一、概述
    某鋼廠高爐車(chē)間現(xiàn)有兩座600m3高爐，經(jīng)過(guò)除塵處理的高爐煤氣主要用于熱風(fēng)爐，饒石灰、烘烤鎳水包和烘干螢石等，剩余7 x104m 3/h為煤氣鍋爐的主要燃料。另外焦化廠提供焦?fàn)t煤氣(熱值4000大F./Nm3)作為輔助燃料。
    為了綜合利用高爐剩余煤氣，同時(shí)解決公司生產(chǎn)、生活等用電缺口，本工程l臺(tái)75t/h高溫高壓高爐煤氣鍋爐，配置一套15M W凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)，使用焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火。
二、主機(jī)選型
    本工程選用純燒高爐煤氣的高溫高壓鍋爐，高爐煤氣鍋爐近幾年在我國(guó)發(fā)展很快，具有燃饒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，特別適合本電廠高爐煤氣燃燒。
    為了提高整個(gè)發(fā)電廠的發(fā)電效率，蒸汽的溫度和壓力越高越好，從國(guó)內(nèi)類(lèi)似項(xiàng)曰的建設(shè)情況看，采用中溫中壓的煤氣國(guó)內(nèi)的較多。通過(guò)咨詢(xún)相關(guān)主機(jī)制造廠家，本工程選用國(guó)產(chǎn)高溫高壓機(jī)組。
高溫高壓機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能主要體現(xiàn)在汽輪機(jī)的熱耗率值低，熱耗率越低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益越高。機(jī)組的參數(shù)越高，其熱耗率值也越低。在相同的蒸汽流量及工況下，高溫高壓機(jī)組汽輪機(jī)熱耗約為9815KJ/(KW．h)．而中溫中壓機(jī)組熱耗約為12025K J/(K W.h)。在相同的高爐煤氣消耗量情況下，中溫中壓機(jī)組發(fā)電量為15760 KW.h*若采用高溫高壓機(jī)組，發(fā)電量為19300K W．h，若機(jī)組按每年6000小時(shí)計(jì)算，本工程每年可多發(fā)電21.24x106K W.h節(jié)，若按每度電價(jià)0.5元／tKW．h，每年可多創(chuàng)造產(chǎn)值約1060h元左右。
富通新能源銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    綜上所述，本期工程擬選用1x 75t/h高溫高壓的高爐煤氣鍋爐+ 1x15MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。
    主機(jī)設(shè)備參數(shù)如下：
    (1)鍋爐
    型號(hào)：UG-75/9.8-Q
    爐型：?jiǎn)五佂�、集中下降管，自然循環(huán)n型布置的高爐煤氣爐
    額定蒸發(fā)量    75t/h
    額定蒸汽溫度    540℃
    額定蒸汽壓力（表壓）    9.8 MPa
    給水溫度    215℃
    排煙溫度—156℃
    鍋爐設(shè)計(jì)效率    86%
    (2)汽輪機(jī)
    型號(hào)：N15--8.83
    型式：高溫高壓、單缸、單軸、凝汽武汽輪機(jī)
    額定功率：15MW
    汽輪機(jī)額定進(jìn)汽量：    70t/h
    額定轉(zhuǎn)速：    3000r/min
    (3)發(fā)電機(jī)
    型號(hào)：QF-20
    額定功率：20MW
    功率因素：0.8
    冷卻方式：空氣冷卻
    勵(lì)磁方式：自并勵(lì)靜止勵(lì)磁
三、電廠設(shè)計(jì)方案的研究
    燃?xì)夤艿?br />     高爐煤氣的供氣母管引進(jìn)后依此進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)蝶閥、水封閥、流量調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)快關(guān)閥等。供氣坶管分出兩條支管，沿著鍋爐的兩
  引至爐瞠，每個(gè)燃饒器入口配供一個(gè)手動(dòng)閘閥和氣動(dòng)快關(guān)閥。
