高壓變頻器在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用分析

杜克平新余鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠，江西新余　338001

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高壓變頻器在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用分析

杜克平
新余鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠，江西新余338001

摘要對(duì)于燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，主抽風(fēng)機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中最重要的一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備之一，該裝置的風(fēng)壓與風(fēng)量變化，會(huì)直接對(duì)燒結(jié)礦的生產(chǎn)質(zhì)量與數(shù)量產(chǎn)生影響，在很多企業(yè)中，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)也是主要的電能消耗設(shè)備的，很多情況下都會(huì)占到企業(yè)總電能的50%以上。而高壓變頻器的運(yùn)用則在很大程度上解決了這一問(wèn)題，本文便以我廠當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀況為研究基點(diǎn)，分析系統(tǒng)方案的改造情況，并研究設(shè)備改造之后的計(jì)劃運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞高壓變頻器；抽風(fēng)機(jī)；運(yùn)用；節(jié)能

變頻調(diào)速器是當(dāng)前很多領(lǐng)域中運(yùn)用的主要設(shè)備，具有節(jié)能效果好、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、電力保護(hù)強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而且能夠很方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，也具有較高的安全性，安裝與維護(hù)也都相對(duì)便捷，是很多企業(yè)節(jié)能節(jié)電的首選途徑。我廠燒結(jié)機(jī)兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)的電機(jī)型號(hào)為T(mén)D6400-6/1730，額定功率為6400kW，額定電壓10kV，額定電流為422A，額定轉(zhuǎn)速為1000rpm，功率因數(shù)0.95（同步電機(jī)有功率補(bǔ)償作用）。隨著目前“低溫低負(fù)壓”燒結(jié)工藝的實(shí)施，漏風(fēng)治理工作的穩(wěn)步推進(jìn)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度只要開(kāi)至60度左右就能滿足生產(chǎn)需要。調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度運(yùn)行的情況下，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)能量浪費(fèi)嚴(yán)重，工頻啟動(dòng)導(dǎo)致沖擊很大，包括對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及對(duì)機(jī)械的沖擊，影響電網(wǎng)的質(zhì)量及負(fù)載的機(jī)械壽命，電機(jī)長(zhǎng)期額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，噪聲大，所以我廠主抽風(fēng)機(jī)也想采用高壓變頻技術(shù)，因此，需要系統(tǒng)分析在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)中，高壓變頻器的運(yùn)用。

1　當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀況

一般情況下，鋼鐵企業(yè)普遍具有生產(chǎn)規(guī)模大、能源消耗密、資源使用多等特點(diǎn)，我廠當(dāng)前所使用的主抽風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的功率較大，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)的方式是調(diào)節(jié)入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度，但這種調(diào)節(jié)方式只是在一定程度上使通道流通阻力發(fā)生了改變，而設(shè)備的實(shí)際輸出功率并沒(méi)有太大變化，造成很大的節(jié)流損失，而且電能浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重[1]。根據(jù)公式：P（功率）＝Q（風(fēng)量）×H（壓力），風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比。如果風(fēng)機(jī)的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)風(fēng)量下降時(shí)，而風(fēng)壓不變的情況下，功率將同比下降，即當(dāng)生產(chǎn)工藝要求主抽風(fēng)機(jī)只需一半風(fēng)量時(shí)，電機(jī)的輸出功率將降為一半。采用變頻調(diào)速在半風(fēng)量狀態(tài)下的功耗約為全開(kāi)風(fēng)門(mén)生產(chǎn)功耗的1/6，可取得明顯的節(jié)能效果，因此為了降低設(shè)備運(yùn)行能耗，使風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能得到有效提升，我廠計(jì)劃在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)中運(yùn)用高壓變頻器調(diào)速控制，以降低設(shè)備能耗，提升生產(chǎn)效率。

2　系統(tǒng)方案的改造情況

現(xiàn)階段，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)所運(yùn)用的控制方式，需要以生產(chǎn)工藝所需求的風(fēng)量大小為基礎(chǔ)，而運(yùn)用高壓變頻器，可以對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的有效控制。在運(yùn)用變頻器之后，將主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)全開(kāi)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況對(duì)風(fēng)量進(jìn)行隨時(shí)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行需求，確保主抽風(fēng)機(jī)在保持高效運(yùn)行的基礎(chǔ)上，降低電能消耗。

運(yùn)用分布式控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器頻率的自由調(diào)節(jié)，還可以控制變頻器的開(kāi)關(guān)機(jī)，從而控制主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，系統(tǒng)上位機(jī)可以顯示出設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。運(yùn)用高壓變頻器，可以以設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際需求為基礎(chǔ)，改變主抽風(fēng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，這樣不僅改善了設(shè)備的運(yùn)行工藝，還能夠達(dá)到節(jié)電節(jié)能的目的。

