阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應(yīng)用

一.前言

      改革開(kāi)往以來(lái),我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,但是能源工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要,而且相當(dāng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)能源缺口的狀態(tài)不會(huì)改觀,因此國(guó)家以開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重的能源政策為主.尤其以節(jié)約寶貴的二次能源---電能為主.我國(guó)電能最大的用戶(hù)是電機(jī),約占50%,其中風(fēng)機(jī)水泵的耗電占全部電能的30%.傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)水泵的風(fēng)量,水量的調(diào)節(jié)是靠風(fēng)門(mén),節(jié)流閥的調(diào)節(jié).當(dāng)風(fēng)量,水量的需要減少時(shí),風(fēng)門(mén),閥的開(kāi)度減少,當(dāng)風(fēng)量,水量的需要增加時(shí),風(fēng)門(mén),閥的開(kāi)度增加,這種調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)單易行,已成習(xí)慣,但它是以增加管網(wǎng)損耗,耗費(fèi)大量能源在風(fēng)門(mén),閥上為代價(jià)的.并且通常在設(shè)計(jì)中,用戶(hù)風(fēng)機(jī)水泵的設(shè)計(jì)容量都要比實(shí)際需要高出很多,這樣容易形成人們常說(shuō)的"大馬拉小車(chē)"的現(xiàn)象,造成電能的大量浪費(fèi).

      昆鋼股份有限公司在國(guó)家不斷完美市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制,加快改革開(kāi)放和西部大開(kāi)發(fā)的大好形式下,抓住機(jī)遇,加速發(fā)展,廣泛吸收國(guó)內(nèi)個(gè)優(yōu)秀鋼鐵企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu),大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,節(jié)能降耗,清潔生產(chǎn)等工作,使鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng),在現(xiàn)代化,節(jié)約化,高效化的工業(yè)進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)的飛躍,為實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,為國(guó)家節(jié)能環(huán)保事業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn),如果采用調(diào)節(jié)速度的方式來(lái)調(diào)節(jié)流量,就可以從根本防止電能的浪費(fèi),近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越成熟,因此推廣變頻調(diào)速,在風(fēng)機(jī),水泵類(lèi)設(shè)備上的應(yīng)用,對(duì)于減少能源浪費(fèi)具有重要意義.

二.項(xiàng)目概況

      2005年隨著昆鋼改擴(kuò)建項(xiàng)目的先后投產(chǎn),昆鋼的生產(chǎn)規(guī)模更加上了一個(gè)新的臺(tái)階,用電量也將大幅度增加.針對(duì)目前電力供應(yīng)緊張的局面,為滿足昆鋼不斷增長(zhǎng)的生產(chǎn),生活用電的需要,昆鋼在取得"綠色照明"改造等節(jié)電成果的基礎(chǔ)上,對(duì)老系統(tǒng),老設(shè)備將再積極探索推廣使用變頻節(jié)能產(chǎn)品,進(jìn)一步提高設(shè)備的電能利用效率,力求在節(jié)約資源,降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,保護(hù)環(huán)境上取得新的突破,

      昆鋼股份有限公司二號(hào)三號(hào)高爐始建于上世紀(jì)八十年代,設(shè)備幾經(jīng)改造,其中變頻器應(yīng)用在300立方米高爐上的熱風(fēng)爐助燃鼓風(fēng)機(jī)上,電機(jī)參數(shù)如下:

三.生產(chǎn)工藝流程

1.工藝簡(jiǎn)圖如下圖:

2.運(yùn)行簡(jiǎn)況

      煉鐵廠二號(hào),三號(hào)高爐熱風(fēng)助燃風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一對(duì)一無(wú)備用,風(fēng)機(jī)為24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行.在熱風(fēng)爐出口設(shè)有放空閥,用于調(diào)節(jié)供給高爐熱風(fēng)的壓力和流量,壓力一般控制在5.0--5.4KPA.兩座高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)均通過(guò)調(diào)節(jié)放空閥的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制,故系統(tǒng)效率低,功耗大,電能浪費(fèi)嚴(yán)重,由于生產(chǎn)正常時(shí)要求持續(xù),穩(wěn)定的供風(fēng),因此風(fēng)量,風(fēng)壓變化不大,此時(shí)可通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)消除節(jié)流損失,同時(shí)提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率,雖然由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的下降會(huì)使其運(yùn)行效率降低,但因風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率的下降幅度很大,電動(dòng)機(jī)的損耗也有所減少,最終使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率大幅下降,從而達(dá)到節(jié)電的目的.

3.因兩座高爐的工況不同,以2號(hào)高爐熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)為例,高爐在正常煉鐵生產(chǎn) 時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件有限,只對(duì)電機(jī)進(jìn)行了測(cè)試.

