機尾除塵風機的高壓變頻節(jié)能改造

史愛萍

（天津天鐵冶金集團有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

機尾除塵風機的高壓變頻節(jié)能改造

史愛萍

（天津天鐵冶金集團有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

為節(jié)約電能，對機尾除塵風機進行高壓變頻節(jié)能改造。通過對電氣主回路、變頻冷卻系統(tǒng)等方面進行改造，節(jié)能效果明顯，機尾除塵風機運行情況良好，改善了工藝條件，取得了較高的經(jīng)濟和社會效益。

除塵風機；高壓變頻；異步電機；節(jié)能；改造

1 引言

第二煉鐵廠機尾除塵風機原配置了1臺10 kV/1 600 kW異步電機，在實際改造以前，除塵風機主要采用崗位現(xiàn)場利用手操器手動調節(jié)風門開度的方式控制除塵管道內的風量，按照其收塵點數(shù)量及分布計算，電機功率裕量較大，且風機通過風門調節(jié)，風損也大，導致電能浪費嚴重，同時，電機工頻啟動特別困難，啟動電流大，對整個電網(wǎng)沖擊較大，容易造成電機損壞。

進行變頻改造后，風機風板的開度保持全開，基本不需要改變，主要通過監(jiān)視管道負壓，依靠LDJ節(jié)能系統(tǒng)的PID調節(jié)計算，然后通過AD隔離轉換模塊輸出信號到高壓變頻器，通過改變機尾除塵高壓變頻器的輸出頻率，最終實現(xiàn)電機以預定的速度驅動風機，從而達到調節(jié)風量的目的。

與此同時，進行變頻改造后，電機從0HZ按照預設時間平穩(wěn)啟動到預定頻率，有效減輕了電機工頻啟動時對電機的電流沖擊，消除了對傳動系統(tǒng)和主機的沖擊力，大大降低了機械維護費用。

機尾風機變頻改造完成后，運行情況良好，節(jié)能效果明顯，大大改善了工藝條件，具有極高的經(jīng)濟和社會效益。

2 實際改造方案

2.1 計劃改造前除塵工藝

機尾除塵風機是對燒結礦破碎和篩分過程中產(chǎn)生的灰塵進行收取，并通過除塵器進行合理排放；本系統(tǒng)配備1臺1 600 kW機尾除塵風機，使用方式為常用。具體的工藝收塵點如圖1所示。

由圖1可知，機尾除塵收料點主要包括燒結室部分設備（含環(huán)冷機）、一次混合室、SZ4轉運站，位置比較分散。同時，機尾除塵選用一臺280 m2雙室四電場電除塵器和一臺DTJY2×26．5F鍋爐離心引風機。除塵器收集的粉塵經(jīng)螺旋輸送機至貯灰倉，再由倉式泵打入灰塵礦槽。煙氣經(jīng)60 m高煙囪排入大氣，煙囪上口直徑?4 200 mm。

2.2 實際改造方案

2．2．1 原控制回路說明

圖1 機尾除塵收塵點示意圖

由圖2可知，機尾除塵原控制設計為按鈕直接控制QF高壓開關工頻啟動，同時和風門開度進行連鎖：即啟動前風門必須關閉，減少啟動時啟動負載。

2．2．2 電氣主回路改造

本次改造，計劃安裝1套1臺LDJ-GN-10KV/ 1600智能化節(jié)能裝置，通過采集壓力和溫度等信號智能調控1臺1 600 kW燒結機尾除塵風機節(jié)能運行。本裝置配有工頻旁路系統(tǒng)，當節(jié)能裝置出現(xiàn)故障時，可手動切換至工頻旁路，保證正常工作，如圖3所示。

如圖3所示，主回路電氣原理圖，QF為原有設備，位于燒結高壓控制站，工頻旁路啟動時經(jīng)旁路柜內的QS3開關直接驅動電機運行；變頻方式運行時，用戶需要在原機旁遠程控制QF開關閉合，然后經(jīng)旁路柜內的QS1輸入到LDJ高效節(jié)能設備，這時，旁路柜內QS2處于閉合狀態(tài)，保證LDJ和電機直接相連。然后用戶通過新增操作箱，啟動變頻器來驅動電機變頻運行。

由圖3可知，一旦變頻出現(xiàn)故障，可以在確保QF停電狀態(tài)下，對QF2和QF3進行人工倒閘操作，使線路切入工頻模式。圖中，QS2和QS3存在機械互鎖，防止發(fā)生誤操作，引發(fā)事故。

需要說明的是，在機尾除塵高壓變頻改造設計中，需要崗位對變頻器進行預充電。充電結束后，變頻器會檢查刀閘狀態(tài)是否準備好，然后變頻器會發(fā)出高壓允許合閘指令，QF高壓開關送電后，變頻器完成自檢后會發(fā)出變頻就緒信號，可執(zhí)行啟動操作。

2．2．3 變頻冷卻系統(tǒng)

節(jié)能裝置系統(tǒng)采用安裝風道強制將熱量外排并空調相結合的冷卻方式?？紤]到現(xiàn)場灰塵以及變頻發(fā)熱量大的因素，本次改造需要將進風濾網(wǎng)設計為雙層可拆卸模式，保證灰塵過濾效果以及濾網(wǎng)清理方便；同時，室內空調匹數(shù)滿足變頻器在炎熱夏季發(fā)熱降溫需求。

2．2．4 變頻器控制

變頻節(jié)能裝置的控制設計是根據(jù)系統(tǒng)的設計要求、結合設備系統(tǒng)的安全、工藝的保障和現(xiàn)場控制的便捷等因素進行設計；它通過采集各系統(tǒng)運行信號，運用傳統(tǒng)PID控制、先進模糊控制和人工智能控制技術，根據(jù)“跟隨負荷同步”理論，應用成熟的變頻調控技術和獨創(chuàng)的節(jié)能調控技術，實時跟蹤負荷變化，調控拖動電機輸出功率與實際負荷需求相匹配實現(xiàn)節(jié)能。

