1 概述
火电厂大型煤粉锅炉的煤粉由磨煤机磨制。制粉系统分直吹式和储仓式二类。储仓式系统一般采用钢球式磨煤机，送粉采用乏气送粉或热风送粉。采用储仓式系统的锅炉，燃煤量应随负荷及工况变化而改变，而改变燃煤量的手段是通过改变给粉机的转速来实现的。采用直吹式系统的锅炉，当负荷及工况发生变化时，是通过直接改变给煤机的给煤量，即调节给煤机转速来改变锅炉的燃煤量。以往的煤粉锅炉一般采用直流调速、调压调速或滑差电机等调整手段，其中以滑差电机进行调速较为普遍，此种方法存在设备复杂、操作繁琐、运行可靠性差、调速精度及线性度差、能耗高、维护工作量大等缺点。近年来，随着变频调速技术的迅速发展，变频调速器以其体积小、重量轻、可控性可靠性高、通用性强、调速范围大、特性硬及节能等优点，倍受人们的青睐。本文就以变频器在邵武发电公司2×125MW机组锅炉给粉机上的应用及改进为例，阐述变频调速技术在火力发电厂中的应用及其发展前景。
2 锅炉给粉机变频调速的工作原理及结构
2.1 电动机调速原理
由电动机特性可知,异步电动机输出轴转速(简称电机转速)为:
n=(1-s)×60×f/p r/min
式中，n—电动机同步转速
f—电动机定子供电频率
p—电动机极对数
s=(no-n)/no—为转差率
显然，改变公式中的参数f、p和s，便可改变电机的转速。
以往的电机调速大多通过改变参数p和s实现的。由于给粉机所配用的交流异步电动机的转速与同步转速之间的转差率s极小，若将这一微小差别忽略不计，则上述公式可近似等同于给粉机电机的转速公式。变频调速就是通过均匀地改变定子供电频率f，平滑地改变电动机的转速，并且在调速过程中，从高速到低速均能保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，以及足够强度的机械特性。
2.2 给粉变频调速特性
(1) 调速范围
理论上讲，采用变频器调速其范围为0~100%。但是，根据不同类型的锅炉及煤种，一般应将转速限制在30~1200rpm，这可通过设定变频器的V/f曲线来实现。
3 给粉变频调速系统组成
以邵武发电公司技改工程为例:给粉机采用GF-9型，配用的电动机为Y 112-6、380V/2.2kW型，变频器选用THYEREC-VT210S。该调速系统主要由变频器盘、手操器、电源盘、电机等组成，其系统结构如图1所示:
由图1可见，变频器是该系统的核心部件。为了保证系统能安全可靠运行，操作、维护方便，本工程给粉机与变频器采用一带一的控制模式(即一台变频器带一台给粉机电机)。分三层布置共12台。
4 变频调速应用过程中出现的问题及改进办法
本变频调速系统在投运初期，由于给粉机运行工况较为复杂，其工作环境较为恶劣，而变频器内部保护功能又较强，因此，在现场应用过程中，多次出现内部保护动作而停运给粉机，引发MFT动作。究其原因分析存在以下问题:
(1)由于磨煤机入口处的木屑分离器分离间隙较大，仍有部分木屑，甚至铁丝等杂物漏网混入粉仓内，由于给粉机叶轮间隙较小，而导致出现给粉机被杂物卡涩的现象。在给粉机被卡后，由于给粉机电机仍在运转，其电流将会突然增大，而导致内部过流保护动作而停运给粉机。
(2)煤粉温度控制不当，使煤粉湿度较大时，粉仓内煤粉不易下滑，使给粉机进料口处形成空洞，随之造成粉仓上部煤粉垮塌而直接重压在给粉机圆盘上，从而使给粉机刮板无法将进料口处堆积过多、过厚的煤粉刮动，造成电机堵转，给粉机电机电流过大，导致变频器保护动作而停运给粉机。
(3)风粉混合器发生堵粉现象，使给粉机出口被堵，导致给粉机进料口产生煤粉堆积现象。而使给粉机刮板无法将进料口处堆积过多、过厚的煤粉刮动，造成电机堵转，给粉机电机电流过大，导致变频器保护动作而停运给粉机。
(4) 变频器的过载能力与其适用电机容量不相配，导致变频器过载保护动作而停运给粉机。
(5)所选用变频器无断电自复位功能，在厂用电切换或厂用电短时失压给粉机全停，引发MFT动作，造成事故的扩大。
根据以上几个方面的原因分析，在机组投产后，我们采取了相应的措施及改进办法:
针对上述(1)至(3)存在的问题，我们采用的措施是:A、对给粉机机械缺陷进行了彻底的处理，部分机械部件进行了更换，采用了可靠性较高的部件;B、调节磨煤机入口处的木屑分离器分离间隙，通过优化调整分离间隙，消除了漏入粉仓的机械杂质;C、加强煤粉温度的控制，保证了煤粉湿度符合要求;D、对风粉混合器进行重新的设计改造，以保证其下粉的流畅。
针对上述(4)至(5)存在的问题，我们根据给粉机的运行情况，认真核对变频器的过载能力与其适用电机容量，以确保给粉机机械、变频器及电动机能最佳配合。经过综合考虑，变频器改进为带"转矩矢量控制"新型控制方式的富士FRENIC5000G9S-4JE型(它具有七次失压自复归的功能);电动机改进为防爆式YB112－3kW/6型(具有较好的抗高温性能)。
经过以上改进后二年多来的运行实践证明，我公司的给粉机变频调速系统运行良好，维护工作量很小，深受广大运行维修人员的好评。
5 结束语
从我公司对变频器在给粉机上的应用及改进的成功实践表明:变频器取代以往的直流电机、滑差电机以及其他机械调速装置，不仅线性度好，灵敏度高，使得电动机调速系统运行可靠、维护方便，而且变频器能较好地与电厂DCS系统实现自动调节控制功能。上述我公司给粉机应用变频调速在解决好工艺系统运行工况中存在的问题后(如上面所提的五个问题)，已确保了给粉均匀、锅炉燃烧稳定，从而进一步降低了火电厂的低负荷稳燃投油量，提高机组的运行安全性和经济性，取得了很大的经济效益和社会效益。在取得经验的基础上，火电厂的其他运行辅机设备，如:凝结水泵、疏水泵、给煤机、送风机、引风机等应用变频器来进行调速具有较好的前景，可以获取更好的调节品质和更高的节能效益。目前，我公司已在汽机的凝结水泵、疏水泵上应用变频器调速获得了很好的效果。可见，变频器在火力发电厂中有广泛的应用和良好的发展前景。