陳建國(guó)

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司生產(chǎn)制造部，湖南 衡陽 421001）

高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

陳建國(guó)

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司生產(chǎn)制造部，湖南 衡陽 421001）

高壓變頻器在鋼鐵企業(yè)高壓風(fēng)機(jī)、水泵有了大量的應(yīng)用，給鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。2011年9月湖南衡陽華菱鋼管有限公司煉鐵分廠4臺(tái)高壓除塵風(fēng)機(jī)采用了高壓變頻器，同時(shí)改進(jìn)了控制方式，降低了除塵風(fēng)道漏風(fēng)率，取得了顯著節(jié)能效果和社會(huì)效益。

高壓變頻器；除塵風(fēng)機(jī)；節(jié)能

1 高壓風(fēng)機(jī)配置及其運(yùn)行存在的問題

1.1 4臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)銘牌及運(yùn)行參數(shù)（見表1）

1.2 4臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的問題

1）出鐵場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的問題

（1）高爐在生產(chǎn)過程中，出鐵場(chǎng)產(chǎn)生大量的煙塵，污染環(huán)境，根據(jù)國(guó)家法規(guī)，需要除塵處理。除塵風(fēng)機(jī)是一個(gè)間隙性的工作制度，即高爐出鐵時(shí)高速使用，不出鐵時(shí)低速使用。

圖1 高爐煉鐵出鐵場(chǎng)工藝周期圖

圖1中，A到B、E到F為高爐冶煉時(shí)間；B到C、F到G為升速時(shí)間，可以調(diào)節(jié)；C到D、G到H為高爐出鐵時(shí)間；D到E、H到I為減速時(shí)間，可以調(diào)節(jié)。

每次高爐出鐵時(shí)間約1h，為高速段；高爐冶煉時(shí)間約25min，為低速段。

出鐵場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)高低速調(diào)速采用液力耦合器，這種調(diào)速方式存在以下弊端：①液力偶合器靠油量和負(fù)荷的拉動(dòng)調(diào)速，調(diào)速精度低，線性度差，升減速響應(yīng)慢；②液力偶合器本身包含油路，水路等多套系統(tǒng)，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停機(jī)維修，無法切換至工頻旁路運(yùn)行，造成設(shè)備停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要；③電動(dòng)機(jī)的效率低，損耗大，低速運(yùn)行時(shí)，效率極低，有近 3/4的能量被浪費(fèi)。

（2）高低速之間的控制一般采取電話聯(lián)系的方式，即由中控室操作人員電話聯(lián)系除塵值班室值班人員進(jìn)行高低速調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在通知不及時(shí)、不調(diào)速、高速長(zhǎng)期運(yùn)行（特別是晚上）等問題，耗費(fèi)能源。

2）礦焦槽除塵、機(jī)尾配料和整粒除塵風(fēng)機(jī)

（1）在生產(chǎn)過程中常常需要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況不斷調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、負(fù)壓等風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，使之滿足生產(chǎn)。以上3臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)均采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方式調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，這種調(diào)節(jié)方式是最原始的調(diào)節(jié)方法，僅僅是改變通道的流通阻力，其開合度大小不與流量成比例，從而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率并沒有改變，浪費(fèi)了大量電能，而且風(fēng)門調(diào)節(jié)人工操作控制精度差、無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，容易誤操作，且設(shè)備使用效率不高，不能充分滿足工藝要求。

表1

（2）以上3臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)道都存在不同程度的漏風(fēng)情況，無用負(fù)荷增大，提高了能耗。

2 4臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)節(jié)能改造采取的措施

2.1 高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)

1）高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介

采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)以上4臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，改造后正常生產(chǎn)時(shí)4臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)門全部打開，通過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)整輸入給高壓風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率來滿足正常生產(chǎn)，同時(shí)節(jié)約電能；高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程控制通過設(shè)置在4臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)相關(guān)除塵值班室的上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)；就地控制通過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制柜上的的操作屏來實(shí)現(xiàn)。

4套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路均設(shè)置一拖一手動(dòng)旁路方式，當(dāng)高壓變頻器退出工作時(shí)，可手動(dòng)切換到旁路工頻系統(tǒng)，不影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2）高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能原理

采用變頻調(diào)速時(shí)（以平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載風(fēng)機(jī)為例），可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)流體力學(xué)定律，變速前后風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為

即流量與轉(zhuǎn)速成正比；壓力與轉(zhuǎn)速成平方比；功率與轉(zhuǎn)速成立方比。

Q1、H1、P1為設(shè)備在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率；Q2、H2、P2為設(shè)備在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似工況條件下的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率。

