施處良，朱紅莉

（1.中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 常州 213011；2.江蘇省電力公司 新聞中心，南京 210024）

電動(dòng)機(jī)是風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，是用電量大的耗電機(jī)械。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)測(cè)算，2011年，我國(guó)電動(dòng)機(jī)保有量約17億kW，總耗電量約3萬億kWh，占全社會(huì)總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用電量為2.6萬億kWh，約占工業(yè)用電的75%，節(jié)能潛力大。

1 項(xiàng)目建設(shè)背景

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司成立于2001年9月，經(jīng)歷10余年發(fā)展，企業(yè)總資產(chǎn)達(dá)500億元，年產(chǎn)鋼能力突破1 000萬t。集團(tuán)第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠有10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)，分別是第二燒結(jié)廠的2臺(tái)560 kW除塵風(fēng)機(jī)、1臺(tái)6300kW主抽風(fēng)機(jī)及第二煉鐵廠3臺(tái)1250 kW礦槽除塵風(fēng)機(jī)及2臺(tái)710 kW、2臺(tái)630 kW噴煤排粉風(fēng)機(jī)，10臺(tái)機(jī)械額定總功率達(dá)到13 850 kW。

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠的10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)依靠風(fēng)門調(diào)節(jié)，經(jīng)計(jì)量測(cè)算其實(shí)際運(yùn)行功率見表1，比較高壓電動(dòng)機(jī)功率可以看出10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)械實(shí)施節(jié)能改造后節(jié)電潛力很大。通過對(duì)10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，可節(jié)約電費(fèi)消耗，降低燒結(jié)、煉鐵生產(chǎn)工序能耗，達(dá)到降本增效目的。

表1 10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)械參數(shù)表kW

2 變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)原理

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)主要依靠出口風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，其實(shí)是改變管道中氣體阻力改變風(fēng)量，屬于典型的風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型，它滿足變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的工作特性關(guān)系。氣體由機(jī)械電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳輸，若機(jī)械的轉(zhuǎn)速不變，其特性曲線H-Q亦保持不變。當(dāng)風(fēng)門全開時(shí)，管阻特性曲線R1－Q與特性曲線H－Q相交于點(diǎn)A，風(fēng)量為Qa，風(fēng)機(jī)出口壓頭為Ha。若關(guān)小風(fēng)門，管阻特性曲線變?yōu)镽2－Q，它與特性曲線H－Q的交點(diǎn)移到點(diǎn)B，此時(shí)風(fēng)量為Qb，風(fēng)機(jī)出口壓頭升高到Hb，則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha，于是產(chǎn)生了陰影部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb，如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系曲線圖

若改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)機(jī)械管道中的風(fēng)量，實(shí)質(zhì)是節(jié)約了氣體的能量，從而改變了風(fēng)量。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的特性曲線Ha-q與管阻曲線交于A點(diǎn)（見圖2），風(fēng)量為Qa，壓頭為Ha。若機(jī)械轉(zhuǎn)速降低，特性曲線變?yōu)镠c－Q，它與管阻曲線R1-Q的交點(diǎn)將下移到C，風(fēng)量變?yōu)闉镼c。假設(shè)Qc的流量值是靠機(jī)械的風(fēng)門開度來控制達(dá)到的，則與管阻曲線R2－Q的交點(diǎn)將上升到B點(diǎn)。與風(fēng)門控制方式相比，其節(jié)省的能量為：P＝（Hb－Hc）×Qb（或Qc）。

圖2 風(fēng)機(jī)揚(yáng)程與風(fēng)量關(guān)系曲線圖

將調(diào)節(jié)風(fēng)門和調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速這2種方法比較可見，在風(fēng)量相同的情況下，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速避免了風(fēng)門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的電能損失。在風(fēng)量減小時(shí)，轉(zhuǎn)速控制使壓頭大幅降低，所以它只需一個(gè)比風(fēng)門控制小得多的壓頭就滿足機(jī)械運(yùn)行工況參數(shù)，而且節(jié)省電量，這也就是變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的原理。

