控制驅(qū)動(dòng)器，額定電壓380~480V(±10%)，額定輸出電流210A，可在150%過載電流下運(yùn)行60S，額定功率110KW，輸出頻率0~1500HZ。
（3）電機(jī)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(dòng)器和PLC系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)。筒倉(cāng)底部有一個(gè)刮煤刀，刮煤刀由兩個(gè)對(duì)稱旋轉(zhuǎn)的減速驅(qū)動(dòng)齒輪的位置是對(duì)稱的。這兩臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)110kw 的Commander SK系列變頻驅(qū)動(dòng)器SK6402驅(qū)動(dòng)，SK6402則由PLC進(jìn)行控制。艾默生CT變頻驅(qū)動(dòng)器用來驅(qū)動(dòng)筒倉(cāng)下端的刮刀電機(jī)，旋轉(zhuǎn)的刮刀將筒倉(cāng)的煤排出筒倉(cāng)，通過調(diào)整煤倉(cāng)出煤刮刀轉(zhuǎn)速來控制出煤量。各個(gè)筒倉(cāng)內(nèi)裝有不同需求的煤，當(dāng)刮刀旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒倉(cāng)內(nèi)的煤將會(huì)從出煤口排出，落在同一傳送皮帶上進(jìn)行混合之后，成品煤將直接送到貨船上運(yùn)送出港。

圖1 混煤機(jī)原理示意圖
2.3 SK6402變頻驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用設(shè)計(jì)
艾默生 CT（Emerson CT）公司做為世界著名的直交流驅(qū)動(dòng)器制造商，隸屬美國(guó)艾默生電氣集團(tuán)。SK6402型110/132kW AC400V 3Phase變頻驅(qū)動(dòng)器屬于艾默生CT公司的最新交流高性能矢量控制驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品Commander SK系列，SK6402 配置相應(yīng)的選件與整合使用完成變頻控制，節(jié)約設(shè)計(jì)和使用成本。其特點(diǎn)是：高性能矢量控制驅(qū)動(dòng)；150%持續(xù)過載60秒；可做電機(jī)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的完整電機(jī)模型的自整定；IP54的LED鍵盤可用于遠(yuǎn)控；內(nèi)置濾波器可斷開并再重新恢復(fù)；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(dòng)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(dòng)器SK6402變頻驅(qū)動(dòng)器電氣原理如圖2所示。因?yàn)樽冾l驅(qū)動(dòng)器同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，因此在設(shè)置參數(shù)時(shí)需注意電機(jī)電流需設(shè)為兩臺(tái)電機(jī)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(zhuǎn)矩變頻系統(tǒng)調(diào)試

（1）堵轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象。該混煤機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由刮刀將煤排除筒倉(cāng)。因?yàn)槊簤K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(dǎo)致電機(jī)負(fù)載不穩(wěn)定，電流在90~120A范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)電機(jī)以低速運(yùn)行時(shí)（3HZ以下），如果負(fù)載過大，導(dǎo)致刮刀卡住，驅(qū)動(dòng)器輸出電流過大，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)對(duì)電流進(jìn)行限制，降低電流大小。通過軟件CTscope檢測(cè)電流狀態(tài)，堵轉(zhuǎn)電流監(jiān)測(cè)波形如圖3所示。 此時(shí)，當(dāng)刮刀卡住，電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流可達(dá)250A。之后，驅(qū)動(dòng)器將會(huì)限制電流輸出，當(dāng)降到0A時(shí)，再次提升電流輸出。當(dāng)出現(xiàn)此種情況后，如果任其發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器將顯示“OVL.d”，對(duì)過載電流進(jìn)行積分累計(jì)，直至出現(xiàn) “It.AC”過流報(bào)警故障，致使系統(tǒng)停產(chǎn)。


圖3 電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)測(cè)到的波形
（2）堵轉(zhuǎn)原因分析。由于我們采用V/F控制模式驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出的電壓較低，受電動(dòng)定子繞組電阻所引起壓降影響，無法給電機(jī)提供足夠的扭矩輸出。

圖4 驅(qū)動(dòng)器輸出的V-F曲線
（3）堵轉(zhuǎn)問題解決。針對(duì)這種情況，我們需要增大電壓提升以補(bǔ)償啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，具體參數(shù)設(shè)置可通過監(jiān)測(cè)電流、電機(jī)速度波形選出較佳曲線來確定。 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓、頻率及電壓提升的關(guān)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(yùn)行，圖5為監(jiān)測(cè)到的電流、電機(jī)速度曲線。電流穩(wěn)定在90~120A之間，速度曲線穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目的。