    由于高爐煤氣來(lái)氣壓力較高，在進(jìn)入鍋爐房燃?xì)夤艿郎暇�設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)閥，根據(jù)燃燒器進(jìn)氣壓力要求及時(shí)調(diào)整管壓。安裝的調(diào)節(jié)閥可根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整進(jìn)氣量，管道上設(shè)置有流量測(cè)量裝置，保證進(jìn)氣量準(zhǔn)確。
    燃燒系統(tǒng)
    本項(xiàng)目的高爐煤氣鍋爐采用先進(jìn)的低氮燃燒器，燃燒器兩側(cè)墻布置。鍋爐采用平衡通風(fēng)方式，煙氣由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙道送入煙囪。由送風(fēng)機(jī)將冷空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后送至燃燒器，提供高爐煤氣燃燒所需空氣。
    (1)鍋爐結(jié)構(gòu)
    本工程高爐煤氣鍋爐采用高溫高壓．單鍋筒、集中下降管，自然循環(huán)n型布置的高爐煤氣爐，半露天布置。鍋爐前部為爐膛，四周布置膜式水冷壁。水平煙道裝設(shè)了高溫和中溫對(duì)流過(guò)熱器，尾部豎片煙道上部布置低溫對(duì)流過(guò)熱器。尾部單級(jí)布置省煤器和空氣預(yù)熱器。
    鍋爐采用雙旋流煤氣燃燒器，兩側(cè)墻布置，共6只。
    (2)煤氣燃饒器
    鍋爐煤氣燃燒器采取有焰燃燒方式，水平布置在爐膛下部絕熱燃燒室的兩側(cè)墻上，每側(cè)布置三只，共六只。燃燒器為雙旋流式結(jié)構(gòu)。空氣和高爐煤氣流經(jīng)導(dǎo)向旋流葉片噴出，卷吸高溫?zé)煔夂蟊稽c(diǎn)燃并穩(wěn)定燃饒。點(diǎn)火用焦?fàn)t煤氣，點(diǎn)火裝置須配帶焦?fàn)t煤氣氣槍的高能點(diǎn)火裝置，氣槍能量按4%額定負(fù)荷設(shè)計(jì)，共6支氣槍。
    為了發(fā)熱值極低的高爐煤氣的著火和穩(wěn)燃，在燃燒器區(qū)域未布置受熱面，這樣能提高燃燒器區(qū)域的煙氣溫度，使高爐煤氣在“絕熱”的燃燒室內(nèi)穩(wěn)定燃饒。
    輔助設(shè)備
    (1)煙風(fēng)系統(tǒng)
    煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置單臺(tái)送風(fēng)機(jī)，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)，平衡通風(fēng)，微負(fù)壓運(yùn)行，調(diào)節(jié)方式采用液力耦合器的方式進(jìn)行調(diào)速，以節(jié)省廠用電。單臺(tái)引送風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)110%容量。
    (2)氮?dú)庀到y(tǒng)
    鍋爐及高爐煤氣管道系統(tǒng)采用氯氣吹掃，為此在外部煤氣管道上敷設(shè)氮?dú)夤艿溃�氮�(dú)夤芙幼噪姀S外部氮?dú)夤艿馈?br />     (3)煙囪
    本工程新混凝土煙囪一座，高80m，出口內(nèi)徑2.8m，滿足環(huán)保要求。
四、高爐煤氣安全防護(hù)
    針對(duì)高爐煤氣易燃易爆有毒等特點(diǎn)，本工程將采取以下措施：
    (1)在煤氣供氣母管及爐前各組燃燒器入口處設(shè)置快速臼J斷閥，并與爐膛滅火保護(hù)系統(tǒng)相連接。為防止回火，嚴(yán)格控制爐內(nèi)負(fù)壓及煤氣壓力。設(shè)置煤氣低壓報(bào)警及保護(hù)裝置。當(dāng)煤氣壓力過(guò)低或爐膛突然熄火時(shí)能迅速切斷供氣，以免引起爆炸。在煤氣管路設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置氮?dú)獯祾叻派⑾到y(tǒng)。
    (2)為防止煤氣設(shè)備和管道泄漏的煤氣聚集，鍋爐房采用半露天布置，煤氣調(diào)壓站布置于爐后的運(yùn)行轉(zhuǎn)上，以利于璉散。
    (3)在煤氣易泄漏處附近裝設(shè)co檢測(cè)報(bào)警裝置，當(dāng)co含量超標(biāo)時(shí)報(bào)警，便于人員疏散。鍋爐房運(yùn)行層調(diào)壓站處、底層和煤氣管道穿過(guò)的封閉區(qū)域加強(qiáng)通風(fēng)，使得空氣中的C0不大干0.03mg/kg。
