专利名称：永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电站锅炉用的永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变 速运行系统，该系统可以防止在电站锅炉在低进风温度、低负荷、选择性脱硝装置运行时回 转式空气预热器严重积灰、堵灰；降低送、引风机电耗；提高空气预热器转子驱动系统的可靠性。本实用新型适用于围带传动的回转式空气预热器。
背景技术：
回转式空气预热器是电站锅炉的一个重要部套，利用电站锅炉省煤器出口烟气的 热量加热电站锅炉燃烧所需要的一次风和二次风，回转式空气预热器转子中的传热元件以 回转的方式先后通过烟气流道和一次风、二次风流道，在烟气流道中被加热，在一次风、二 次风流道中放热。现有技术的电站锅炉传热元件回转式空气预热器按转子驱动形式不同分为中心 驱动和围带传动两种，减速机输出齿轮驱动固定在中心轴上的大齿轮是为中心驱动，减速 机输出齿轮驱动固定在回转式空气预热器转子外围的柱销式围带是为围带传动。本实用新 型适用于围带传动的回转式空气预热器。现有技术的电站锅炉围带传动的回转式空气预热器的转子，在电站锅炉从点火到 停炉的整个运行周期中，一直以额定转速 运行。有一些围带传动的回转式空气预热器转子的驱动电机配有液力耦合器，但该液力 耦合器仅作为软启动装置，用于降低围带传动的回转式空气预热器启动过程中的角加速度 以降低驱动电机的启动电流。现有技术的电站锅炉围带传动的回转式空气预热器均采用交流异步电机驱动。
发明内容空气预热器出口烟温会随电站锅炉负荷和空气预热器进风温度的下降而下降，长 时间过低的空气预热器出口烟温会引起回转式空气预热器低温段传热元件和中温段传热 元件结露、严重积灰，甚至堵塞流道和中、低温段传热元件之间的空间，进而引起电站锅炉 排烟温度异常升高，送、引风机电耗异常升高。空气预热器的换热能力会随回转式空气预热器转子的转速的下降而下降，空气预 热器出口烟温会随回转式空气预热器转子的转速的下降而可控升高，即回转式空气预热器 转子的转速适当的可控的下降可以补偿电站锅炉负荷和空气预热器进风温度的下降，如果 空气预热器出口烟温回升，回转式空气预热器转子结露和轻度积灰只发生在低温段传热元 件，而该低温段传热元件轻度积灰又能够被周期性工作的吹灰器定期清除，可维持一种长 周期(12个月或更长)动态平衡，使得该电站锅炉在长周期运行中平均排烟温度最低，风机 电耗最低。可以利用额外提高预热器出口烟温的方法进行热清灰，热清灰的效果可以通过改变预热器出口烟温和持续时间来优化，还可以协同蒸汽吹灰器、燃气脉冲吹灰器共同清灰， 为回转式空气预热器的长周期安全经济运行提供了新的操作手段。永磁同步电动机和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，定子电流和定 子电阻损耗减小，因而效率高，功率因数高；其转子参数可测控制性能好，甚低转速时稳定 性好；永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高转矩低转速、大范围调速控制；永磁 同步电机的出轴可以直接驱动柱销式围带，省去减速器。本实用新型专利永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统包括变 频电源A入口开关(1 )、带有控制接口的变频电源A O)、永磁同步电机A (3)、变频电源A出 口开关G)、变频电源B入口开关(5)、带有控制接口的变频电源B(6)、永磁同步电机B(7)、 变频电源B出口开关(8)、围带传动的回转式空气预热器转子(9)、DCS控制柜(10)、DCS操 作员站(11)。本实用新型专利永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，在电站 锅炉整个运行周期中，受DCS控制柜(10)控制，改变带有控制接口的变频电源A(2)和/或 带有控制接口的变频电源B(6)的输出频率，永磁同步电机A(3)和/或永磁同步电机B(7) 随之改变转速，永磁同步电机A (3)与永磁同步电机B(7)的出轴均自带齿轮并与围带不同 部位啮合使围带传动的回转式空气预热器转子(9)的转速在0.05 至 区间改变，无级变 速，DCS操作员站(11)是永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统的人机接永磁同步电机A(3)和/或永磁同步电机B(7)直接驱动围带传动的回转式空气预 热器转子(9)，使围带传动的回转式空气预热器转子(9)的转速在0.05 至 区间改变， 无级变速是本实用新型专利永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统的最 基本最重要的技术特征。