基于永磁調(diào)速技術(shù)的助燃風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

夏江波

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南250101）

基于永磁調(diào)速技術(shù)的助燃風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

夏江波

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南250101）

在熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中，將原系統(tǒng)改造為永磁調(diào)速器和PLC控制的具有調(diào)速功能的助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)，并且進(jìn)行機(jī)械安裝和電氣設(shè)計(jì)，其中助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)由電機(jī)、永磁調(diào)速器、助燃風(fēng)機(jī)、PLC和人機(jī)界面組成。改造后，運(yùn)行情況良好，節(jié)能效果明顯，每年節(jié)省電費(fèi)約為305萬元，并提高了系統(tǒng)可靠性。

永磁調(diào)速；助燃風(fēng)機(jī)；節(jié)能

1　前言

熱風(fēng)爐是高爐煉鐵生產(chǎn)中的重要設(shè)備，對(duì)高爐的風(fēng)溫有著重要影響。某煉鐵廠高爐配備3座卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐，采用助燃風(fēng)機(jī)供風(fēng)，為熱風(fēng)爐燒爐提供空氣。在正常生產(chǎn)情況下，助燃風(fēng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，需要關(guān)閉部分風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門來調(diào)小風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，從而造成風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量沒有完全被利用，出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，嚴(yán)重浪費(fèi)能源。

目前廣泛采用的助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)速控制技術(shù)主要有永磁調(diào)速技術(shù)、液力耦合器調(diào)速技術(shù)和高壓變頻調(diào)速技術(shù)，相比較其他調(diào)速技術(shù)，永磁調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能效果好、投資費(fèi)用低、安裝調(diào)試方便和維護(hù)量小等特點(diǎn)［1］，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)采用永磁調(diào)速控制，能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐恒壓送風(fēng)，穩(wěn)定風(fēng)量，滿足熱風(fēng)爐生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。綜合多方面因素，采用永磁調(diào)速技術(shù)對(duì)助燃風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。

2　助燃風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

2.1改造方案

將原系統(tǒng)改為永磁調(diào)速器和PLC控制的具有調(diào)速功能的助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)。助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)由電機(jī)、永磁調(diào)速器、助燃風(fēng)機(jī)、PLC和人機(jī)界面組成。其中永磁調(diào)速器主要由調(diào)速器本體、冷卻系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成，調(diào)速器本體包含導(dǎo)磁體、永磁體和執(zhí)行器，是永磁調(diào)速器的核心；冷卻系統(tǒng)起到給永磁調(diào)速器本體上的導(dǎo)磁體降溫的作用，防止運(yùn)行時(shí)溫度高而損壞設(shè)備，主要有水箱、散熱器和冷卻水泵構(gòu)成；檢測(cè)系統(tǒng)主要由檢測(cè)儀表構(gòu)成，包括執(zhí)行器開度檢測(cè)、永磁調(diào)速器前軸溫度檢測(cè)和冷卻水流量檢測(cè)；人機(jī)界面采用計(jì)算機(jī)上位軟件和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁箱觸摸屏兩種方式。

根據(jù)熱風(fēng)爐燒爐助燃空氣壓力和空氣流量要求，在人機(jī)界面調(diào)節(jié)執(zhí)行器開度，人機(jī)界面獲取開度指令后將信號(hào)傳遞給PLC，PLC經(jīng)過處理后輸出4～20 mA信號(hào)給執(zhí)行器，執(zhí)行器接受信號(hào)后開始執(zhí)行指令，調(diào)節(jié)永磁調(diào)速器導(dǎo)磁體和永磁體之間的氣隙開度，同時(shí)執(zhí)行器反饋氣隙開度4～20 mA信號(hào)值給PLC，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，滿足助燃空氣壓力和風(fēng)量調(diào)節(jié)要求。操作指令可以在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁箱觸摸屏上人工設(shè)定和調(diào)節(jié)，也可以在計(jì)算機(jī)上位軟件上監(jiān)控和操作，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，該系統(tǒng)預(yù)留PID自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。改造后的系統(tǒng)控制原理圖如圖1所示。

圖1　助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)控制原理

2.2機(jī)械安裝和電氣設(shè)計(jì)

1）拆除電機(jī)，將電機(jī)與助燃風(fēng)機(jī)分離，拆除原有的電機(jī)安裝基礎(chǔ)，重新澆筑基礎(chǔ)，根據(jù)永磁調(diào)速器實(shí)際長(zhǎng)度，電機(jī)安裝基礎(chǔ)后移1 600 mm，留出永磁調(diào)速器在電機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)之間的安裝空間，同時(shí)澆筑永磁調(diào)速器安裝基礎(chǔ)，增加地腳螺栓，安裝永磁調(diào)速器機(jī)械支撐體。

2）拆除原有的電機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)軸器，安裝永磁調(diào)速器裝置，將原助燃風(fēng)機(jī)側(cè)的聯(lián)軸器安裝在永磁調(diào)速器的導(dǎo)磁體上，實(shí)現(xiàn)電機(jī)前軸與永磁調(diào)速器相連接，同時(shí)在助燃風(fēng)機(jī)和永磁調(diào)速器永磁體兩側(cè)分別安裝聯(lián)軸器，將永磁調(diào)速器永磁體與助燃風(fēng)機(jī)連接，最后，對(duì)電機(jī)、永磁調(diào)速器支撐體和助燃風(fēng)機(jī)進(jìn)行水平找正。