    (4)在尾部煙道中設(shè)置co及02在線檢測(cè)報(bào)警裝置。
    (5)  在經(jīng)常檢修的部位設(shè)置可靠的盲板法蘭組合隔斷裝置。
    (6)煤氣管道設(shè)有靜電保護(hù)裝置。
    (7)  在煤氣管道的最高、煤氣管道以及臥式設(shè)備的末端、煤氣設(shè)備和管道隔離裝置前等處設(shè)置氮?dú)獯祾叻派⑾到y(tǒng)及取樣裝置。
    (9)在鍋爐本體制造也采取相應(yīng)措施：
    a．鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)符合有關(guān)的防爆標(biāo)準(zhǔn)的要求，提高鍋爐本體的抗爆能力，并需要在爐內(nèi)每一個(gè)火嘴處設(shè)置火焰探測(cè)器，與爐前快速切斷閥聯(lián)鎖，瞬間必須關(guān)閉，防止?fàn)t膛熄火爆炸。另外電阻
    RB=2*UD/IMN（公武2.1）
    其中U D為制動(dòng)電壓準(zhǔn)位，1MN為三相異步電機(jī)的額定電流。另外，當(dāng)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流與額定電流相同時(shí)，需要限定電阻的最小值，保證制度電阻的阻值不能低于這個(gè)最小值，以免變頻器損壞。電阻最小值RBmjji=UD/IMN。
    由上，得出制動(dòng)電阻阻值R介于U D/IMN和2*U D/IMN之間：
    (UD/IMN) <R《(2*L'D/IMN)  (公式2.3)
    當(dāng)制動(dòng)電阻工作于直流電壓位是，其耗用功率為
    PO-L D2/R  （公式2.4）
    耗用功率意指電阻功率取此值時(shí)，該電阻可長(zhǎng)時(shí)間工作。但E Do/,決定了現(xiàn)場(chǎng)中使用的電阻功率，主要原因在于系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)間很短，電阻溫升不足以穩(wěn)定，因此在不超過(guò)額定溫升（制動(dòng)電阻的溫升允許值）的前提下，可盡量減小制動(dòng)電阻的容量，其算法為：
    PB= A*P*ED%=r*(UD2/R)十ED%  （公式2.5)
    其中^為降額系數(shù)，
    A=l-IR-RBI/RB  （公/t2.6)
    其中R是實(shí)際電阻值，PB是制動(dòng)電阻功率。
    2.2設(shè)計(jì)方案示例
    由前段分析可以推算出大致需要的制動(dòng)電阻阻值及功率。下面設(shè)例進(jìn)行說(shuō)明：7.5K W三相異步電機(jī)，額定電流：18A，輸入電壓：AC460，由公式2.1 R B=2*UD／IM N=2*800／18=88.9Ω,由公式2.2RBmin=UD/IMN=800/18=44.4Ω。由公武2.3可知制動(dòng)電阻阻值范圍為44.4≤R≤88.9，在此范圍內(nèi)選用市場(chǎng)常用型號(hào)和功率段的電阻，阻值為75Ω。再根據(jù)公式2.5 PB=A*P*ED%=A*(U D2/R)  *ED%=0+84*(8002/75)*0.1=716W.基于此計(jì)算結(jié)果可在實(shí)際中根據(jù)情況適當(dāng)擴(kuò)大。
3、結(jié)語(yǔ)
    對(duì)于智能變頻器來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)良好的啟動(dòng)電路能夠保證三相異步電機(jī)的任意負(fù)載平穩(wěn)啟動(dòng)，而制動(dòng)電路則能快速準(zhǔn)確響應(yīng)剎車(chē)制動(dòng)。日前人工智能已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，智能變頻也在不斷發(fā)展。本文啟停電路的設(shè)計(jì)儀是智能變頻器設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分，筆者相信，隨著工業(yè)自動(dòng)化控制科技的發(fā)展和廣大業(yè)界同仁的努力，智能變頻器技術(shù)一定能有更廣闊的應(yīng)用前景，