3 變頻控制技術設計

3.1 變頻調控原理框圖

本次機尾除塵變頻改造，其具體實現(xiàn)調控原理如圖4所示。

3.2 控制技術

圖2 原控制回路說明

3．2．1 基本控制原理

實時采集用戶PLC中的除塵風機系統(tǒng)進出口管道壓力信號，然后通過硬線接入到高壓調控柜，經(jīng)過高壓調控柜內的DCS進行一系列的運算，計算出除塵管道內的實際負荷風量，并參考用戶界面上設置的風量負壓參數(shù)，利用PID模式調控風機系統(tǒng)的運行風量和壓力，使機尾除塵電機在高壓變頻的控制下，始終保持電機功率和除塵系統(tǒng)的負荷變化相匹配，從而達到節(jié)約電能的目的。

3．2．2 同步跟隨技術

同步跟隨技術是LDJ獨創(chuàng)的節(jié)能技術。眾所周知，風機、水泵類負載根據(jù)其使用情況的不同，其驅動負載的變化，直接受到工廠實際生產(chǎn)量、不同的系統(tǒng)工況以及不同的運行規(guī)律變化等多種因素影響，這就導致了此類系統(tǒng)的負載特性曲線不斷變化。本次改造的高壓變頻系統(tǒng)，能夠使高壓變頻器驅動電機的實時輸出功率跟隨不同負荷的變化同步輸出，實現(xiàn)“跟隨負荷同步、功率按需輸出“的最佳節(jié)電效果。

3．2．3 風門聯(lián)動負壓調控技術

本調控技術是專門針對第二煉鐵廠燒結機尾除塵風機的運行特性設計。按照圖1中收塵點分布以及運行間歇的實際情況，做出如下設計：

（1）在燒5、6皮帶區(qū)域的12個除塵支管道上，應有一個電動風門。

（2）在燒2皮帶、燒3、4皮帶和機頭除塵區(qū)域的三個支管道上，需各安裝一個電動風門。

通過實時采集燒5、6皮帶區(qū)域皮帶下料信號，由終端控制系統(tǒng)自動或手動兩種方式調控12個除塵支管道風門的開或關；實時采集燒結料放料信號，通過終端控制系統(tǒng)自動或手動兩種方式調控燒2皮帶、燒3、4皮帶和機頭除塵區(qū)域的3個除塵支管道風門的開或關，避免浪費，具體的控制信號由燒結主控PLC以及配料PLC提供，并通過工控網(wǎng)絡傳輸?shù)綑C尾除塵PLC實現(xiàn)和變頻器DCS的信號共享。

最后依照“跟隨負荷同步”理論，實時采集除塵器前負壓信號，智能控制除塵風機的運行。當各支管風門調節(jié)變化時，除塵器前負壓值會相應發(fā)生變化，當負壓有上升趨勢時，智能控制系統(tǒng)控制除塵風機減速運行，當負壓有下降趨勢時，智能控制系統(tǒng)控制除塵風機加速運行，始終維持除塵器前負壓恒定。通過風門聯(lián)動負壓調控技術，實現(xiàn)聯(lián)達“跟隨負荷同步，功率按需輸出”，達到最佳節(jié)電效果。

4 遠程監(jiān)控實現(xiàn)

4．1 除塵PLC改造

第二煉鐵廠機尾除塵本體控制PLC為昆騰系列PLC，本次改造需要在增加數(shù)字量輸入輸出模塊

圖3 主回路電氣原理圖

圖4 調控原理框圖

各一塊，同時增加模擬量信號以及溫度信號模塊各一塊，以實現(xiàn)風機遠程啟動、停止操作以及遠程監(jiān)視運行、溫度以及電流等信號。這些信號主要通過電纜從變頻器操控柜接入。

4.2 除塵上位監(jiān)控改造

本次改造，機尾除塵上位監(jiān)控需要增加風機各種操作監(jiān)視等畫面。原除塵畫面為IFIX4．0，通訊采用MBE接口和PLC通訊。

4.3 各種報警實現(xiàn)

通過PLC采集變頻器、風機軸承、電機本體各種溫度,利用底層程序實現(xiàn)各種相關溫度高報警，溫度高高變頻停機操作，并加入歷史曲線，方便查詢。

5 結束語

高壓變頻節(jié)能改造在機尾除塵風機應用前，燒結機尾除塵風機風門平均開度為48%，10 kV工頻運行電流平均為55 A；改造應用后，風門開度為100%，運行頻率平均為37 Hz，平均電流為37．4 A，平均節(jié)電率為32%，年節(jié)約電費145萬元。與此同時，隨著變頻改造后電機轉速降低，啟動電流沖擊減小，也相應地保護了設備，崗位工實現(xiàn)遠程監(jiān)控，減輕了工人勞動負擔。

High Voltage Frequency Conversion and Energy Saving Revamp on Machine End Dedusting Blower

SHI Ai-ping
(Iron-making Plant 2,Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to save electric energy,high voltage frequency conversion and energy saving revamp was conducted on machine end dedusting blower．Electric main circuit,frequency variable cooling system and so on were improved,bringing remarkable energy saving effect,good running conditions of machine end dedusting blower and better process conditions．High social and economic benefits were achieved．

dedusting blower;high voltage frequency conversion;asynchronous motor;energy saving; revamp

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．016

2015-01-04

2015-01-30

史愛萍（1977—），女，工程師，主要從事電氣自動化方面的研究工作。