變頻節(jié)能技術(shù)在高爐除塵風機的應用

張 濤

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北承德 067002）

0 引言

河鋼承鋼煉鐵事業(yè)部3#高爐有一次和二次兩個爐前除塵系統(tǒng)，擔負著該高爐爐前鐵口、鐵溝及渣溝的粉塵、二氧化硫氣體等煙氣的收集及過濾作用。爐前除塵系統(tǒng)屬于布袋除塵，依靠除塵風機吸風產(chǎn)生的負壓將粉塵、二氧化硫氣體等煙氣收集到布袋，收集到粉倉內(nèi)，實現(xiàn)除塵。原設(shè)計這套風機通過高壓軟起啟動高壓電機再通過調(diào)速型力偶合器來調(diào)節(jié)風機速度，高壓電機始終處于全速滿負荷運行，而實際風機不需要最大滿負荷下運行（主要集中在高爐鐵口開口和堵鐵口這兩個時段），大部分時間運行在2轅3 額定負荷段上。這樣，爐前除塵系統(tǒng)高壓電機處于全速滿負荷運行，而通過調(diào)速型力偶合器對風機轉(zhuǎn)速進行微量調(diào)整，產(chǎn)生的多余風量被浪費掉。為此在負荷變小的情況下，需要減小風機風量同時降低高壓電機轉(zhuǎn)速，節(jié)省電能，避免高爐在冶煉鐵水生產(chǎn)中能源的浪費以及生產(chǎn)成本的上升。

雖然早期已經(jīng)設(shè)計應用調(diào)速型液力偶合器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，有一定的節(jié)能效果；但是其調(diào)速性較差，始終存在轉(zhuǎn)差率，有轉(zhuǎn)差功率損失；輸出轉(zhuǎn)速始終低于輸入轉(zhuǎn)速，且輸出轉(zhuǎn)速不準確；需要附加冷卻系統(tǒng)，增加投資費用和運行費用，使用中冷卻系統(tǒng)頻繁故障，加大維護力度；調(diào)速范圍相對較窄。為此，對該爐前除塵系統(tǒng)進行變頻技術(shù)改造，有很多節(jié)能的空間，能夠在滿足高爐除塵環(huán)保的同時，取得更好的經(jīng)濟效益，節(jié)約更多的電能。

1 變頻器結(jié)構(gòu)

變頻器是一種交流電機控制裝置，其將電壓及頻率恒定的電源轉(zhuǎn)換為電壓及頻率可變的電源。其控制對象為通用交流電機。通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)：整流器，中間直流環(huán)節(jié)，逆變器，控制電路；變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

2 高壓電機變頻調(diào)速節(jié)能原理

高壓電機變頻節(jié)能用于風機調(diào)速的案例較多。風機定律由風機的相似關(guān)系總結(jié)出來，轉(zhuǎn)速n 與風量Q、壓力P、功率N 之間的相互關(guān)系為：

（1）風量比關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2，風量變化與電機轉(zhuǎn)速比的一次方成正比關(guān)系。

（2）風壓比關(guān)系：P1/P2=（n1/n2）2，風壓變化與電機轉(zhuǎn)速比的二次方成正比關(guān)系.

（3）軸功率比關(guān)系：N1/N2=（n1/n2）3，功率變化與電機轉(zhuǎn)速比的三次方成正比關(guān)系。

所以，轉(zhuǎn)速適當調(diào)低，電機功率也將同步降低，同時電機的電能消耗也將降低，這就是變頻調(diào)速的節(jié)能原理。

3 高壓變頻節(jié)能的特點

變頻調(diào)速通過改變電動機工作電源頻率實現(xiàn)改變電機轉(zhuǎn)速的目的，綜合效率較高，是一種高效調(diào)速系統(tǒng)。電機變頻調(diào)速特點如下：

（1）電機綜合效率較高，電機跟隨風機降速后，電流降低，發(fā)熱量降低，最終電機能耗低。

（2）對電機及負載機械實現(xiàn)真正的軟啟動，解決了啟動瞬間電流沖擊問題，實現(xiàn)無級調(diào)速且精度高范圍廣。

（3）與液力偶合器調(diào)速等相比，變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，維護量小，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)差率損耗。

（4）安全連鎖功能齊全，具有超溫過熱、限流、限壓，失速、減速再啟動、接地保護，并具有故障記錄和運行記錄及報警顯示，能夠與PLC 系統(tǒng)通信鏈接實現(xiàn)遠程監(jiān)控遠程控制。

（5）智能化水平較高，可以根據(jù)PLC 系統(tǒng)發(fā)出的指令，實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，同時接受反饋信號可以直接閉環(huán)運行，調(diào)速精度高，滿足工藝控制要求。

由此得知，用于風機調(diào)速最高效最節(jié)能的方式是變頻調(diào)速。

4 實施方案

4.1 變頻器的選型

公司在變頻器的選型考察上看中品牌的影響力，經(jīng)過慎重考慮，選擇西門子完美無諧波GEN 系統(tǒng)3 高壓變頻器。

4.2 變頻器工作原理

根據(jù)高爐爐前除塵的重要性，采用的變頻控制為一拖一方案，即1 臺變頻器拖動1 臺風機電機。當電機需調(diào)速運行時，首先通過合隔離開關(guān)（QSl、QS2）將變頻器投入到高壓回路，而后合真空斷路器（QF）使變頻器得電并啟動變頻器以驅(qū)動電機，電機通過聯(lián)軸器直接連接除塵風機，而不再通過調(diào)速型液力耦合器這個中間環(huán)節(jié)連接。接線如圖2所示。

圖2 變頻器連接圖

5 改造效果

5.1 簡化工藝效果

在原來的調(diào)速型液力耦合器調(diào)速時，需要將風機風門開度為零和耦合器開度為零后啟動電機，待電機電流穩(wěn)定后再開啟風門然后調(diào)節(jié)液力耦合器到相應的轉(zhuǎn)速，操作相當復雜。變頻改造后，通過調(diào)整變頻器的頻率完成低速到高速的啟動，運行中的根據(jù)實際需要對風機的調(diào)速，操作非常簡單方便，調(diào)速非常準確快捷。

5.2 優(yōu)化設(shè)備效果

采用高壓變頻器取代高壓軟啟動器和調(diào)速型液力耦合器后，不但實現(xiàn)風機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)而且電機速度也可調(diào)低，同時風機控制系統(tǒng)設(shè)備簡單可靠；另外啟動時的緩慢升速過程也使整套風機機械設(shè)備的零部件、密封和軸承等的使用壽命大大延長。最主要的是不用液力耦合器調(diào)速，大大減少機械故障，同時降低了檢修工作強度和維護量。

5.3 節(jié)電效果

進行高壓變頻調(diào)速改造后，最重要的是獲得重大的節(jié)電效果。改造前電機電流為176 A；改造后電機電流為130 A 以下甚至更低。風機年總用電量分析：將高爐一二次除塵風機變頻改造投入運行成功后，年節(jié)電量如表1 所示：

表1 變頻前后對照表

2 臺除塵風機經(jīng)過變頻改造后，年節(jié)約用電量為1383.9 萬kW·h，節(jié)電率平均約為32豫。

6 結(jié)語

高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在除塵風機上的應用，是鋼鐵企業(yè)節(jié)能增效的新亮點、新途徑，對于節(jié)約電能、降低維護費用、簡化工藝操作步驟而言效果非常明顯，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。