3 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

對(duì)第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)械進(jìn)行節(jié)電技改的可行性認(rèn)證，并對(duì)10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)電效益評(píng)審，在認(rèn)證確認(rèn)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)風(fēng)機(jī)單獨(dú)安裝電能表、計(jì)時(shí)器等計(jì)量器具，以確定耗電風(fēng)機(jī)技改前的小時(shí)用電量。集團(tuán)投入1 054萬元引進(jìn)10臺(tái)日本安川FSDrive-MV1000系列變頻器（型號(hào)：CIMR-MV2BH5HD）及旁路柜、勵(lì)磁柜、PLC柜等配套設(shè)施，重新建設(shè)變頻器電氣室，敷設(shè)高壓電纜、動(dòng)力電纜、信號(hào)電纜等機(jī)械通信設(shè)備，對(duì)第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，更改集散控制系統(tǒng)（DCS）程序，采用變頻模式控制電動(dòng)機(jī)及負(fù)載。同時(shí)為保證變頻器設(shè)備在合適溫度環(huán)境中高效運(yùn)行，在變頻器電氣室內(nèi)安裝了空調(diào)制冷設(shè)備等措施。經(jīng)過前期10臺(tái)高壓耗電機(jī)械用電量的跟蹤測(cè)算，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓耗電機(jī)械節(jié)電效果達(dá)到了前期預(yù)期目標(biāo)。

4 項(xiàng)目節(jié)能效益及社會(huì)效益

改造后，通過每月對(duì)安裝的電能表和計(jì)時(shí)器進(jìn)行抄表，及時(shí)跟蹤節(jié)電運(yùn)行情況，將改造后10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)的小時(shí)耗電量與電動(dòng)機(jī)技改前的小時(shí)耗電量進(jìn)行比較和測(cè)算，獲得10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)械的節(jié)電率，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)年節(jié)電量。

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)實(shí)施技改前后的耗電量、節(jié)電率和年節(jié)電量數(shù)據(jù)見表2。

從表2中可以看出，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，平均節(jié)電率達(dá)40%，其中第二煉鐵廠9號(hào)高爐排粉風(fēng)機(jī)、石灰窯排粉風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)電率超過60%。節(jié)電率高的原因主要有2方面：一是變頻器設(shè)備選型好。運(yùn)用日本安川先進(jìn)的FSDrive-MV1000進(jìn)口變頻器設(shè)備，安全、高效、節(jié)能、穩(wěn)定；二是加強(qiáng)變頻器設(shè)備日常運(yùn)行與維護(hù)管理。安排專人定期對(duì)變頻器設(shè)備進(jìn)行巡檢，遇到異常情況及時(shí)反饋信息，分析原因，使變頻器設(shè)備始終穩(wěn)定高效運(yùn)行。第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓耗電機(jī)械實(shí)施節(jié)電改造后年可節(jié)約電量1 970.63萬kWh，按電力折標(biāo)系數(shù)3.3 tce/萬kWh核算，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 503.1 tce，減排CO21.62萬t/年、SO2107.3 t/年，該項(xiàng)目獲得直接經(jīng)濟(jì)收益1 048.3萬元/年。

表2 節(jié)電改造前后的耗電量、節(jié)電率和節(jié)電量數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司引進(jìn)國(guó)家鼓勵(lì)的節(jié)能技術(shù)——變頻節(jié)能技術(shù)，運(yùn)用日本安川的先進(jìn)的FSDrive-MV1000、型號(hào)為CIMR-MV2BH5HD的變頻節(jié)能技術(shù)和設(shè)備實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，取得了明顯的節(jié)電效益。下一步，在總結(jié)第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)實(shí)施變頻改造取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，公司繼續(xù)使用安川FSDrive-MV1000變頻節(jié)能設(shè)備對(duì)公司高耗電的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，在公司全面推廣使用，降低生產(chǎn)工序能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高能源利用效率。

[1]孫傳森.變頻器技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.