高爐助燃風(fēng)機節(jié)能改造實踐

王正　戴立明

摘 要：簡要說明了高壓變頻器在高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機的實際使用情況，針對鋼鐵企業(yè)高爐助燃風(fēng)機的工藝要求，對變頻改造原理及改造方案進(jìn)行了細(xì)致的描述，對比分析了設(shè)備改良前后的能耗和產(chǎn)量等經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果表明改造之后設(shè)備的各項指標(biāo)有顯著的的提升，尤其在能耗和環(huán)保這兩點上尤為顯著。

關(guān)鍵詞：冶煉；節(jié)能；環(huán)保；高壓變頻器

中圖分類號：TF321 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0011-02

1 風(fēng)機工作特性

采用閥門對風(fēng)機的流量進(jìn)行控制時。相當(dāng)一部分能量在擋板節(jié)流上被損耗，而且由于閥門開口的不斷變小，這種損耗還在持續(xù)地上升。在控制方式變成對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制時，由此得出軸的功率和轉(zhuǎn)速n成三次方的關(guān)系下降，假設(shè)放棄關(guān)閉小閥門的思路，而采用對電動機進(jìn)行降速處理的方案，結(jié)果就是相同流量的情況下，消耗在小閥門處的能量，就可以被節(jié)省，直接并且有效的實現(xiàn)了節(jié)能，這就是變頻調(diào)速技術(shù)在實際中的應(yīng)用效果。

2 高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機節(jié)能改造方案

煉鐵高爐的主要輔助設(shè)備包括高爐熱風(fēng)爐，通過燃燒煤氣的方式，高爐熱風(fēng)爐連續(xù)為高爐輸送1000度以上的高溫?zé)犸L(fēng)。在熱風(fēng)爐工作的過程中，助燃風(fēng)機會調(diào)節(jié)送風(fēng)量來助燃，以最科學(xué)、節(jié)能，高效的方式來使?fàn)t頂達(dá)到理想溫度。

2.1 設(shè)備參數(shù)

高爐熱風(fēng)爐的相關(guān)風(fēng)機以及電動機的參數(shù)統(tǒng)計表如表1所示。

2.2 改造方案及設(shè)備選型

設(shè)備在改造中，由于顧慮到改造費用與實際取得效益是否成正比的原因和可操作空間是否有足夠預(yù)留的關(guān)系，采取“一對一”的方案，那就是采用增加一臺高壓變頻器的方式來達(dá)到助燃風(fēng)機可以調(diào)速的目的，并保證系統(tǒng)自身的管路不被改變，改裝完成后打開所有閥門，高壓變頻器拖動了助燃風(fēng)機電機，助燃風(fēng)機系統(tǒng)想達(dá)到恒壓送風(fēng)的效果，必須通過高壓變頻器給出壓力信號來實現(xiàn)，在變頻器對電動機實現(xiàn)調(diào)速功能的一般工作情況下，在變頻器出現(xiàn)了嚴(yán)重故障的情況下旁路裝置就會自動切換到工頻模式，使助燃風(fēng)機能夠連續(xù)運行。

控制變頻器的電壓信號兩種操作方式，分別為遠(yuǎn)程控制和安裝機旁操作箱兩種能在變頻設(shè)備附近的控制箱上安裝實現(xiàn)由自動控制和手動控制間的相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)至手動模式時，可以使用機旁操作箱來控制設(shè)備的啟停，轉(zhuǎn)至自動控制模式時，可使用遠(yuǎn)程DCS系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備的啟停。

助燃風(fēng)機的兩種工作模式分別為“兩燒一送”、“一燒一送一悶爐”，根據(jù)這兩種模式的參數(shù)狀態(tài)，

分析這兩種模式下的運行參數(shù)，來確保燒爐正常工作的前提下，冷風(fēng)管道所需要的壓力，當(dāng)熱風(fēng)爐的工作壓力提高或降低時，安裝在冷風(fēng)管道璧上的風(fēng)壓傳感裝置的輸出信號也會隨之進(jìn)行相應(yīng)的改變，作為反饋數(shù)據(jù)和給定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果為負(fù)值，那么經(jīng)由變頻器中的PID單元進(jìn)行自動處理之后，變頻器的輸出頻率會有所增加，電動機的轉(zhuǎn)速也會隨之提升，這種提升會持續(xù)到壓力和設(shè)定壓力達(dá)到一定平衡值為止。反之比較平衡值是正值，則相反。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是這樣產(chǎn)生的，這個系統(tǒng)實現(xiàn)了助燃風(fēng)機的自動送風(fēng)，保證燒爐工作系統(tǒng)總是在最優(yōu)工作環(huán)境下工作。

在改造的過程中選用結(jié)構(gòu)為“單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)”的變頻器。“單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)”型變頻器的工作原理，范圍為10千伏的高壓變頻器使用每相9個單元體的方式進(jìn)行串聯(lián)，進(jìn)行輸出的三組單元體一端連接到中性點，另一端連接到電動機。移相變壓器的副邊繞組向同一功率單元供電?！皢卧?lián)多電平結(jié)構(gòu)”型變頻器通過移相疊加能夠有效消除高次諧波，輸出波形更加接近正弦波。