3）安裝永磁調(diào)速器執(zhí)行器，檢查執(zhí)行器的安裝角度，調(diào)整執(zhí)行器調(diào)節(jié)氣隙，檢查執(zhí)行器氣隙開度反饋信號(hào)和轉(zhuǎn)速，必要情況下需進(jìn)行調(diào)整。執(zhí)行器配備手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，需要時(shí)可以手動(dòng)操作執(zhí)行器，執(zhí)行器為精密設(shè)備，在安裝過程中需要注意防水、防塵保護(hù)。

4）安裝永磁調(diào)速器冷卻系統(tǒng)，主要是安裝水箱、散熱片、冷卻泵，敷設(shè)冷卻水管路，在這個(gè)環(huán)節(jié)中要注意冷卻系統(tǒng)的水路路徑設(shè)計(jì)，確保達(dá)到最佳冷卻效果。

5）電氣線路敷設(shè)連接，安裝機(jī)旁操作箱和檢測(cè)控制設(shè)備。主要進(jìn)行電機(jī)主回路、操作回路和相關(guān)儀表信號(hào)回路敷設(shè)與連接，安裝現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁箱觸摸屏、冷卻水水溫檢測(cè)熱電阻、冷卻水流量計(jì)等設(shè)備，相關(guān)控制信號(hào)接入PLC系統(tǒng)中。

6）PLC控制程序設(shè)計(jì)，上位畫面開發(fā)。助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速控制系統(tǒng)采用西門子S7-200 PLC，主要進(jìn)行觸摸屏配置，實(shí)現(xiàn)與西門子S7-200 PLC系統(tǒng)通訊，根據(jù)功能要求，設(shè)計(jì)助燃風(fēng)機(jī)永磁調(diào)速系統(tǒng)控制程序，包括執(zhí)行器控制程序、冷卻水流量和調(diào)速器前軸溫度報(bào)警停機(jī)保護(hù)程序，并進(jìn)行上位畫面的相關(guān)輸入輸出指令的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)畫面的結(jié)合。

7）系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試。在靜態(tài)條件下，多次調(diào)節(jié)永磁調(diào)速裝置執(zhí)行器，檢測(cè)執(zhí)行器的輸出值和反饋值的準(zhǔn)確性，檢查永磁調(diào)速裝置氣隙的變化情況，測(cè)試相關(guān)報(bào)警停機(jī)保護(hù)功能的可靠性。在動(dòng)態(tài)條件下，調(diào)節(jié)執(zhí)行器，將助燃風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐步從低速調(diào)至高速，測(cè)試每一階段相關(guān)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速值、振動(dòng)值、電機(jī)電流值、電機(jī)軸溫和相關(guān)工藝參數(shù)，判斷設(shè)備運(yùn)行工況情況，最后將助燃風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在工作范圍內(nèi)并長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，檢測(cè)永磁調(diào)速器的調(diào)速效果。

3　節(jié)能效益分析

永磁調(diào)速助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的采用，實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)恒壓送風(fēng)、穩(wěn)定風(fēng)量，滿足燒爐要求。助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)型號(hào)為YKK630-4，功率1 250 kW，額定電壓10 kV，額定電流86.14 A，改造前、后分別對(duì)助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試，采取多次測(cè)量，取平均數(shù)據(jù)，測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1　助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)性能測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)

由表1可知，改造之后電機(jī)電流明顯下降，其他參數(shù)基本無變化，完全滿足生產(chǎn)工藝要求，節(jié)能效果明顯，根據(jù)改造之后的運(yùn)行電能數(shù)據(jù)，參考改造之前往年平均數(shù)據(jù)，電機(jī)運(yùn)行電能數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表2　電機(jī)運(yùn)行電能數(shù)據(jù)對(duì)比

按照日平均電費(fèi)為0.68元/（kW·h-1）計(jì)算，根據(jù)表2可以算出，永磁調(diào)速助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)每年節(jié)省電費(fèi)約為305萬元，節(jié)能效果十分顯著。

4　結(jié)語(yǔ)

熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用永磁調(diào)速器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，運(yùn)行情況良好，節(jié)能效果明顯，每年節(jié)省電費(fèi)約為305萬元，同時(shí)，減少了機(jī)械磨損和設(shè)備振動(dòng)，穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓，提高了系統(tǒng)可靠性。

［1］趙克中.磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)與設(shè)備［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Abstrraacctt：In the energy-saving reform process of hot blast stove combustion fan，the old combustion fan system was replaced by new speed control combustion fan constituting with permanent magnet speed control technology and PLC.The retrofitting process include machinery installation and electrical design，permanent magnet speed control technology combustion fan comprises motor，permanent magnet speed control，combustion fan，PLC and human machine interface.After transform，the system runs in good condition，the effect of energy saving is obvious，and the electric charge saved is three million and fifty thousand Yuan every year.It also improves the system reliability.

Key worrddss：permanent magnet speed control；combustion fan；energy-saving

Energy-saving Reform of Hot Blast Stove Combustion Fan on Permanent Magnet Speed Control Technology

XIA Jiangbo
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TH44

B

1004-4620（2016）03-0057-02

2015-12-28

夏江波，男，1982年生，2006年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼檢修工程公司高爐部工程師，從事高爐煉鐵自動(dòng)化方面工作。