带控制接口的变频电源A (2)与带有控制接口的变频电源B (6)具有矢量控制特 性，配有冷却风扇，以获得必要的恒转矩性能，在大范围变速条件下，可以长周期安全运 行。带有控制接口的变频电源AO)与带有控制接口的变频电源B(6)所带的转速控制接 口可以是模拟量接口 4_20mA、0_10V，也可以是数字接口 RS485、DeviceNet、Profibus_DP、 Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。运行人员通过DCS操作员站(10)与DCS控制柜(11)对围带传动的回转式空气预 热器转子(9)在电站锅炉从点火到停炉的整个运行周期中的运行转速进行监控和优化。本实用新型可用于设计新一代的电站锅炉回转式空气预热器，也可用于对现有技 术的电站锅炉回转式空气预热器进行改造。本实用新型提供了一种在电站锅炉运行中智能控制回转式空气预热器转子转速 的方法，以优化回转式空气预热器的换热能力使之与电站锅炉负荷、工况相匹配的技术方 案，具有自寻优能力。采用本实用新型的效益在于·在锅炉设计阶段，可以选择相对采用现有技术更低的锅炉额定负荷下的排烟温 度，提高锅炉的设计效率。而不必担心锅炉低负荷工况下在空气预热器的中、低温受热面发 生严重的积灰与腐蚀甚至堵灰。·可以降低配选择性脱硝装置的空气预热器的制造、改造成本。·可以对现役的回转式空气预热器进行技术改造，提高其抗堵灰、抗腐蚀的能力，有效延长预热器的传热元件的使用寿命。 可以改善预热器吹灰器的吹灰效果，防止预热器受热面压降过度升高，从而降低 预热器漏风系数，降低送、引风机电耗。·排烟温度长周期平均值最低，提高电站锅炉运行效率。·无变速箱，无超越离合器，节省投资，减少维护工作量。·效率高，可以降低回转式空气预热器的驱动功耗，提高驱动电机功率因数。·两台永磁同步电机同时与围带啮合，每台可以单独运行，也可两台永磁同步电机 同步运行，无扰转换，提高了变速运行系统可靠性。·可以延长回转式空气预热器转子轴承的使用寿命。·可以减少回转式空气预热器转子的携带漏风。·与热风再循环相比，减小送风机流量，可以显著降低送风机电耗且可控性好。·与暖风器相比，无低压蒸汽消耗，无暖风器风压降，可以显著降低能耗且可控性 好。
图1永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统结构图图1中未标出转速传感器、温度传感器、差压传感器等及其信号电缆，以避免系统 结构图过于繁杂。永磁同步电机A(3)、永磁同步电机B 7)与围带传动的回转式空气预热器转子(9) 之间的双线条连线表示机械连接关系。在图1中的附图标记1变频电源A入口开关3永磁同步电机A5变频电源B入口开关7永磁同步电机B9围带传动的回转式空气预热器转子IlDCS操作员站
具体实施方式
本实用新型专利永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统包括变 频电源A入口开关(1 )、带有控制接口的变频电源A O)、永磁同步电机A (3)、变频电源A出 口开关G)、变频电源B入口开关(5)、带有控制接口的变频电源B(6)、永磁同步电机B(7)、 变频电源B出口开关(8)、围带传动的回转式空气预热器转子(9)、DCS控制柜(10)、DCS操 作员站(11)。本实用新型专利永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，在电站 锅炉整个运行周期中，受DCS控制柜(10)控制，改变带有控制接口的变频电源A(2)和/或 带有控制接口的变频电源B(6)的输出频率，永磁同步电机A(3)和/或永磁同步电机B(7) 随之改变转速，永磁同步电机A(3)与永磁同步电机B(7)的出轴均自带齿轮并与围带啮合 使围带传动的回转式空气预热器转子(9)的转速在0.05 至 区间改变，无级变速，DCS