高速單片機、PLC系統(tǒng)以及人機界面共同實現(xiàn)了高壓變頻器控制系統(tǒng)部分的功能，功率單元的保護(hù)和PWM控制由單片機實現(xiàn)?？梢噪S著熱風(fēng)爐系統(tǒng)運行要求的變化以及變頻器控制的具體要求來作出對應(yīng)的控制方案。

2.3 變頻改造的意義

2.3.1 節(jié)約電能

熱風(fēng)爐在常規(guī)運行的時候，有兩種狀態(tài)，分別是：“兩燒一送”、“一燒一送一悶爐”。他們的分配周期是：一個小時的生產(chǎn)周期中，兩個熱風(fēng)爐同時進(jìn)行燒爐工作的時間為40分鐘到45分鐘，風(fēng)機入口閥門的變化在百分之五十到百分之七十之間，冷風(fēng)道的流量大約為9萬到13萬之間，電動機運行的電流大約為55到60A。單爐生產(chǎn)和悶爐時間為18到21分鐘，風(fēng)機入口閥門開度為35%。

由于生產(chǎn)過程中風(fēng)門沒有達(dá)到最大程度的敞開，導(dǎo)致了管道阻力的增大，從而降低了風(fēng)機的工作效率，產(chǎn)生的很大一部分能量都浪費在了擋板的截流上面。變頻經(jīng)過改造之后，風(fēng)門的開放程度達(dá)到了最大化，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速開始受給定信號的控制，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

2.3.2 軟啟動

目前鋼鐵企業(yè)在日常生產(chǎn)中啟動設(shè)備大多采用硬啟動的方式，啟動時設(shè)備電流峰值回答道額定電流五倍到六倍之間，如此強大的瞬時電流量不但會嚴(yán)重的減少電機的使用壽命，而且還會導(dǎo)致電能的損失，同時提高構(gòu)造電網(wǎng)時的費用。

使用高壓變頻器后，由于采用設(shè)備軟啟動功能優(yōu)化了設(shè)備電流量峰值過高的問題，設(shè)備電流由0向上增長，最高啟動電流不超過額定電流，這樣大大的而提升了設(shè)備的使用壽命，也減少了對電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了設(shè)備維修和維護(hù)的費用。

3 節(jié)能效果

進(jìn)行變頻改造實現(xiàn)了企業(yè)環(huán)境與經(jīng)濟雙贏的局面，有關(guān)研究表明經(jīng)過變頻改造后的大中型企業(yè)，每季度耗電量減少47.5萬千瓦時，為企業(yè)節(jié)省了將近33萬元的運營成本。降低二氧化碳排放量1662.15噸，降低二氧化硫排放量10.97噸。變頻改造還減少了工人機械性的反復(fù)操作次數(shù)，實現(xiàn)了人工效益的提高，同時軟啟動減少了設(shè)備的損耗，電網(wǎng)維護(hù)的支出，間接的見底了運營成本。

除去以上列出的經(jīng)濟效益外，變頻技術(shù)更重要的成就體現(xiàn)在了環(huán)境保護(hù)的方面，據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計采用變頻技術(shù)，每季度可以降低二氧化碳排放量1662.15噸，降低二氧化硫排放量10.97噸。這就是變頻技術(shù)對人類的重大影響。

4 結(jié)語

一是使電動機的輸出力矩滿足機械系統(tǒng)對起動力矩的要求，保證平滑加速，平滑過渡，避免破壞性力矩沖擊；二是使起動電流滿足電動機承受能力的要求，避免電動機起動發(fā)熱造成絕緣破壞或燒毀；三是使起動電流滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，減少電壓暫降幅度，減少高次諧波含量等。是目前調(diào)速技術(shù)的主流，建議鋼鐵企業(yè)普及此項技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟效益的共同提升。

變頻器改造技術(shù)的提出和實現(xiàn)是人類科技?xì)v史上極其重要的一個里程碑，是一個重大突破，因為變頻技術(shù)的發(fā)明意味著人類開始重視能源的有限，能創(chuàng)新源也是需要節(jié)約的，這有利于可持續(xù)發(fā)展，是造福子子孫孫的重要成就，就當(dāng)代社會而言，從科技上實現(xiàn)節(jié)能減排已經(jīng)刻不容緩，是一次功在當(dāng)代，利在千秋的重要發(fā)明。

參考文獻(xiàn)

[1]程彥智.酒鋼現(xiàn)有風(fēng)機栗類設(shè)備進(jìn)行變頻改造的可行性分析[J].甘肅冶金，2007，（6）：86-87.

[2]宋增慶.煉鋼廠脫硫除塵風(fēng)機高壓變頻改造[J].變頻器世界，2013，（7）：27-30.

[3]錢存東.冷卻水塔風(fēng)機采用水輪機節(jié)電改造項目實例[J]電力需求側(cè)管理，2013，（7）：21-22.

[4]張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實踐[M].第一版.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[5]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].第一版.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.