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(mǎn)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(guān)，因此國(guó)家以開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重的能源政策為主，
阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應(yīng)用
。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(mǎn)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:
序號(hào) 名稱(chēng) 電機(jī)型號(hào)
額定功率
(KW)
額定電流
(A)
風(fēng)機(jī)型號(hào)
額定流量
(m3/h)
額定壓力
(PA)
1 2#機(jī) Y355M1-4 250 457.7 9-26NO.13D 51823 9837 2 3#機(jī) Y355M1-4 250 457.7 9-26NO.13D 51823 9837
三.生產(chǎn)工藝流程
1.工藝簡(jiǎn)圖如下圖:
煉鐵廠(chǎng)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，
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《阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應(yīng)用》(http://m.stanzs.com)。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(mǎn)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(xiàn)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:
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.
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.
六,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(mǎn)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.