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù): 風(fēng)機(jī)電機(jī)的平均功率P=200.98KW

測(cè)試工況:風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行,進(jìn)口風(fēng)門(mén)開(kāi)度約85%,放空閥開(kāi)度約5%,熱風(fēng)壓力5.2KPA

四.改造方案:

1.變速調(diào)速原理:

按照電機(jī)學(xué)的基本原理,電機(jī)的轉(zhuǎn)速原理滿足如下關(guān)系式:

n=(1-s)60f/p

式中:P-電機(jī)極對(duì)數(shù), F-電機(jī)運(yùn)行頻率,S--轉(zhuǎn)差.

      從式中看出,電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N1正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率N,由于轉(zhuǎn)差S一般情況下比較小<0.05,電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速N約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N1,所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率F,就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速.

而改變頻率必須供電電壓,由交流電機(jī)成產(chǎn)的電磁關(guān)系:

E=4.44fwØ

式中:E--電機(jī)電動(dòng)勢(shì), F-定子頻率, W--繞數(shù)系數(shù),Ø-氣隙主磁通.

      對(duì)異頻電機(jī)調(diào)速時(shí),希望主磁通Ø恒定,就U/F曲線保持恒定,所以改變頻率時(shí),供電電壓也跟著變化,

2. 風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)電原理:

      由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部流體的復(fù)雜,單憑理論不能精確算出它們的性能,只能依靠流體力學(xué)中的相似理論,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬手段來(lái)計(jì)算風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況.把相似定律應(yīng)用于不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同一臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí),就可以得到下式:當(dāng)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,其轉(zhuǎn)速 n 流量Q 壓力(揚(yáng)程)H,軸功率P的關(guān)系為:

      從上式可以看出,流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,所以降低轉(zhuǎn)速可以大幅度減少耗電量,風(fēng)機(jī)的節(jié)電原理就是用調(diào)速裝置來(lái)代替風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)流量,減少節(jié)流損失,節(jié)約電能,風(fēng)機(jī)是用來(lái)傳送氣體的機(jī)械設(shè)備,風(fēng)機(jī)是把電動(dòng)機(jī)的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械的一種機(jī)械,它們的壓力矩都較小,負(fù)載輕,具有很大節(jié)能潛力.

3.改造方式:

      兩座高爐熱風(fēng)助燃風(fēng)機(jī)目前通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度及放空閥開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié),由人工在控制室根據(jù)風(fēng)量需求在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)或在電機(jī)旁現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào),改造方案在采用變頻器后保持進(jìn)風(fēng)閥全開(kāi),放空閥全關(guān),根據(jù)風(fēng)壓和流量遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)可隨時(shí)隨意改變鼓風(fēng)量,以適應(yīng)高爐生產(chǎn)的變化,保持風(fēng)機(jī)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,達(dá)到穩(wěn)定控制,方便操作,節(jié)約能源的目的.

      為了保證系統(tǒng)的可靠性,兩臺(tái)風(fēng)機(jī)均采用一臺(tái)阿爾法變頻器一拖一的控制方式,控制回路上設(shè)計(jì)工頻運(yùn)行切換選擇,工/變頻選擇由人工切換操作,實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐風(fēng)機(jī)或變頻運(yùn)行,保留原控制系統(tǒng)和控制設(shè)備,調(diào)速控制均采用集中和遠(yuǎn)程兩地操作,沿用現(xiàn)有的PLC計(jì)算機(jī)系統(tǒng),利用現(xiàn)有的PLC模塊備用I/O點(diǎn),通過(guò)在燃控計(jì)算控制系統(tǒng)修改程序增加鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速操作功能和變頻器輸出頻率,輸出電流顯示功能. 

四.運(yùn)行節(jié)電效果分析:

以二號(hào)高爐熱風(fēng)爐風(fēng)機(jī)為例:

平均節(jié)電率達(dá)27%以上,約一年半就能回收成本.

五,應(yīng)用變頻器產(chǎn)生的其它效果:

1. 維護(hù)量減少

      采用變頻調(diào)整后無(wú)論哪種工作條件,隨時(shí)可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作,由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件的壽命,同時(shí)極大地減輕了對(duì)管道的沖擊,節(jié)約大量的維護(hù)費(fèi)用,

2.減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊

      采用變頻器后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流,啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng),對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊,減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷,有效地延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命,

3.改善了工作環(huán)境

      在滿足于生產(chǎn)工藝要求下,通過(guò)降低了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低了風(fēng)機(jī)的燥音,風(fēng)機(jī)燥音降低相當(dāng)明顯,大大改善了員工的工作環(huán)境.