摘 要:隨著市場競爭的不斷加劇,節(jié)能增效已經(jīng)成為提高產(chǎn)品競爭力的重要手段之一。而在軋鋼加熱爐的生產(chǎn)中,風(fēng)機(jī)電能消耗是一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用開支。本文分析了變頻調(diào)速技術(shù)在三鋼棒材廠加熱爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用,并通過運(yùn)行實驗得出變頻改造的經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速 風(fēng)機(jī) 節(jié)能
中圖分類號:TK223.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)06(b)-0091-02
福建三鋼棒材廠采用兩座蓄熱式加熱爐加熱,設(shè)計加熱能力100 t(冷坯)和60 t(冷坯),采用空氣、煤氣雙預(yù)熱的蓄熱式燒嘴技術(shù),燃料為轉(zhuǎn)爐煤氣,煤氣熱值5860 kJ/m3。兩座加熱爐一共有6臺風(fēng)機(jī),其中鼓風(fēng)機(jī)2臺,引風(fēng)機(jī)4臺。操作工在操作臺通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板來實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)對風(fēng)壓、排煙溫度、爐膛壓力的控制。鼓風(fēng)機(jī)擋板開度的控制主要參考操作臺顯示的空氣壓力,而引風(fēng)機(jī)主要靠操作人員的經(jīng)驗。因此控制不夠精確,且通過多次煉鋼綜合改造后,棒材線熱裝率達(dá)到了80%以上,加熱爐風(fēng)機(jī)長期在低負(fù)荷運(yùn)行,導(dǎo)致了大量的電能損耗。因此決定對加熱爐風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
1 風(fēng)機(jī)電機(jī)定速拖動的運(yùn)行分析
1.1 加熱爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況
電機(jī)在熱生產(chǎn)時會有很大的余量,擋板通常會檔板調(diào)到20%左右運(yùn)行,在高速轉(zhuǎn)動的風(fēng)機(jī)和低負(fù)荷的運(yùn)行情況下,分機(jī)會產(chǎn)生較大的震動,電機(jī)溫度高,現(xiàn)場噪聲大且操作環(huán)境惡劣。停爐保溫期間,由于加熱爐熱負(fù)荷很低。通常將擋板調(diào)到10%以下時,由于負(fù)壓過大,對機(jī)械沖擊大,甚至可能會引起管道的喘振,危及設(shè)備運(yùn)行安全。
1.2 風(fēng)機(jī)定速拖動時的缺陷
(1)風(fēng)機(jī)電能損耗嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時,在擋板兩側(cè)風(fēng)壓較大,出現(xiàn)極大的風(fēng)壓損耗和節(jié)流損耗,風(fēng)機(jī)的能效轉(zhuǎn)換效率低。(2)工作環(huán)境惡劣。風(fēng)機(jī)運(yùn)行的負(fù)荷較低的時候,會造成管道震動而產(chǎn)生較大的噪音,旁邊操作臺會因此震動并且造成噪音超標(biāo),會危害到操作工人的身體健康。(3)危害設(shè)備。電流會在啟動時較大,音響廠內(nèi)的電源波動,耗電量大。也會因想到電機(jī)的壽命。電機(jī)和風(fēng)機(jī)的軸承在運(yùn)行產(chǎn)生的過大震動會造成較大磨損。且造成風(fēng)道、風(fēng)機(jī)軟連接壽命降低。僅2012年一年,兩臺鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)軟連接更換次數(shù)達(dá)到了3次。燒電機(jī)的現(xiàn)象也時常出現(xiàn)。
2 風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時的節(jié)能原理分析
2.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性曲線
用以表示通風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)(如風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、功率N及效率η)之間關(guān)系的曲線稱為風(fēng)機(jī)特性曲線或風(fēng)機(jī)性能曲線。為了使用方便,通常將H—Q曲線、N—Q曲線、η—Q曲線畫在同一圖上。離心式風(fēng)機(jī),其屬于平方轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載,在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的特性曲線如(圖1)。
從(圖1)可以看出,在一定轉(zhuǎn)速下,風(fēng)機(jī)的效率隨著風(fēng)量的改變而變化,但其中有一個效率最高點(diǎn)ηmax。相應(yīng)于最高效率下的風(fēng)量、風(fēng)壓和軸功率稱為風(fēng)機(jī)的最佳工況,在選擇風(fēng)機(jī)時,應(yīng)使其實際運(yùn)轉(zhuǎn)效率不低于0.9ηmax。此范圍稱為風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)使用范圍。
2.2 風(fēng)機(jī)流量的確定
風(fēng)機(jī)在單位時間內(nèi)所輸送的氣體體積稱為風(fēng)量。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時,通過風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)壓H(即全壓)與管網(wǎng)阻力R的共同作用,出現(xiàn)一個穩(wěn)定的風(fēng)量輸出點(diǎn),我們稱之為工況點(diǎn)(圖2中的點(diǎn)M),M點(diǎn)對應(yīng)的效率曲線上的ηm的值為該工況下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率,Qm為工況M風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,其曲線如(圖2)。
2.3 風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)方法
(1)將管網(wǎng)的阻力進(jìn)行改變來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)輸出。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變,管網(wǎng)阻力發(fā)生變化時,風(fēng)壓隨之改變,風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)將改變,風(fēng)量將隨之發(fā)生變化,其特性曲線如(圖3)。
