燒結主抽風機高壓變頻改造研究與應用

何倩

(常州鐵道高等職業技術學校,江蘇常州，213000)

1 燒結及主抽設備簡介

燒結是冶金企業前道工序的一個重要環節，燒結系統最核心、最大的耗能設備是主抽風機，消耗電能約占燒結廠的60%，同步電機拖動是大部分現有燒結主抽風機所采用的拖動方式。燒結生產過程將各種粉狀含鐵原料配入適量燃料和熔劑，加入適量的水，經混合和造球后在燒結設備上燒結成塊，生產中廣泛采用帶式抽風燒結機生產燒結礦。主抽風機的作用是通過煙道進行抽風，使燒結混合料自上而下充分燃燒，達到燒結目的，并將燒結過程產生的廢氣脫硫后由煙囪排出，2*180㎡燒結主抽風機系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 燒結主抽風機系統

2*180㎡燒結機于2011年12月份全面投產，改造前其主抽風系統風機電機為水電阻降壓啟動，工頻方式運行，通過調節風門控制流量，此方式存在諸多弊端：

（1）因每啟動一次風機，水電阻的水溫將會快速升高，導致阻值降低，如生產出現異常，系統無法實現多頻次啟動，直接制約生產。

（2）通過入口風門調節風量，把風量消耗在擋板上，造成能量損耗。

（3）風門擋板調節風量造成風門擋板前后壓差大，風門前的管道和風門擋板易磨損。

（4）電機全速運行，導致振動大、噪聲大、損耗大，軸承磨損嚴重；風門擋板采用執行電動機構驅動，需定期校驗風門開度，使用不便維護量大。

通過調研及分析，我們針對2*180㎡燒結實際情況，選用了安川超節能高壓FSDriv-MV1000型變頻器，每臺電機各配套一臺7600KVA變頻，10kV輸入/10kV輸出的驅動方案。因鋼鐵企業環境限制，不能采用常規的通風冷卻，故采用水冷空調強制散熱冷卻方式，使得室內外無空氣交換，以保證室內空氣清潔無過多金屬粉塵，確保變頻器運行可靠。

2 節能分析

實際工頻運行時電機消耗功率約為：

預測變頻改造后電機的消耗功率:根據風機的運行工藝特點，預測在變頻改造后，根據變頻狀態消耗電能的計算式“P2=（Q實/Q定）3*P/η變頻η電機”得出平均每小時消耗功率約為：P2=0.89^3×6300/0.96/0.9= 5140KW

變頻系統（含變壓器）本身電耗及冷卻空調電耗為P3=300KW

理論年（按340*24h計算）經濟效益（兩臺主抽風機）：

3 改造方案

3.1 改造理念

為了在最低成本、最短的時間內完成整體改造，不影響生產，保證原系統繼續運行，本著安全、可靠、優質的原則，我們在一次回路、配電系統、勵磁系統的設計、PLC系統的控制方案及高壓變頻器的通風散熱措施等制定了詳細的改造方案。

（1）系統范圍

主抽風機變頻調速控制及其油系統、風門控制等一套完整的設備，并保證對整個變頻系統設計、設備及使用的完整性負責,同時確保今后主抽系統有實現自動控制的條件。

（2）一次系統

電源系統是10KV，變頻系統按10KV設計，變頻器輸出采用10kV，兩臺風機可工作在同一方式，考慮主抽系統的重要性，確保主抽系統運行的可靠性，特設計冗余運行模式如下：

① 1#電機正常變頻模式

真空斷路器VCB12、14、16合閘，1#變頻器經VCB3合閘后受電，拖動1#電機正常運行。

②1#電機備用變頻運行模式

真空斷路器VCB11、13、15、19合閘，2#變頻器經VCB3合閘后受電，拖動1#電機備用變頻運行。

③?2#電機正常變頻運行模式

真空斷路器VCB13、15、18合閘，2#變頻器經VCB6合閘后受電，拖動2#電機正常變頻運行

④2#電機備用變頻運行模式

真空斷路器VCB11、12、14、17合閘，1#變頻器經VCB6合閘后受電，拖動2#電機備用變頻運行。

⑤1#電機工頻運行模式

真空斷路器VCB12、14、16合閘，1#變頻器經VCB3合閘后受電，拖動1#電機變頻啟動，當達到工頻切換條件時閉合119AH，分閘VCB3、12、14、16，1#電機工頻運行。

