阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應(yīng)用

一.前言

      改革開往以來,我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展,但是能源工業(yè)的發(fā)展遠遠滿足不了需要,而且相當(dāng)一個時期內(nèi)能源缺口的狀態(tài)不會改觀,因此國家以開發(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.我國電能最大的用戶是電機,約占50%,其中風(fēng)機水泵的耗電占全部電能的30%.傳統(tǒng)的風(fēng)機水泵的風(fēng)量,水量的調(diào)節(jié)是靠風(fēng)門,節(jié)流閥的調(diào)節(jié).當(dāng)風(fēng)量,水量的需要減少時,風(fēng)門,閥的開度減少,當(dāng)風(fēng)量,水量的需要增加時,風(fēng)門,閥的開度增加,這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行,已成習(xí)慣,但它是以增加管網(wǎng)損耗,耗費大量能源在風(fēng)門,閥上為代價的.并且通常在設(shè)計中,用戶風(fēng)機水泵的設(shè)計容量都要比實際需要高出很多,這樣容易形成人們常說的"大馬拉小車"的現(xiàn)象,造成電能的大量浪費.

      昆鋼股份有限公司在國家不斷完美市場經(jīng)濟體制,加快改革開放和西部大開發(fā)的大好形式下,抓住機遇,加速發(fā)展,廣泛吸收國內(nèi)個優(yōu)秀鋼鐵企業(yè)的成功經(jīng)驗,優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu),大力推進技術(shù)進步,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,市場競爭力顯著增強,在現(xiàn)代化,節(jié)約化,高效化的工業(yè)進程中實現(xiàn)了實質(zhì)的飛躍,為實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,為國家節(jié)能環(huán)保事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展做出了較大的貢獻,如果采用調(diào)節(jié)速度的方式來調(diào)節(jié)流量,就可以從根本防止電能的浪費,近年來隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)越來越成熟,因此推廣變頻調(diào)速,在風(fēng)機,水泵類設(shè)備上的應(yīng)用,對于減少能源浪費具有重要意義.

二.項目概況

      2005年隨著昆鋼改擴建項目的先后投產(chǎn),昆鋼的生產(chǎn)規(guī)模更加上了一個新的臺階,用電量也將大幅度增加.針對目前電力供應(yīng)緊張的局面,為滿足昆鋼不斷增長的生產(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)濟效益,保護環(huán)境上取得新的突破,

      昆鋼股份有限公司二號三號高爐始建于上世紀八十年代,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)機上,電機參數(shù)如下:

三.生產(chǎn)工藝流程

1.工藝簡圖如下圖:

2.運行簡況

      煉鐵廠二號,三號高爐熱風(fēng)助燃風(fēng)機設(shè)計為一對一無備用,風(fēng)機為24小時連續(xù)運行.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)機長期以來均通過調(diào)節(jié)放空閥的方法來實現(xiàn)流量控制,故系統(tǒng)效率低,功耗大,電能浪費嚴重,由于生產(chǎn)正常時要求持續(xù),穩(wěn)定的供風(fēng),因此風(fēng)量,風(fēng)壓變化不大,此時可通過變頻器調(diào)節(jié)消除節(jié)流損失,同時提高風(fēng)機的運行效率,雖然由于電動機負載率的下降會使其運行效率降低,但因風(fēng)機運行功率的下降幅度很大,電動機的損耗也有所減少,最終使電動機運行功率大幅下降,從而達到節(jié)電的目的.

3.因兩座高爐的工況不同,以2號高爐熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機為例,高爐在正常煉鐵生產(chǎn) 時由于現(xiàn)場測試條件有限,只對電機進行了測試.

實測數(shù)據(jù): 風(fēng)機電機的平均功率P=200.98KW

測試工況:風(fēng)機正常運行,進口風(fēng)門開度約85%,放空閥開度約5%,熱風(fēng)壓力5.2KPA

四.改造方案:

1.變速調(diào)速原理:

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

n=(1-s)60f/p

式中:P-電機極對數(shù), F-電機運行頻率,S--轉(zhuǎn)差.

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

而改變頻率必須供電電壓,由交流電機成產(chǎn)的電磁關(guān)系:

E=4.44fwØ

式中:E--電機電動勢, F-定子頻率, W--繞數(shù)系數(shù),Ø-氣隙主磁通.

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

2. 風(fēng)機調(diào)速節(jié)電原理:

      由于風(fēng)機內(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,通過實驗和模擬手段來計算風(fēng)機的運行工況.把相似定律應(yīng)用于不同轉(zhuǎn)速運行的同一臺風(fēng)機時,就可以得到下式:當(dāng)改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,其轉(zhuǎn)速 n 流量Q 壓力(揚程)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)機的節(jié)電原理就是用調(diào)速裝置來代替風(fēng)門調(diào)節(jié)流量,減少節(jié)流損失,節(jié)約電能,風(fēng)機是用來傳送氣體的機械設(shè)備,風(fēng)機是把電動機的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械的一種機械,它們的壓力矩都較小,負載輕,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)機目前通過調(diào)整風(fēng)機進風(fēng)閥門開度及放空閥開度來實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié),由人工在控制室根據(jù)風(fēng)量需求在計算機上進行手動調(diào)節(jié)或在電機旁現(xiàn)場手動調(diào),改造方案在采用變頻器后保持進風(fēng)閥全開,放空閥全關(guān),根據(jù)風(fēng)壓和流量遠程手動調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)可隨時隨意改變鼓風(fēng)量,以適應(yīng)高爐生產(chǎn)的變化,保持風(fēng)機的正常經(jīng)濟運行,達到穩(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,兩臺風(fēng)機均采用一臺阿爾法變頻器一拖一的控制方式,控制回路上設(shè)計工頻運行切換選擇,工/變頻選擇由人工切換操作,實現(xiàn)熱風(fēng)爐風(fēng)機或變頻運行,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程兩地操作,沿用現(xiàn)有的PLC計算機系統(tǒng),利用現(xiàn)有的PLC模塊備用I/O點,通過在燃控計算控制系統(tǒng)修改程序增加鼓風(fēng)機的調(diào)速操作功能和變頻器輸出頻率,輸出電流顯示功能. 

四.運行節(jié)電效果分析:

以二號高爐熱風(fēng)爐風(fēng)機為例:

平均節(jié)電率達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. 維護量減少

      采用變頻調(diào)整后無論哪種工作條件,隨時可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作,由于啟動緩慢及轉(zhuǎn)速的降低相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命,同時極大地減輕了對管道的沖擊,節(jié)約大量的維護費用,

2.減少了對電網(wǎng)的沖擊

      采用變頻器后系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動,電機啟動電流遠遠小于額定電流,啟動時間相應(yīng)延長,對電網(wǎng)無沖擊,減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷,有效地延長了電機的使用壽命,

3.改善了工作環(huán)境

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