在實際運(yùn)行中,操作工通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開度來實現(xiàn)風(fēng)量Q的改變,隨著擋板開度的不斷減小,管網(wǎng)阻力隨之不斷加大。如圖3中擋板的三種開度對應(yīng)R1、R2、R3三種不同的管網(wǎng)阻力工況,由于實際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變,其三種管網(wǎng)阻力工況與風(fēng)機(jī)壓力特性曲線分別出現(xiàn)了M1、M2、M3三種工況點(diǎn)。三種工況點(diǎn)對應(yīng)的三個風(fēng)量Q1、Q2、Q3就是在轉(zhuǎn)速不變時,三種擋板開度所對應(yīng)的三個風(fēng)量。從中可以看出,調(diào)節(jié)擋板的開度,即可以調(diào)整風(fēng)機(jī)輸出流量的多少。且隨著擋板開度的不斷減小,其風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率也將不斷降低,甚至偏離風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)適用范圍,造成能耗的浪費(fèi)。
(2)通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。當(dāng)管網(wǎng)阻力不變,改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時,風(fēng)機(jī)的壓力特性曲線隨之改變,其特性曲線如(圖4)。
當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速定為n1、n2、n3時,每個轉(zhuǎn)速都對應(yīng)其相應(yīng)的壓力特性曲線,在管網(wǎng)阻力R不變的情況下,工況點(diǎn)隨之改變?yōu)镸1、M2,其對應(yīng)的流量變?yōu)镼1、Q2。由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變時,風(fēng)機(jī)效率曲線也將隨之改變,因此通過改變轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量,通過計算,可以使風(fēng)機(jī)的效率始終在經(jīng)濟(jì)適用范圍內(nèi),達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在實際生產(chǎn)中,通常采用內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī),高壓變頻器,液力耦合器等方法達(dá)到對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),從而在管網(wǎng)阻力不變的情況下調(diào)節(jié)流量。
2.4 風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行與風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行在輸出同等風(fēng)量時的比較
當(dāng)風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n1,擋板全開管網(wǎng)阻力為R1,額定風(fēng)量為Q1時,通過調(diào)節(jié)擋板(即調(diào)整管網(wǎng)阻力)和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的兩種方法,將風(fēng)量改變?yōu)镼2,其運(yùn)行工況的差異如(圖5)所示。
從圖中可以看出,在同等風(fēng)量的情況下,用速度調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M2,運(yùn)行時壓為H2。用擋板調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M3,運(yùn)行時壓力為Hf。
2.5 兩種風(fēng)量調(diào)節(jié)方法消耗能量的差異
通過流體力學(xué)的基本定律可知,風(fēng)機(jī)設(shè)備屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。其轉(zhuǎn)速n與流量Q,壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系:Q∝n,H∝n2,P∝n3;即流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此定速調(diào)節(jié)風(fēng)量與用調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量對比,隨著實際輸出流量與風(fēng)機(jī)額定流量差值的加大,其能量的消耗差異也呈平方比例系數(shù)加大。
3 風(fēng)機(jī)高壓變頻器調(diào)速的實測數(shù)據(jù)
下表為我廠1#加熱爐空煙引風(fēng)機(jī)調(diào)速改造后的實際測量數(shù)據(jù)。從(表1)中看出,實際運(yùn)行中,當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出流量較低時,調(diào)速運(yùn)行節(jié)能效果明顯。我廠加熱爐生產(chǎn)中,鋼坯熱裝率較高,因此加熱爐通常在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行,風(fēng)機(jī)輸出流量較低,節(jié)能效果明顯。
4 結(jié)語
根據(jù)以上計算出的調(diào)速運(yùn)行狀態(tài),全熱裝時,風(fēng)門開度約20%,定速運(yùn)行單位電耗22.8 kW·h,調(diào)速運(yùn)行后風(fēng)機(jī)頻率為35Hz單位電耗7.6 kW·h,每小時節(jié)電達(dá)15.2 kW·h。以上為在理想狀況下的單位節(jié)能,在實際運(yùn)用中,考慮到設(shè)備的效率轉(zhuǎn)換,調(diào)速裝置的損耗,還應(yīng)乘以0.85的額外消耗系數(shù),實際單位節(jié)電按12.92 kW·h進(jìn)行計算。以正常年工作300天計算,熱裝率80%,共計兩臺引風(fēng)機(jī)其節(jié)電總量為:148838 kW·h。以電價每kW·h費(fèi)用0.57元計算,年節(jié)約電量應(yīng)達(dá)84838元。若其余四臺風(fēng)機(jī)都采用變頻調(diào)速,年節(jié)約電耗可達(dá)50萬元以上。
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