方大特鋼煉鋼廠80萬除塵風(fēng)機變頻節(jié)能改造方案設(shè)計

李樹光++羅小武++鐘海兵

摘 要：方大特鋼煉鋼廠80萬除塵系統(tǒng)目前使用液力耦合器啟動，該除塵風(fēng)機耗能量較大，且輸出功率不能自動調(diào)整以適應(yīng)生產(chǎn)負(fù)荷的變化，只能通過手動調(diào)整，這樣無疑降低了負(fù)載運行效率，進而在節(jié)流損失中浪費了大量能源。該文中的幾種技術(shù)方案主要針對方大特鋼煉鋼廠節(jié)能改造的要求，系統(tǒng)地闡述了高壓變頻技術(shù)設(shè)計方案，并就方案應(yīng)用后的預(yù)期效果進行了表述，以期為除塵風(fēng)機的變頻改造提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：除塵風(fēng)機 改造方案 節(jié)能 變頻器

中圖分類號：TM344 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0088-02

為響應(yīng)國家號召、實現(xiàn)單位節(jié)能降耗、提高煉鋼系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和安全可靠性，煉鋼廠二次除塵風(fēng)機擬采用全數(shù)字交流高壓變頻器作為驅(qū)動系統(tǒng)。變頻器是電機調(diào)速的主要裝置，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機之間，因現(xiàn)場改造、安裝方便及良好的調(diào)速和節(jié)能性能，在冶金行業(yè)的節(jié)能改造項目中得到了越來約廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)可以大大提升系統(tǒng)的自動化程度、減少因調(diào)節(jié)擋板和管道而導(dǎo)致的擋板和管道磨損、降低常停機檢修所帶來的經(jīng)濟損失，這樣既可以滿足生產(chǎn)需求，又可以節(jié)約電能，同時還可以減少維護成本，從而達到通過改變設(shè)備運行速度來調(diào)節(jié)現(xiàn)場所需風(fēng)壓、風(fēng)量的大小，同時增創(chuàng)煉鋼廠效益的最終目的。

1 方案設(shè)計目的

該技術(shù)方案主要針對方大特鋼煉鋼廠節(jié)能改造的要求，系統(tǒng)地闡述了高壓變頻技術(shù)設(shè)計方案，以便于進行變頻改造。

方大特鋼煉鋼廠80萬除塵風(fēng)機參數(shù)（見表1）——目前為液耦調(diào)速運行（共1臺）。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主回路控制方案

該方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS41、QS42和高壓開關(guān)QF、電動機M組成（見圖1）。變頻運行時，QS41和QS42閉合。高壓開關(guān)QF、電動機M為現(xiàn)場原有設(shè)備。在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運行。改造時，將高壓變頻器串聯(lián)進現(xiàn)有高壓開關(guān)柜與高壓電機之間，正常工作時采用變頻回路，QS1和QS2閉合。

對于設(shè)備配套的相應(yīng)高壓變頻器，采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。

2.2 變頻器系統(tǒng)控制方案

2.2.1 系統(tǒng)控制方案

在母管上新增測壓點，能較為準(zhǔn)確地提供一個母管壓力值（此為4～20 ma信號）給變頻器，變頻器采用閉環(huán)控制方式，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)風(fēng)道所需壓力，進行自動的升降速的調(diào)整。例如，兩臺LF爐沒有煉鋼的時候，除塵閥門均關(guān)閉系統(tǒng)壓力會升高，變頻器接收到這個信號后，可自動調(diào)整降低運行頻率，使系統(tǒng)達到設(shè)定的壓力值。這樣既可滿足現(xiàn)場除塵的需要，又能夠節(jié)省大量的電能。

高壓變頻器和現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)硬接線連接的接口如下。

（1）需要提供的開關(guān)量輸出6路：①變頻器待機狀態(tài)：表示變頻器已待命，具備啟動條件；②變頻器運行狀態(tài)：表示變頻器正在運行；③變頻器控制狀態(tài)：節(jié)點閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制，節(jié)點斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制；④變頻器輕故障：表示變頻器產(chǎn)生報警信號；⑤變頻器重故障：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓；⑥電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態(tài)。以上所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為AC220 V、3 A/DC24 V，1 A。

