摘要：本文介紹了風(fēng)光高壓變頻器在包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司球團(tuán)環(huán)冷風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，采用高壓變頻器對(duì)球團(tuán)廠環(huán)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，節(jié)能效果是明顯的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器球團(tuán)環(huán)冷風(fēng)機(jī)節(jié)能

Abstract:ThispaperdescribestheapplicationoftheFengguangbrandhighvoltageinverteronthepelletringcoolerinBaogangGroupGUYANGminingcompany.On-siteoperationshowthatthehigh-voltageinverterforpelletplantforspeedringcoolerenergyefficiency,energy-savingeffectisobvious.

Keywords:High-voltageinverterPelletRingcoolerEnergy

1引言

包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司是包頭鋼鐵集團(tuán)的一個(gè)全資子公司，主要產(chǎn)品有鐵精礦、白云石及矽石，鐵精礦年產(chǎn)量為22萬(wàn)t，白云石年產(chǎn)量為100萬(wàn)t，矽石年產(chǎn)量為10萬(wàn)t。在職職工人數(shù)1200人。

按照包鋼集團(tuán)“十二五”規(guī)劃精神及包頭市固陽(yáng)縣人民政府與包鋼集團(tuán)簽訂的《關(guān)于在固陽(yáng)地區(qū)新建球團(tuán)加工廠項(xiàng)目合作框架協(xié)議》，決定在固陽(yáng)金山開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)年產(chǎn)360萬(wàn)t球團(tuán)生產(chǎn)線，一期建設(shè)1條240萬(wàn)t/a鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線及配套設(shè)施。在建設(shè)球團(tuán)工程的同時(shí)建設(shè)相配套的鐵精礦再磨再選工程。生產(chǎn)的球團(tuán)礦采用汽車運(yùn)輸?shù)姆绞剿椭涟摗?/p>

2球團(tuán)生產(chǎn)工藝介紹

貧礦經(jīng)過(guò)選礦后的精礦粉和富礦加工過(guò)程中產(chǎn)生的富礦粉不能直接進(jìn)入高爐冶煉，必須重新造成塊。常用的造塊方法有燒結(jié)和球團(tuán)。在粉狀鐵物料中配入相當(dāng)數(shù)量的容積和燃料，在燒結(jié)機(jī)上點(diǎn)火燃燒，借助燃料燃燒的高溫作用產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，把其他未熔化的燒結(jié)料顆粒粘接起來(lái)，冷卻后成為多空質(zhì)塊礦。球團(tuán)生產(chǎn)是使用不宜燒結(jié)的精礦粉和其他含鐵粉料造塊的一種方法。

球團(tuán)生產(chǎn)大致分為3步：

首先，將細(xì)磨精礦粉、熔劑、燃料和黏結(jié)劑（皂土等）原料進(jìn)行配料、混合；其次，在造球機(jī)上加適當(dāng)?shù)乃?，滾成10～15mm的生球；再次，

生球在高溫焙燒機(jī)上進(jìn)行高溫焙燒，焙燒好的球團(tuán)礦經(jīng)過(guò)冷卻、破碎、篩分，得到成品球團(tuán)礦。

固陽(yáng)礦山公司球團(tuán)的焙燒設(shè)備采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯方式。其工藝流程如圖1所示。

圖1鏈回環(huán)系統(tǒng)

球團(tuán)在連回環(huán)系統(tǒng)上走的過(guò)程：鼓干風(fēng)機(jī)-南北回?zé)犸L(fēng)機(jī)-預(yù)熱1段-預(yù)熱2段-回轉(zhuǎn)窯-1號(hào)環(huán)冷-2號(hào)環(huán)冷-3號(hào)環(huán)冷-4號(hào)環(huán)冷。

生球干燥與預(yù)熱在鏈箅機(jī)上完成。干燥預(yù)熱分為鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱I段和預(yù)熱II段。

