變頻器在傾動爐引風(fēng)機的節(jié)能應(yīng)用

屈 勇

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動爐車間的引風(fēng)機根據(jù)工藝的工況要求，需要對風(fēng)量在不同冶煉工藝時段進行調(diào)節(jié)。原有傾動爐爐內(nèi)壓控制系統(tǒng)是采用主風(fēng)機全速運行，通過閥門調(diào)節(jié)開度來控制爐內(nèi)壓，開度最大不超過40%，存在嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象，功效不到10%，同時通過閥門調(diào)節(jié)，很難滿足工藝對風(fēng)量的需求［1］。據(jù)統(tǒng)計，我國風(fēng)機的用電量占全國用電量的 10.4%，節(jié)能方式有換電機或采取方法提高電機節(jié)電率［2］。通過變頻綜合改造后，節(jié)能率可達到40%以上，同時通過改造后，可以方便地根據(jù)工藝要求，自動調(diào)節(jié)風(fēng)量來自動控制爐內(nèi)壓，改善爐況，保護爐窯設(shè)備，提高爐窯設(shè)備運行效率。本次改造帶來經(jīng)濟效益每年50萬元左右。

（1）傾動爐引風(fēng)機在額定工況下，風(fēng)量為140490m3/h，而引風(fēng)系統(tǒng)需要的最大排氣量不超過60000m3/h，存在嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象，工效不到10%。

（2）從工藝的工況要求可以看出，需要在不同的工藝階段調(diào)節(jié)風(fēng)量，要通過閥門控制對爐內(nèi)壓實現(xiàn)精準(zhǔn)控制較困難。

（3）關(guān)小閥門的開度，勢必引起負(fù)壓增大，造成用于布袋除塵的反吹風(fēng)失效，使得煙塵堵塞布袋，致使布袋溫度過高，燒毀布袋。

（4）煙塵堵塞布袋，會造成排氣不暢，致使鍋爐內(nèi)煙氣溫度過高，損壞鍋爐耐火構(gòu)層。

（5）由于不能有效控制風(fēng)量，不能保證高溫?zé)煔庠阱仩t內(nèi)進行有效的熱交換，造成熱能損耗。

（6）在還原過程中，需燃燒LNG，由于不能有效控制風(fēng)量，造成能量損耗和爐窯耐火材料損壞。

通過變頻改造后上述問題均可得到改善。

2 工藝流程

傾動爐冶煉過程中產(chǎn)生高溫?zé)煔庀韧ㄟ^沉渣室，沉降大顆粒冶煉雜質(zhì)，之后通過鍋爐進行熱交換，沉降部分細顆粒煙塵，高溫?zé)煔庠偻ㄟ^空氣冷卻器對高溫?zé)煔膺M行冷卻，進入布袋收塵器進行收塵，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)風(fēng)量，最后將滿足環(huán)保要求的煙氣通過引風(fēng)機煙囪排空。

工藝流程圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

3 主要工程內(nèi)容

本改造是為了滿足生產(chǎn)工藝需求，對引風(fēng)機進行變頻改造。利用DCS自控系統(tǒng)自動檢測鍋爐的壓力、流量、溫度，并根據(jù)工藝要求，自動控制變頻器頻率，通過電機調(diào)速達到控制風(fēng)量的目的，使鍋爐熱交換處以最佳工作狀態(tài)，改變原先靠閥門控制風(fēng)量的工作方式。改造后不僅節(jié)省大量的電能，而且能非常有效地控制風(fēng)量，提高鍋爐工作效率，延長設(shè)備的使用壽命，降低維修成本。

主要工程內(nèi)容：更換工頻電機為變頻電機、增加控制變頻器、同時增加備用工頻旁路柜、增加變頻現(xiàn)場控制柜。采用高性能的施耐德6kVATV1200變頻器。

QF為上級高壓真空斷路器，QF41、QF42為隔離開關(guān)柜刀閘隔離開關(guān)，QF43為旁路柜高壓真空斷路器。該系統(tǒng)有2種運行模式：模式1，當(dāng)變頻器可以正常運行時，風(fēng)機變頻運行QF41、QF42合閘，QF43分閘。此時風(fēng)機變頻運行。模式2，當(dāng)變頻器故障時，風(fēng)機此時工頻啟動工頻運行，QF41、QF42分閘，QF43合閘。

且QF41、QF42同QF43不能同時合閘［3］。該系統(tǒng)充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。主回路系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 引風(fēng)機系統(tǒng)旁路柜示意圖

取消引風(fēng)機入口調(diào)節(jié)閥，使引風(fēng)機入口調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)，DCS根據(jù)爐子的不同周期所需的不同爐膛負(fù)壓以及現(xiàn)場爐膛負(fù)壓的檢測值，通過PID計算向變頻器發(fā)出4～20mA信號對風(fēng)機轉(zhuǎn)速自動調(diào)速，從而實現(xiàn)對爐膛負(fù)壓的自動跟蹤控制，最大限度地滿足生產(chǎn)工藝的要求，同時節(jié)約電能，極大地提高經(jīng)濟效益，增加設(shè)備的自動化水平［4］?？刂品绞讲捎矛F(xiàn)場控制和DCS控制兩種?，F(xiàn)場控制柜屏上按鈕操作起/停運行及調(diào)速；自動控制調(diào)速信號來自上一級DCS控制系統(tǒng)，DCS根據(jù)傾動爐爐內(nèi)壓自動跟蹤調(diào)節(jié)工藝需要設(shè)定負(fù)壓值，然后自動計算出變頻器的頻率，從而實現(xiàn)變頻器的頻率對爐膛負(fù)壓的實時跟蹤。見圖3。

圖3 風(fēng)機頻率自動調(diào)節(jié)圖

4 引風(fēng)機節(jié)電效果分析計算以及實施效果

4.1 工頻情況的功率計算

Pd：電動機功率；

U：電動機輸入電壓；

I：電動機輸入電流；

cosφ：功率因數(shù)。

根 據(jù) 公 式（1）：Pd = 1.732×6×25×0.806=217.2kW，即采用風(fēng)門控制時的實際功率為217.2kW。

4.2 變頻情況下的功率計算及節(jié)電率分析

風(fēng)機設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比［5］。因此可以有較大的節(jié)電率。

在用風(fēng)門控制時實際功率百分比為217.2/355=0.61，查《2010版鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》表6-12《各種控制方式下根基功率消耗相對值》得：采用變頻調(diào)速后的功率百分比為23%。

根據(jù)上述公式可得網(wǎng)側(cè)電機功率：

Pd =355×0.23=81.65kW，

增加變頻裝置后，網(wǎng)側(cè)功耗Pb=Pd/η；

變頻裝置的效率η=96%。則Pb=85.05kW。

5 實際效果

2015年傾動爐車間1-10月用電量統(tǒng)計見表1，2016年傾動爐車間1-10月用電量統(tǒng)計見表2。數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計報表。

2016年月均用電量比2015年減少10萬kW·h，年節(jié)省用電量約100多萬元/kW·h，節(jié)能效果明顯。

表1 車間2015年用電量統(tǒng)計kW·h

表2 車間2016年用電量統(tǒng)計kW·h

6 結(jié)論

采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點：

（1）采用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，取消調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)，運行平穩(wěn)，設(shè)備的故障率低，節(jié)電效果顯著；

（2）采用變頻器控制電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，避免大的啟動電流對電機對電機絕緣的破壞，延長了設(shè)備的使用壽 命，避免了對電網(wǎng)的沖擊［6］；

（3）電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；

（4）具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能［7］；

（5）變頻器故障時可以工變頻切換，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護、維修費用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。