在對(duì)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的過(guò)程中，不僅要選擇性能較好的變頻器產(chǎn)品，而且還需要設(shè)置工頻旁路柜，以確保在變頻器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，主風(fēng)機(jī)還能夠正常運(yùn)行。工頻旁路柜的主要作用，是保證在變頻器出現(xiàn)故障跳閘現(xiàn)象時(shí)，主風(fēng)機(jī)可以借助工頻旁路繼續(xù)運(yùn)行；在變頻器恢復(fù)正常時(shí)，切斷旁路開(kāi)關(guān)，恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行，在很大程度上減少了風(fēng)壓波動(dòng)[3]。具體如圖1所示。

在對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造的過(guò)程中，星點(diǎn)柜與液阻柜不發(fā)生變化，主要是將星點(diǎn)柜中斷路器的一組常開(kāi)點(diǎn)，向變頻器中引入，在電機(jī)變頻時(shí)，液阻柜的啟動(dòng)方式保持不變。在星點(diǎn)柜閉合之后，變頻器才能夠開(kāi)機(jī)，并以設(shè)備的設(shè)計(jì)運(yùn)行情況為基礎(chǔ)，發(fā)出變頻信號(hào)，使變頻投入運(yùn)行。在工頻運(yùn)行的過(guò)程中，需要斷開(kāi)K1和K2，關(guān)閉K3，液阻柜便會(huì)依照原來(lái)的工頻方式進(jìn)行啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，方便對(duì)設(shè)備的檢修與調(diào)試；如果K1和K2關(guān)閉，而K3斷開(kāi)，電機(jī)則處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。另外，為了保證不出現(xiàn)反送電情況，K2和K3需要運(yùn)用機(jī)械互鎖，而且，旁路柜需要聯(lián)鎖高壓柜中的DL，以避免出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，保證設(shè)備與相關(guān)操作的人員的安全。

3　改造之后的運(yùn)行效果

我廠燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，主抽風(fēng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主要負(fù)載對(duì)象，如果不進(jìn)行變頻改造，以相關(guān)工藝要求為基礎(chǔ)，設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行時(shí)需要以預(yù)熱段溫度為依托進(jìn)行風(fēng)門(mén)開(kāi)度的適時(shí)調(diào)節(jié)，一般情況下，風(fēng)門(mén)的開(kāi)度都需要控制在80%左右，輸入電流為310A，電壓為10kV，功率因數(shù)為0.95，消耗功率為每小時(shí)4948kW。但如果進(jìn)行高壓變頻改造，預(yù)計(jì)輸入電流能夠降低至260A左右，消耗功率降低至每小時(shí)4150kW。

如果按照設(shè)備每天運(yùn)行24小時(shí)，每年運(yùn)行330天進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行高壓變頻改造之后，每臺(tái)風(fēng)機(jī)每年節(jié)省下來(lái)的電量如下。

（4948kW-4150kW）×24h×330d=632萬(wàn)kW?h

如果按照每kW?h0.67元計(jì)算，則我廠兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)每年能夠節(jié)省電費(fèi)約：

2×632萬(wàn)kW?h×0.67元/kW?h=847萬(wàn)元

除此之外，當(dāng)前燒結(jié)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中處理故障主要運(yùn)用的方式為開(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)，但不停風(fēng)機(jī)，因此，會(huì)存在一定的非檢修時(shí)間，這些時(shí)間也在很大程度上浪費(fèi)電能。以2015年為例，我廠風(fēng)機(jī)的非檢修運(yùn)行時(shí)間就高達(dá)237小時(shí)，如果進(jìn)行變頻改造，則每年便能夠節(jié)省約100萬(wàn)kW?h的電量，電費(fèi)能夠節(jié)約約67萬(wàn)元。

結(jié)合上述兩方面的節(jié)電效果，我廠如果進(jìn)行高壓變頻改造，每年能夠直接節(jié)省約914萬(wàn)元電費(fèi)。

除了節(jié)電，將高壓變頻器運(yùn)用到燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)中，還能夠大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。一般情況下，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)都是離心式風(fēng)機(jī)，而且容量較大，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)電流大等特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，從而縮短設(shè)備的使用壽命[4]。而如果運(yùn)用高壓變頻器，則能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的軟停止與軟啟動(dòng)，不僅會(huì)使設(shè)備的使用壽命得到有效延長(zhǎng)，還節(jié)約了設(shè)備檢修成本。

4　結(jié)論

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與行業(yè)要求水平的不斷提升，降低能耗已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域中的工作重點(diǎn)。在燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中，主抽風(fēng)機(jī)是主要的耗能設(shè)備，因此，對(duì)該設(shè)備的改造也已經(jīng)成為相關(guān)企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。高壓變頻器是當(dāng)前比較理想的改造產(chǎn)品，能夠在很大程度上滿足企業(yè)的節(jié)能需求，節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，有著非常廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]李長(zhǎng)明.HIVERT系列高壓變頻器在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].變頻器世界，2014，3：67-70.

[2]李強(qiáng).高壓大功率變頻器在太鋼450m～2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].變頻器世界，2013，3：69-74.

[3]童毅.國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在重鋼燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2011，5：75-79.

[4]袁立新.關(guān)于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)節(jié)能及同步或異步電機(jī)變頻調(diào)速[J].燒結(jié)球團(tuán)，2010，2：10-13.

中圖分類(lèi)號(hào)TN77

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）155-0092-02