⑥1#電機備用工頻運行模式

真空斷路器VCB11、13、15、19合閘，2#變頻器經VCB3合閘后受電，拖動1#電機變頻啟動，當達到工頻切換條件時閉合119AH，分閘VCB3、11、13、15、19，1#電機工頻運行。

⑦2#電機工頻運行模式

真空斷路器VCB13、15、18合閘，2#變頻器經VCB6合閘后受電，拖動2#電機變頻啟動，當達到工頻切換條件時閉合217AH，分閘VCB6、13、15、18，2#電機工頻運行。

⑧2#電機備用工頻運行模式

真空斷路器VCB11、12、14、17合閘，1#變頻器經VCB6合閘后受電，拖動2#電機變頻啟動，當達到工頻切換條件時閉合217AH，分閘VCB6、11、12、14、17，2#電機工頻運行。

一次系統圖，如圖2所示。

圖2 一次系統圖

（3）啟動相關參數

在負載風門開度全開的工況下達到穩態速度，啟動電流不大于額定電流，且能滿足無啟動次數限制（克服原水電阻降壓啟動的缺陷）。啟動時間不大于360秒。

（4）運行要求

滿足風機在70%-100%額定轉速范圍內穩定運行，速度調節連續可調。

（5）系統主接線

采用高壓開關柜接變頻器直接拖動電機運行。

3.2 高壓變頻器(VFD)

經過綜合考慮選擇了FSDrive-MV1000系列超節能高壓變頻器。該系列變頻器為高-高結構，10KV直接輸出，不需要輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯移相式PWM方式。系統實行一體化設計，包括輸入干式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內部連線，只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。由于對電機沒有特殊要求，可利用普通異步電機且不必降額使用。變頻器具有軟起動功能，電機啟動沖擊引起的電網電壓下跌的問題得到改善，可確保電機長期安全運行。

3.3 同步電機勵磁系統

為了保證系統的可靠性，變頻改造后的系統必須存在變頻運行及工頻運行兩種運行方式，當電機處于工頻運行時與改造前的控制方式基本一致，而當電機處于變頻運行時，勵磁電流的大小將隨著變頻運行頻率的不同而發生變化，因此當出現變頻與工頻進行切換時需要對勵磁系統進行合理的控制，使之實現無擾切換。因此該項目中，更換了勵磁裝置，新的勵磁裝置具備變頻啟動工頻運行和變頻運行兩種模式。

3.4 系統的電氣保護更改

按此方案改造后，原有的電氣保護方案需要微調。在變頻運行時原電機配電柜的過流及接地保護用以保護變頻器輸入側，并根據變頻器特性以及系統保護等級調整保護值。原有的電機差動保護取消。運行電機的各類電氣電量保護由變頻器來負責。當變頻器需要維護、或者電機工頻運行，則將原保護方式以及保護值重新輸入。

3.5 PLC控制系統

為了與燒結主工藝PLC系統保持兼容性，主PLC系統選用了法國施耐德公司的高端產品，網絡采用了Modbus TCP/IP協議。

4 主抽風機變頻改造效果

提高了燒結礦成品率：變頻改造后，燒結主抽風機可以自動調速運行，從而實現了可根據生產需要平滑、穩定的調整風量，精確控制變頻運行頻率，保證燒結礦產量和質量。

減少設備維護，延長設備壽命，實現環保：變頻改造后，變頻正常運行時，風門全開，無需調整風門開度，使得風門維護量減少同時由于運行頻率的降低，避免電機在全速運行時產生振動大、噪聲大、損耗大以及軸承磨損嚴重的現象，延長設備使用壽命。節能效果顯著：變頻調速運行后，風門開度由改造前的70%左右開至100%，通過控制變頻器頻率控制風量，節能效果顯著。