（2）變頻器需要提供的模擬量2路：①變頻器輸出轉(zhuǎn)速。②變頻器電機電流：變頻器提供2路4～20 mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負(fù)載能力均為250 Ω。

（3）需要提供給變頻器的模擬量1路：變頻器轉(zhuǎn)速給定值。現(xiàn)場提供1路4～20 mADC二線制電流源輸出，帶載能力必須>250 Ω，4～20 mADC對應(yīng)轉(zhuǎn)速低高限，須呈線性關(guān)系。

（4）需要提供給變頻器的開關(guān)量有2路：①啟動指令：干接點，3 s脈沖閉合時有效，變頻器開始運行。②停機指令：干接點，3 s脈沖閉合時有效，變頻器正常停機。

2.2.2 變頻器與現(xiàn)場電源開關(guān)柜接口

（1）變頻器給高壓開關(guān)柜的有2路：①高壓緊急分?jǐn)啵鹤冾l器出現(xiàn)重故障時，自動分?jǐn)喔邏洪_關(guān)，閉點有效；②高壓合閘允許：變頻器自檢通過或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)，具備上高壓條件，閉點有效。以上所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為DC220 V，3 A。

（2）高壓開關(guān)柜給變頻器的狀態(tài)信號1路：高壓開關(guān)分閘信號。高壓開關(guān)處于分?jǐn)鄷r，輔助節(jié)點閉合；1個。

因80萬除塵風(fēng)機在遠(yuǎn)方操作室有上位機監(jiān)控，變頻器的操作監(jiān)控均可以實現(xiàn)進行遠(yuǎn)方變頻監(jiān)控。

2.3 原液耦調(diào)速方式改造方案

拆除原液耦，電機往前移。

3 方案應(yīng)用預(yù)期效果

3.1 節(jié)能分析

3.1.1 現(xiàn)場工況及負(fù)載技術(shù)數(shù)據(jù)

80萬除塵風(fēng)機運行參數(shù)：實際運行電流180A，實際運行電壓6 kV，實際運行功率因數(shù)0.87，風(fēng)機轉(zhuǎn)速960 r/min，年運行時間8000 h，年平均電價0.7元/度。

3.1.2 工頻狀態(tài)下的耗電量計算

電機耗電功率計算公式：Pd=×U×I×cosφ①

累計年耗電量公式：Cd=T×∑（Pd×δ）②

Pd：電動機功率；Cd：年耗電量值；U：電動機輸入電壓；I：電動機輸入電流；cosφ：功率因子；T：年運行時間；δ：單負(fù)荷運行時間百分比。endprint

通過計算可得：設(shè)備工頻運行功率1708 kW；年耗電量13664000度，年耗電費9564800元。

3.1.3 變頻狀態(tài)下的年耗電量計算

雖然二次除塵風(fēng)機采用液耦運行，但是實際情況是液耦并沒有根據(jù)現(xiàn)場工況進行調(diào)速，而是穩(wěn)定在85%的開度一直運行。這樣的話在兩臺精煉爐非冶煉期間（約為整個所有周期的三分之一時間）有兩個出風(fēng)口關(guān)閉的時候，也會產(chǎn)生電能的浪費。所以變頻改造后，利用變頻器的自動調(diào)整，節(jié)能共有兩個部分組成。