球團(tuán)首選經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)干風(fēng)機(jī)抽取干燥氣流進(jìn)行干燥，除去生球的物理水。把球團(tuán)加熱到250℃，鼓風(fēng)干燥段用熱氣流是來(lái)自環(huán)冷機(jī)第三冷卻段熱廢氣。然后在經(jīng)過(guò)南北回?zé)犸L(fēng)機(jī)把預(yù)熱II段近400℃的熱廢氣對(duì)料層進(jìn)行干燥，使生球脫水、干燥、升溫，并可以承受預(yù)熱I段650℃以上溫度。抽風(fēng)干燥段后進(jìn)入預(yù)熱1段在預(yù)熱I段650℃以上的熱氣流通過(guò)料層使生球繼續(xù)干燥，并開(kāi)始氧化，以保證球團(tuán)在預(yù)熱II段可以承受1000℃以上高溫。預(yù)熱I段主要熱源為來(lái)自環(huán)冷機(jī)二冷段的熱廢氣，從預(yù)熱I段風(fēng)箱抽出的熱廢氣與從抽風(fēng)干燥段風(fēng)箱抽出的熱廢氣一起，經(jīng)主電除塵器除塵凈化后由主抽風(fēng)機(jī)再經(jīng)煙囪排入大氣。在預(yù)熱II段，球團(tuán)進(jìn)行氧化和加熱，并完成部分固結(jié)硬化，使球團(tuán)有一定強(qiáng)度，能經(jīng)受由鏈箅機(jī)落到回轉(zhuǎn)窯時(shí)的沖擊，在回轉(zhuǎn)窯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不致破碎。其熱源來(lái)自窯尾約1050℃熱氣流。經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯排出的球團(tuán)礦溫度約1250℃，經(jīng)過(guò)窯頭罩固定篩，將大塊篩出后，通過(guò)環(huán)冷機(jī)受料斗均勻布在環(huán)冷機(jī)臺(tái)車上，首選經(jīng)過(guò)一號(hào)環(huán)冷段近1050℃熱氣流通過(guò)受料斗上部窯頭罩和平行管道直接入窯作二次風(fēng)，提高窯內(nèi)氣氛溫度。二號(hào)環(huán)冷段近700℃熱氣流通過(guò)熱風(fēng)管直接引入鏈箅機(jī)預(yù)熱I段作為熱源。三號(hào)環(huán)冷段約300～350℃低溫風(fēng)被送至鏈箅機(jī)鼓風(fēng)干燥段作為熱源。四號(hào)環(huán)冷段約100℃廢氣通過(guò)環(huán)冷機(jī)上煙囪排放。

3環(huán)冷風(fēng)機(jī)改造的必要性

環(huán)冷風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量，在滿足回?zé)犸L(fēng)回?zé)崃康那疤嵯聦⒊善非蚶鋮s。環(huán)冷風(fēng)機(jī)在球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)主要考慮以下幾方面因素。

（1）冷卻風(fēng)量

燒結(jié)礦冷卻采用的風(fēng)量必須合理。風(fēng)量大冷卻效果好，冷卻時(shí)間短；風(fēng)量小冷卻效果差，冷卻時(shí)間長(zhǎng)。但風(fēng)量過(guò)大則使電耗升高，相應(yīng)設(shè)備的投資也會(huì)增加。隨著單位面積的增加，冷卻速度加快，冷卻時(shí)間縮短。

（2）冷卻時(shí)間

因燒結(jié)礦的表面熱量很容易被冷卻氣流帶走，而燒結(jié)礦中心的熱量向表面?zhèn)鲗?dǎo)的速度卻很慢。因此在有足夠的冷卻風(fēng)量下，冷卻時(shí)間取決于冷卻礦高度以及燒結(jié)礦的粒度。目前，在單棍破碎機(jī)破碎粒度不大于150～200mm的情況下，鼓風(fēng)冷卻一般為60分鐘左右。實(shí)際生產(chǎn)中的冷卻機(jī)，為了能與燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率變化相配合，冷卻機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度應(yīng)和燒結(jié)機(jī)機(jī)速做出同步調(diào)整。這就需要對(duì)環(huán)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

（3）冷卻風(fēng)壓

冷卻風(fēng)壓的風(fēng)壓應(yīng)能克服燒結(jié)礦層的阻力，冷卻臺(tái)車的篦條阻力和管道阻力，并留有一定的富余。富余壓力主要是考慮鼓風(fēng)機(jī)的效率和燒結(jié)礦層透氣性改變時(shí)也能保持良好的冷卻效果。當(dāng)風(fēng)壓過(guò)低時(shí)，通過(guò)礦層的風(fēng)量達(dá)不到要求，影響冷卻的效果；風(fēng)壓過(guò)高則使電耗增加。

在球團(tuán)的生產(chǎn)中，環(huán)冷風(fēng)機(jī)在選型時(shí)按照負(fù)載的最大負(fù)荷進(jìn)行選擇的。實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化。風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)做法，即調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口擋板開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機(jī)的效率來(lái)達(dá)到要求的，損耗嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)特別利用變頻調(diào)速技術(shù)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，可以既滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時(shí)減少因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)電機(jī)等設(shè)備使用壽命，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