圖2 離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖

風(fēng)機(jī)在管路特性曲R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)所需的功率正比于 H1與 Q1的乘積，即正比于 AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量到Q2，實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓增大到 H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)所需的功率正比 H2Q2的面積，即近比廣 BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能。

若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由 A點(diǎn)移到 C點(diǎn)，流量仍是 Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

2.2 漏風(fēng)處理

針對(duì)礦焦槽系統(tǒng)卸灰口密封不嚴(yán)、機(jī)尾配料除塵和整粒除塵風(fēng)道管道破損等問題，由煉鐵分廠組織進(jìn)行全面檢查，實(shí)施閥門密封和管道焊接、更換，大大降低了漏風(fēng)率。

2.3 針對(duì)出鐵場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)定制的其他措施

1）定制高壓變頻器，具備功率單元自動(dòng)旁路功能

功率單元自動(dòng)旁路功能：成套裝置每相高壓逆變輸出由各功率單元箱的輸出移相串聯(lián)疊加而形成，當(dāng)功率單元內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)可自動(dòng)將該功率單元旁路，每相剩余功率單元繼續(xù)運(yùn)行，一般變頻運(yùn)行情況下負(fù)載無需降額運(yùn)行。旁路過程中無需人為操作，由系統(tǒng)自動(dòng)完成，這樣就保證了三相電壓、電流平衡，保證高壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2）高壓變頻節(jié)能改造后正常運(yùn)行3個(gè)月后拆除液力耦合器。

3）采用半自動(dòng)控制方式調(diào)整高壓變頻器高低速

在高爐出鐵平臺(tái)安裝監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)兩個(gè)出鐵口的開炮機(jī)、堵口機(jī)的動(dòng)作及出鐵口鐵水情況進(jìn)行監(jiān)控，在除塵值班室設(shè)置監(jiān)控電腦，值班人員通過監(jiān)控電腦里面的情況，在上位機(jī)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制高低速。

2.4 其他亮點(diǎn)措施

1）機(jī)房通風(fēng)散熱既確保效果又運(yùn)行經(jīng)濟(jì)

通風(fēng)散熱和防塵是影響高壓變頻器使用壽命的重要方面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本，采取風(fēng)道開放式冷卻和空調(diào)式冷卻相結(jié)合的冷卻方案，基本保證機(jī)房無負(fù)壓：夏季環(huán)境溫度高時(shí)采用風(fēng)道加空調(diào)輔助冷卻，其他季節(jié)采用風(fēng)道冷卻。

其中進(jìn)風(fēng)口距離地面50cm，位置正對(duì)需散熱風(fēng)量最大的功率單元柜和變壓器柜，進(jìn)風(fēng)口采用雙層過濾網(wǎng)，盡可能防止灰塵進(jìn)入機(jī)房。

圖3 機(jī)房平面布置圖

2）每套高壓變頻器備置一塊功率單元模塊。

3 實(shí)施效果

運(yùn)行半年來，節(jié)能效果和社會(huì)效益非常明顯，以2012年2月份單月為例：4臺(tái)風(fēng)機(jī)共節(jié)約718451kW·h，折合節(jié)約標(biāo)煤246t。節(jié)能設(shè)備運(yùn)行情況良好，機(jī)房溫度低，灰塵較少。見表2。

表2

4 結(jié)論

高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在衡鋼煉鐵分廠應(yīng)用取得了成功，不僅節(jié)省了大量的電能，帶來明顯的社會(huì)效益，而且?guī)砹酥庇^的間接效益，如于變頻調(diào)速系統(tǒng)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量從而改善了工藝、實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、功率因數(shù)提高到0.98以上、降低設(shè)備的維修成本和降低廠房設(shè)備噪聲污染、消除諧波和優(yōu)化電能質(zhì)量等。目前衡鋼其他分廠就高壓風(fēng)機(jī)、水泵正在進(jìn)行高壓變頻調(diào)速節(jié)能方案設(shè)計(jì)，高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)將會(huì)給衡鋼節(jié)能減排工作作出更大的貢獻(xiàn)。

[1] 曹承志.電機(jī)拖動(dòng)與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2] 郭立君,何川.泵與風(fēng)機(jī)[M].3版.北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[3] 鐘明振,趙相濱.高壓變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[4] 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè),2011.

陳建國(guó)（1964-），男，電氣工程師，現(xiàn)從事能源管理工作。

行業(yè)觀察