調(diào)速控制技術(shù)在煉鋼廠除塵風機中的應用研究

凌幸福

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417000）

除塵風機作為煉鋼廠生產(chǎn)工作中必不可少的設備之一，其產(chǎn)生的風量參數(shù)、負壓參數(shù)等有效數(shù)據(jù)在運行過程中基本一直處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。但受到一些外界環(huán)境或工廠生產(chǎn)技術(shù)等因素的干擾（例如一些煉鋼廠生產(chǎn)工作任務較少、機械設備不定時開關(guān)等），直接的影響了除塵風機設備的持續(xù)運行[1]。根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，設備在正常運行過程中，其能耗的有效利用率僅占整體的35%～65%，其余工作能量全部消耗在風機的空轉(zhuǎn)上，為了提升除塵風機的工作效率，將調(diào)速控制技術(shù)引入到煉鋼廠除塵風機的應用中，滿足了設備荷載的變速運行，實現(xiàn)設備的隨時啟動或暫停，進而達到節(jié)約能耗的功能。因此以下將根據(jù)煉鋼廠除塵風機的運行規(guī)律，開展其調(diào)速控制方法的研究，為滿足現(xiàn)代化工藝生產(chǎn)提供良好的技術(shù)支持。

1 基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風機調(diào)控方法設計

結(jié)合煉鋼廠除塵風機的運行規(guī)律及工廠的生產(chǎn)活動，以下將從調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差頻率、分析矢量控制數(shù)據(jù)、調(diào)整發(fā)電機軸速三個方面，進行基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風機調(diào)控方法的詳細設計。

1.1 轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)

根據(jù)煉鋼廠除塵風機的運行規(guī)律，以下將結(jié)合調(diào)速控制技術(shù)，設計對應的調(diào)速控制方法研究。首先應降低V/F調(diào)控模式自身具備的缺陷，在調(diào)速控制理論模式基礎(chǔ)上加入控制速度的閉合環(huán)口，閉合環(huán)口的計算公式如下所示。

如上述公式所示，為煉鋼廠除塵風機中的閉合環(huán)口設計[2]。公式中，Pe表示為不同轉(zhuǎn)速頻率下設備發(fā)電機的輸出軸距，計算單位為N/m；Pl表示為設備負載狀態(tài)下發(fā)電機的輸出軸距，計算單位為N/m；j 表示為設備單軸狀態(tài)下慣性產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動量，計算單位為N/m·s2；dw表示為設備正常運行狀態(tài)下角轉(zhuǎn)速；dt表示為角轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的功率，計算單位為kB。結(jié)合公式計算，可得出除塵風機的控制轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)即為Pe-Pl軸距的計算，根據(jù)Pe-Pl軸距的變化情況分析對應的轉(zhuǎn)差頻率[3]。如下圖1所示。

圖1 除塵風機設備軸距—轉(zhuǎn)差頻率關(guān)系

如上述圖1所示，為煉鋼廠除塵風機輸出軸距與轉(zhuǎn)差頻率變化之間的關(guān)系。在確保設備運行過程中，氣隙磁通的條件下，結(jié)合調(diào)速控制技術(shù)定義的設備轉(zhuǎn)差頻率為k，保持設備頻率速度與轉(zhuǎn)速同時升高或降低，可使用外界信號干預的方式將設備運行狀態(tài)無衰減的傳遞到頻設備頻率控制中心上，實現(xiàn)基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風機設備中轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)，基于上述技術(shù)以下將進行對應的矢量控制分析。

1.2 矢量控制分析

根據(jù)上述對煉鋼廠除塵風機設備轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)，下述將進行對應的矢量控制數(shù)據(jù)的分析。為了提升設備發(fā)電機的發(fā)電功率，在實現(xiàn)風速調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上滿足節(jié)能減排的要求，以下將構(gòu)建異步數(shù)據(jù)矢量控制模型[4]。模型結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2 異步數(shù)據(jù)矢量控制模型結(jié)構(gòu)

如上述圖2所示，為異步數(shù)據(jù)矢量控制模型的結(jié)構(gòu)圖。對應的A、B、C為煉鋼廠除塵機的不同運行頻率，首先應先構(gòu)建對應的動態(tài)坐標，通過坐標之間的轉(zhuǎn)換，可將直流發(fā)電機轉(zhuǎn)換成異步變流發(fā)電機。根據(jù)動態(tài)化矢量變換，計算不同運行狀態(tài)下的直流電輸出軸距。計算公式如下所示。

