降低燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)自耗電的研究

王志強(qiáng)

（河鋼唐鋼能源科技分公司，河北唐山，063000）

1 燒結(jié)余熱技術(shù)及現(xiàn)狀

燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)隨著環(huán)保節(jié)能要求的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)得到了迅速發(fā)展，其能給鋼鐵行業(yè)創(chuàng)造了相當(dāng)不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。但作為節(jié)能項(xiàng)目在原始設(shè)備選型中也存在高耗能設(shè)備，而由高壓電機(jī)做驅(qū)動(dòng)的循環(huán)風(fēng)機(jī)耗電量較大，并且調(diào)節(jié)比較頻繁，可改用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能。并且隨著工藝模式的調(diào)整，在整改系統(tǒng)方面挖掘節(jié)能方面的潛能。

某鋼廠燒結(jié)余熱發(fā)電鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)選擇改造為采用變頻調(diào)速技術(shù)控制轉(zhuǎn)速，由于循環(huán)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)隨著燒結(jié)煙溫不斷變化，操作較為頻繁，而采用變頻調(diào)速技術(shù)在確保風(fēng)機(jī)能夠具備較好的調(diào)速功能，也在同時(shí)降低風(fēng)機(jī)能耗。余熱發(fā)電有循環(huán)風(fēng)機(jī)4臺(tái)，配套3臺(tái)1950kW和1臺(tái)2500kW的10kv電機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的80%，由于采用液偶調(diào)速(液偶本身消耗10%左右)，電機(jī)長(zhǎng)期處于額定負(fù)荷下運(yùn)行，造成了一定的能源浪費(fèi)。通過(guò)實(shí)施高壓電機(jī)的變頻系統(tǒng)改造將液偶去除，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻裝置直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，來(lái)達(dá)到節(jié)約耗電量的目的，同時(shí)使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速精準(zhǔn)。同時(shí)，通過(guò)根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，調(diào)整可節(jié)約性的資源。這對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有深遠(yuǎn)的意義。

2 其在運(yùn)行中存在的問(wèn)題

余熱鍋爐循環(huán)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中的耗能之處：（1）首先要選擇風(fēng)機(jī)設(shè)備，在能力上要留超出實(shí)際完成功率10%～15%的余量，實(shí)際工作負(fù)荷應(yīng)該多數(shù)低于額定負(fù)荷，從而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的功率不能達(dá)到最優(yōu)值，表現(xiàn)出來(lái)就是運(yùn)行效率較為低下。（2）啟動(dòng)時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊大，降低電動(dòng)機(jī)使用壽命。（3）在余熱鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，鍋爐擋板也是調(diào)節(jié)功能重要的一部分，其由電機(jī)帶動(dòng)，此電機(jī)功耗較大，消耗電能較多。（4）采用液偶調(diào)速(液偶本身消耗10%左右)，電機(jī)長(zhǎng)期處于額定負(fù)荷下運(yùn)行，造成了一定的能源浪費(fèi)。

3 改造關(guān)鍵點(diǎn)

由于主要耗電設(shè)備為余熱鍋爐的循環(huán)風(fēng)機(jī)，通過(guò)改變其傳動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)目的。

余熱鍋爐的循環(huán)風(fēng)機(jī)原有的調(diào)節(jié)方式一種是通過(guò)液力偶合器電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)；而另一種是通過(guò)調(diào)節(jié)鍋爐擋板控制風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，只是通過(guò)液偶控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而電動(dòng)機(jī)輸出的電能并沒(méi)有隨之減少，在此方面存在著浪費(fèi)了大量的電能。而液力調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)工作油來(lái)使得液力偶合器進(jìn)行工作的，其設(shè)備都是采用無(wú)機(jī)械連接，在電機(jī)運(yùn)行負(fù)載時(shí)并沒(méi)有節(jié)省能源，當(dāng)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，其減少負(fù)荷時(shí)所減少的能源也由于液偶的動(dòng)作而浪費(fèi)。另一種方式調(diào)節(jié)鍋爐擋板除了耗費(fèi)電動(dòng)機(jī)的功率外，還易造成擋板的損耗，減少使用壽命，導(dǎo)致檢修率增加。改為變頻控制也是出于從源頭節(jié)約電能的考慮，可以將擋板開(kāi)到最大或80%處就除非特殊情況下不再進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，減少擋板開(kāi)關(guān)損耗，從電機(jī)處通過(guò)輸出頻率的改變調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制的目的。

圖1 各種調(diào)節(jié)方式的節(jié)能效果比較圖

現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，也是由于物理學(xué)中矢量的研究和應(yīng)用，其使得異步電動(dòng)機(jī)存在變頻的可能，相較直流電動(dòng)機(jī)變頻應(yīng)用更加的廣泛和理想。而采用變頻調(diào)速后，其啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低的特性，導(dǎo)致設(shè)備能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，降低了啟動(dòng)時(shí)的沖擊力，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多機(jī)械設(shè)備及部件的使用壽命，有效的減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約機(jī)械設(shè)備及部件的相關(guān)維護(hù)，降低人員和設(shè)備成本。

4 改造方案

燒結(jié)余熱發(fā)電變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是主回路方案，即為手動(dòng)一拖一方案。此次的解決方案是采用通用的旁路方式。使兩個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)之間存在機(jī)械互鎖邏輯，讓其不能同時(shí)閉合，始終保持一開(kāi)一閉，通過(guò)開(kāi)關(guān)之間的斷開(kāi)閉合方式的改變，使得設(shè)備實(shí)現(xiàn)變頻和工頻運(yùn)行可切換的狀態(tài)。為了節(jié)約成本，電動(dòng)機(jī)和高壓開(kāi)關(guān)利用原液偶設(shè)備所配備的就可以實(shí)現(xiàn)。

變頻設(shè)備采用多級(jí)模塊串聯(lián)，交直交、高高方式進(jìn)行聯(lián)接，電隔離部分采用安捷倫光纖連接，冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷，過(guò)程控制方式采用開(kāi)環(huán)方式。額定輸入電壓10kV±10%，變壓器調(diào)壓范圍＋5%，系統(tǒng)輸出電壓0～10kV，系統(tǒng)輸出電流150A/185A，逆變側(cè)最高輸出電壓10KV，額定容量2500KVA/3125KVA，額定輸入頻率/允許變化范圍50Hz±10%，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的敏感性-35%～+15%，輸入側(cè)功率因數(shù)＞0.95（＞20%負(fù)載），變頻器效率＞0.96，控制方式多級(jí)正弦PWM控制。

5 實(shí)施效果

在余熱發(fā)電循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻改造前后，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出節(jié)電率平均達(dá)到22.7%。表格前面為項(xiàng)目改造前和改造后日期，轉(zhuǎn)速采用相同轉(zhuǎn)速下，入口煙溫相當(dāng)。

表1 4#爐變頻改造前后對(duì)比

由于調(diào)速技術(shù)的改變，為了能夠讓?shí)徫宦毠?duì)變頻操作技術(shù)能夠更好的實(shí)施，制定了變頻器操作規(guī)程及變頻操作規(guī)程，并對(duì)崗位全員進(jìn)行培訓(xùn)（包括理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用）。使得職工能夠快速有效的掌握變頻設(shè)備知識(shí)，在運(yùn)行中能夠正確的進(jìn)行操作。