（1）對比液耦時變頻器的耗電量，計算如下：

③

其中為液耦時工頻功耗；為變頻時功耗；為風(fēng)機軸功率；為電機效率； 為液耦效率；為變頻器效率。

由液力耦合器的運行特性可知，

④

其中為風(fēng)機實際轉(zhuǎn)速，為電機額定轉(zhuǎn)速。

累計年耗電量公式：Cb=T×∑（Pb×δ）⑤

其中，Cb：年耗電量值；為變頻時功耗；T：年運行時間；δ：單負(fù)荷運行時間百分比。

（2）對于風(fēng)量減小時，變頻器的耗電量計算如下：

計算公式：⑥；

網(wǎng)側(cè)消耗功率：⑦

累計年耗電量公式：Cb=T×∑（Pb×

δ） ⑧

P'：風(fēng)機實際軸功率；P0：風(fēng)機額定軸功率；Cb：年耗電量值；'：風(fēng)機實際流量；0：風(fēng)機額定流量；H'：風(fēng)機出、入口壓力差；H0：風(fēng)機額定風(fēng)壓；T：年運行時間；δ：單負(fù)荷運行時間百分比。

根據(jù)計算公式③～⑧，可得出變頻情況下負(fù)載的耗電量，如表2。

3.1.4 節(jié)能計算

年節(jié)電量：ΔC=Cd-Cb⑨；

節(jié)電率=（ΔC/Cd）×100%⑩

根據(jù)公式⑨⑩，可計算出各負(fù)載上變頻后與工頻相比每年的節(jié)電情況，如表3。

3.2 其他預(yù)期效果

3.2.1 降低了維護成本

實現(xiàn)變頻節(jié)能改造后，不管是何種工藝條件，都能夠自動調(diào)整轉(zhuǎn)速以適應(yīng)系統(tǒng)工作的額定狀態(tài)。一般來講，變頻節(jié)能改造方案的設(shè)計目的是降低電機轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速的降低可以延緩啟動時間，延長各零部件的使用壽命，并且可以明顯降低電機沖擊，減少電機檢修的頻率，與之相應(yīng)的，也節(jié)約了大量的檢修開支，明顯降低了檢修維護的成本。

3.2.2 減小了工作強度

改造后的變頻調(diào)速系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)和備用設(shè)備之間建立了計算機聯(lián)鎖控制，機組操作工作擺脫了手動操控，實現(xiàn)了無人操作，系統(tǒng)可自動運行、自動保護、自動檢測、自動報警等，明顯節(jié)省了人力資源，減少了工作強度，提高了生產(chǎn)效率。

3.2.3 延長了電網(wǎng)壽命

實現(xiàn)變頻節(jié)能改造后，系統(tǒng)啟動方式轉(zhuǎn)變?yōu)檐泦樱@種方式會使啟動電流明顯低于額定電流，這樣就會延長系統(tǒng)啟動時間，進而明顯降低了電網(wǎng)的沖擊和電機的機械損傷，同時延長了電網(wǎng)和電機的使用壽命。

參考文獻

[1] 李海斌，施海強.除塵風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)在宣鋼煉鋼廠的應(yīng)用[A].中國計量協(xié)會冶金分會2010年會論文集[C]，2010.

[2] 張燦，徐進，黃文歡.高壓變頻器與液力耦合器調(diào)速的比較[J].煤礦現(xiàn)代化，2009（6）：65-66.

[3] 高大全，劉英，熊小剛，等.斬波內(nèi)饋調(diào)速技術(shù)在鍋爐引風(fēng)機上的應(yīng)用性能分析[J].冶金自動化，2011（4）：48-52.

[4] 張延平.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在四煉鋼除塵風(fēng)機上的應(yīng)用[A].中國機構(gòu)與機器科學(xué)應(yīng)用國際會議（2009CCAMMS）論文集[C]，2009.

[5] 王賀岑，鄒文華，馬淮軍，等.風(fēng)機變頻改造節(jié)能技術(shù)在火電廠的應(yīng)用研究[J].中國電力，2002（2）：73-77.

[6] 楊明清，陳學(xué)軍，韋澤.中壓變頻調(diào)速技術(shù)在轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機上的應(yīng)用[A].2012年全國煉鋼—連鑄生產(chǎn)技術(shù)會論文集（上）[C]，2012.

[7] 任兆華，王君連，劉松斌，等.除塵風(fēng)機的高壓變頻節(jié)能改造[J].冶金自動化，2011（1）：65-68.

[8] 孫國琴.發(fā)電廠風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速運行比較[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2007（2）：128-131.endprint