如上述公式所示，為多種運行狀態(tài)下的直流電輸出軸距計算。公式中，Pe表示為軸距，計算單位為dm；K表示為設備轉(zhuǎn)動軸系數(shù)，通常取值為1.2～1.8之間；I表示為直流電電流大小，計算單位為A；t 表示為設備的多種運行狀態(tài)；α表示為電樞狀態(tài)；f表示為電磁電流。通過控制設備運行狀態(tài)下周圍磁場的變化，可將直流電流轉(zhuǎn)換成可調(diào)速電流，將異步運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成等效坐標軸，依據(jù)傳統(tǒng)的直流電控制方法，獲得煉鋼廠除塵風機設備的電流控制權(quán)限，同時結(jié)合電流反變換狀態(tài)實現(xiàn)對發(fā)電機速度的調(diào)節(jié)控制[5]。同理，根據(jù)二者之間的解耦關(guān)系，可計算設備瞬間轉(zhuǎn)換運行狀態(tài)時的電流數(shù)值，在控制Iα的條件下，不影響If的數(shù)值。因此，對數(shù)據(jù)的矢量控制即是對運行狀態(tài)下不同形式電流的分解及重新組合，可實現(xiàn)有效的提升調(diào)速控制的動態(tài)化性能。

1.3 發(fā)電機軸速調(diào)整

根據(jù)上述進行的矢量數(shù)據(jù)控制分析，下述將調(diào)整除塵風機的發(fā)電機軸速，實現(xiàn)煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制方法的設計。首先進行異步驅(qū)動軸速的計算。計算公式如下所示。

如上述公式所示，為異步驅(qū)動軸速的計算公式，公式中，r表示為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下發(fā)電機周圍磁場的變化規(guī)律；f表示為煉鋼廠的供電電壓，計算單位為伏特；R表示為發(fā)電機的轉(zhuǎn)換差運行頻率，計算單位為次/s；60表示發(fā)電機的極對數(shù)。根據(jù)上述計算公式，改變f的數(shù)值可直接改變設備的運行轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)對設備軸速的控制。提升除塵風機的出風量，一方面可以提升工廠的供電電壓f，也稱開流調(diào)節(jié)，另一方面可通過控制風口的開關(guān)程度調(diào)節(jié)發(fā)電機的軸速，也稱節(jié)流調(diào)節(jié)，結(jié)合風機參數(shù)變化規(guī)律，不排除外界干擾因素，在滿足風量的前提條件下，可將風壓進行大幅度調(diào)整，降低風機效果面積與功率之間的比例，滿足動態(tài)化風速需求量，實現(xiàn)煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制方法的設計。

2 對比實驗

為了驗證本文設計的煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制方法的有效性，將其與傳統(tǒng)的調(diào)速控制方法對煉鋼廠除塵風機設備的調(diào)速耗能情況進行比較，設計了如下對比實驗，對比實驗流程如下：設置傳統(tǒng)調(diào)速控制方法為對照組，設置本文設計的方法為實驗組，為保證實驗結(jié)果的客觀性，選取同種類型的煉鋼廠除塵風機進行分別的調(diào)速控制，其它對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響的因素保持一致，收集5組實驗數(shù)據(jù)，將實驗過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行記錄，并通過分析得出對兩種方法檢測出的煉鋼廠除塵風機設備的運行功率，將實驗數(shù)據(jù)繪制成表格。如下表1所示。

表1 實驗組與對照組實驗結(jié)果對kW/h

由實驗及表1中數(shù)據(jù)可知，實驗組設備消耗的功率明顯低于對照消耗的功率。因此通過實驗證明了本文設計的煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制方法具有更高的實用性能，更具有實際的應用價值，因此應加大該方法在煉鋼廠除塵風機中的應用。

3 結(jié)語

文章開展了基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風機調(diào)控方法的研究，從調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差頻率、分析矢量控制數(shù)據(jù)、調(diào)整發(fā)電機軸速三個方面，進行煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制方法的詳細設計。并通過對比實驗的方式驗證了該方法具有一定的使用價值，盡管該方法的已經(jīng)在部分煉鋼廠開始逐步應用，但仍缺乏大量的實踐數(shù)據(jù)證明方法的有效性，在后期的發(fā)展中，將建立更加全面的數(shù)據(jù)管理機制用于存儲不同狀態(tài)下的設備運行狀態(tài)，為煉鋼廠除塵風機的調(diào)速控制提供更加有利的機制指導。