鑒于以上原因，經(jīng)過(guò)多方調(diào)研考察，比較性價(jià)比，最終包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列高壓變頻器4套對(duì)生產(chǎn)線上1號(hào)～4號(hào)環(huán)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。2013年11月，高壓變頻設(shè)備投入運(yùn)行，改造達(dá)到了預(yù)期目的。表1為各環(huán)冷風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)。

4風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機(jī)。產(chǎn)品2003年被列為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，高壓提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)2005年被列為國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助。2007年，高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)名牌產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)高壓變頻器行業(yè)為數(shù)不多的兩個(gè)名牌產(chǎn)品之一。具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。

(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。現(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。

(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。

(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

(6)單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。

(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。

(8)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過(guò)壓范圍(≥1.15Ue)，設(shè)備可靠性更高。

(9)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(10)故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過(guò)電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

5變頻改造方案

在環(huán)冷風(fēng)機(jī)改造過(guò)程中，1號(hào)～4號(hào)環(huán)冷風(fēng)機(jī)采用“一拖一”控制加手動(dòng)旁路柜。將變頻控制納入用戶的DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方/就地控制。為了便于操作，在操作室增加現(xiàn)場(chǎng)控制箱，用于變頻器的控制、調(diào)節(jié)。高壓?jiǎn)?dòng)柜的保護(hù)整定值以保護(hù)電機(jī)為準(zhǔn)，在變頻控制時(shí)由變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行電氣保護(hù)而工頻時(shí)由高壓?jiǎn)?dòng)柜對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

改造方案如下：保留現(xiàn)有高壓?jiǎn)?dòng)柜，在啟動(dòng)柜與電機(jī)之間增加高壓變頻器與手動(dòng)旁路柜，啟動(dòng)柜作為電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)的啟動(dòng)柜，同時(shí)也為變頻器的進(jìn)線柜。手動(dòng)旁路柜用于變頻與工頻的切換，在變頻系統(tǒng)維護(hù)或者出現(xiàn)故障時(shí)，將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(chǎn)不受影響，一次接線如圖2所示。

圖2手動(dòng)旁路柜

圖2旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)?rdquo;信號(hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開(kāi)關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無(wú)效。

保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

6變頻改造節(jié)能情況

環(huán)冷風(fēng)機(jī)主要作用是將紅熱燒結(jié)礦冷卻到100℃以下，由于包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦地處北方，四季溫差明顯，對(duì)環(huán)冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行管理也應(yīng)借助自然天氣溫度，例如冬季由于環(huán)境溫度較低，燒結(jié)礦有適當(dāng)?shù)臏囟容斔湍z帶反而有利，因此規(guī)定膠帶機(jī)上冷礦溫度可控制在100℃左右，1號(hào)鼓風(fēng)機(jī)冬季可停止運(yùn)行，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)風(fēng)機(jī)可根據(jù)需要調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。1號(hào)風(fēng)機(jī)可根據(jù)天氣狀況輪流開(kāi)停。為了對(duì)比變頻改造節(jié)能情況，在相同產(chǎn)量下，對(duì)工頻、變頻相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析整理如表2所示。

根據(jù)表2，環(huán)冷風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)取0.8，電源電壓10.05kV，計(jì)算每小時(shí)耗電為：1378.6kW。環(huán)冷風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)為0.97，變頻輸入電壓10.05kV，計(jì)算每小時(shí)耗電為：626.41kW。環(huán)冷風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)節(jié)約電量752.19kW。每年運(yùn)行300d，每天運(yùn)行24h，那么年節(jié)約電量：752.19kW×24h×300d=541.5768萬(wàn)kW•h。由此可見(jiàn)，節(jié)電效果還是非常明顯的。

7結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器在包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司球團(tuán)生產(chǎn)線環(huán)冷風(fēng)機(jī)上取得了良好的使用效果。風(fēng)光牌高壓變頻器系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小，節(jié)能效果顯著，為包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司的正常生產(chǎn)和節(jié)能降耗做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司

作者簡(jiǎn)介

徐西甲，技術(shù)支持工程師，供職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

劉峰，男，動(dòng)力處助理工程師，供職于山東齊發(fā)藥業(yè)有限公司。

馬健凱，高級(jí)工程師，供職于包鋼集團(tuán)固陽(yáng)礦山公司機(jī)動(dòng)部。

地址：山東省汶上經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)

文章聯(lián)系人：郭培彬