2带有控制接口的变频电源A 4变频电源A出口开关 6带有控制接口的变频电源B 8变频电源B出口开关 10DCS控制柜操作员站(11)是永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统的人机接口。带控制接口的变频电源A (2)与带有控制接口的变频电源B (6)具有矢量控制特 性，配有冷却风扇，以获得必要的恒转矩性能，在大范围变速条件下，可以长周期安全运 行。带有控制接口的变频电源AO)与带有控制接口的变频电源B(6)所带的转速控制接 口可以是模拟量接口 4_20mA、0_10V，也可以是数字接口 RS485、DeviceNet、Profibus_DP、 Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。带控制接口的变频电源A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)的输出频率的变化 范围为2. 5至50Hz。在DCS控制柜(10)内置有以下功能模块a.转子转速及转子角加速度测量和显示模块；由永磁同步电机A(3)与永磁同步电机B(7)的转速传感器、脉冲整型电路、恒频脉 冲发生器、计数器、计算显示单元、带控制接口的变频电源AO)与带有控制接口的变频电 源B(6)的输出频率显示单元组成。b.空气预热器进、出口烟温测量和显示模块；空气预热器进口烟温和排烟温度可以共用电站锅炉原有测点数据。每台空气预热 器需增加2点空气预热器出口局部烟温测点，该2点空气预热器出口局部烟温测点布置在 烟气通流区域近转子出口处的两侧，在转子转速甚低时该2点局部烟温与排烟温度会有显 著偏差，可用于评估空气预热器在各个工况下的抗堵灰能力。c.空气预热器二次风进、出口温度测量和显示模块；空气预热器二次风进口温度和二次风热风温度可以共用电站锅炉原有测点数据。 每台空气预热器需增加2点二次风空气预热器出口局部温度测点，该2点出口局部温度测 点布置在二次风出口通流区域近转子处的两侧，在转子转速甚低时该2点二次风空气预热 器出口局部温度与二次风热风温度会有显著偏差，可用于评估空气预热器在各个工况下对 炉膛燃烧稳定性的影响。d.空气预热器一次风进、出口温度测量和显示模块；空气预热器一次风进口温度和一次风热风温度可以共用电站锅炉原有测点数据。e.空气预热器烟侧进、出口差压测量和显示模块；直接用差压变送器测量空气预热器烟侧进出口差压，测量精度较高，如电站锅炉 原有，可以共享数据。如原无，每台空气预热器需增加1点。f.永磁同步电机A (3)与永磁同步电机B (7)的驱动电流、带控制接口的变频电源 A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)的输出电流测量和显示模块；观察、印证、记录空气预热器转子与扇型密封板是否有触碰。g.空气预热器自密封系统扇形板行程协调模块；空气预热器转子转速下降过程中，转子的蘑菇型变形会减少，协调提升自密封系 统扇形板，以避免空气预热器转子与扇型密封板触碰。h.主发电机电负荷信号、锅炉主蒸汽流量信号、送引风机电流模块；可以共用电站锅炉原有测点。用于寻求空气预热器转子最佳转速与主发电机电负 荷的关系曲线。i空气预热器转子降速模块；[0063]可以选定空气预热器转子降速方式、降速速率、降速目标值。记录与显示各烟温Vs 转速，各风温Vs转速曲线。寻找不同主发电机电负荷下空气预热器转子转速的安全极限值。j空气预热器转子转速与空气预热器吹灰装置协调模块；优化空气预热器吹灰器工作时的空气预热器转子转速、每次吹灰持续时间、两次 吹灰的间隔时间，计算和记录空气预热器吹灰器能耗。记录与显示燃气脉冲式吹灰装置工作时空气预热器转子的已清灰和待清灰区域。提供空气预热器吹灰装置自投入和吹灰完成信号。k空气预热器转子转速寻优模块；寻优目标*空气预热器转子积灰轻微，可控。*送、引风机长周期平均电耗最低。*排烟温度长周期平均值最低。*空气预热器吹灰装置长周期平均功耗最低。1带控制接口的变频电源A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)相互跟踪、协调 控制模块；m 通讯模块；*与电站锅炉原有DCS共享部分测点数据。*与带控制接口的变频电源A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)通讯，指令带控 制接口的变频电源A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)输出所需要的频率，监视带控制 接口的变频电源A(2)与带有控制接口的变频电源B(6)的工作状态参数。*与空气预热器自密封系统通讯，协调提升/下降自密封系统扇形板。*与空气预热器吹灰装置程控系统通讯，协调优化空气预热器吹灰装置的效能。*与SCR烟气脱硝装置通讯，吹灰期间控制剩余氨浓度，协调优化空气预热器吹灰 装置的效能。η空气预热器转子轴向剖面传热元件温度分布图模块；烟侧不同位置的轴向剖面传热元件温度分布图，由实测空气预热器进、出口烟温 经计算而得的伪彩色温度分布图，用于评估空气预热器转子不同转速下的抗堵灰能力。ο回转式空气预热器转子启动和停止模块；启动和停止模式的选择和控制。通过对变频电源A入口开关(1)、变频电源A出口开关G)、变频电源B入口开关 (5)、变频电源B出口开关⑶的控制实现对永磁同步电机Α(3)与永磁同步电机Β(7)的切 换或者同步工作控制。ρ回转式空气预热器转子变速运行系统主菜单模块。
权利要求1.一种永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，其特征在于包括； 变频电源A入口开关(1)、带有控制接口的变频电源A (2)、永磁同步电机A (3)、变频电源 A出口开关、变频电源B入口开关(5)、带有控制接口的变频电源B (6)、永磁同步电机 B(7)、变频电源B出口开关(8)、围带传动的回转式空气预热器转子(9)、DCS控制柜(10)、 DCS操作员站(11)；在电站锅炉整个运行周期中，受DCS控制柜(10)控制，改变带有控制接 口的变频电源A(2)和/或带有控制接口的变频电源B (6)的输出频率，永磁同步电机A(3) 和/或永磁同步电机B(7)随之改变转速，永磁同步电机A(3)与永磁同步电机B(7)的出轴 均自带齿轮并与围带啮合使围带传动的回转式空气预热器转子(9)的转速在0.05 至 区间改变，无级变速；DCS操作员站(11)是永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速 运行系统的人机接口 ；通过对变频电源A入口开关(1)、变频电源A出口开关(4)、变频电源 B入口开关(5)、变频电源B出口开关⑶的控制实现对永磁同步电机A(3)与永磁同步电 机B (7)的切换或者同步工作控制。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，其 特征在于带有控制接口的变频电源AO)与带有控制接口的变频电源B(6)具有矢量控制 特性，配有冷却风扇；所带的控制接口可以是模拟量4_20mA、0_10V接口，也可以是数字接 口 RS485、DeviceNet, Profibus-DP, Modbus, CAN、SIM0LINK,或者同时具有 2 类接 口。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，其 特征在于在DCS控制柜(10)和DCS操作员站(11)内置有转子转速及转子角加速度测量 和显示模块；空气预热器进、出口烟温测量和显示模块；空气预热器二次风进、出口温度测 量和显示模块；空气预热器一次风进、出口温度测量和显示模块；空气预热器烟侧进、出口 差压测量和显示模块；空气预热器转子主/辅驱动电机电流、变频电源输出电流测量和显 示模块；空气预热器自密封系统扇形板行程协调模块；主发电机电负荷信号、锅炉主蒸汽 流量信号、送引风机电流模块；空气预热器转子降速模块；空气预热器转子转速与空气预 热器吹灰装置协调模块；空气预热器转子转速寻优模块；带控制接口的变频电源AO)与带 有控制接口的变频电源B(6)相互跟踪、协调控制模块；通讯模块；空气预热器转子轴向剖 面传热元件温度分布图模块；回转式空气预热器转子启动和停止模块。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，其 特征在于每台空气预热器设置有2点空气预热器出口局部烟温测点，该2点空气预热器出 口局部烟温测点布置在烟气通流区域近转子出口处的两侧。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，其 特征在于每台空气预热器设置有2点二次风空气预热器出口局部温度测点，该2点出口局 部温度测点布置在二次风出口通流区域近转子处的两侧。
专利摘要本实用新型涉及一种永磁同步电机驱动的围带传动预热器转子变速运行系统，受DCS控制，带有控制接口的变频电源A与B改变频率，永磁同步电机A与B变速；永磁同步电机A和/或永磁同步电机B直接驱动围带传动的回转式空气预热器转子，转速在0.05NH至NH区间改变，无级变速。本实用新型提供了一种在电站锅炉运行中智能控制回转式空气预热器转子转速，优化空气预热器的换热能力使之与电站锅炉负荷、工况相匹配的方法，可防堵灰降低风机电耗，降低长周期排烟温度平均值，提高电站锅炉运行效率。无变速器，无超越离合器，两台永磁同步电机同时与围带啮合，每台可以单独运行，也可两台永同步运行，高运行可靠性。
文档编号F23L15/00GK201909333SQ20102061676
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者章礼道 申请人:章礼道