調(diào)速控制技術(shù)在煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用研究

凌幸福

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417000）

除塵風(fēng)機(jī)作為煉鋼廠生產(chǎn)工作中必不可少的設(shè)備之一，其產(chǎn)生的風(fēng)量參數(shù)、負(fù)壓參數(shù)等有效數(shù)據(jù)在運(yùn)行過(guò)程中基本一直處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。但受到一些外界環(huán)境或工廠生產(chǎn)技術(shù)等因素的干擾（例如一些煉鋼廠生產(chǎn)工作任務(wù)較少、機(jī)械設(shè)備不定時(shí)開(kāi)關(guān)等），直接的影響了除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行[1]。根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中，其能耗的有效利用率僅占整體的35%～65%，其余工作能量全部消耗在風(fēng)機(jī)的空轉(zhuǎn)上，為了提升除塵風(fēng)機(jī)的工作效率，將調(diào)速控制技術(shù)引入到煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用中，滿足了設(shè)備荷載的變速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的隨時(shí)啟動(dòng)或暫停，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能耗的功能。因此以下將根據(jù)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律，開(kāi)展其調(diào)速控制方法的研究，為滿足現(xiàn)代化工藝生產(chǎn)提供良好的技術(shù)支持。

1 基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)調(diào)控方法設(shè)計(jì)

結(jié)合煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律及工廠的生產(chǎn)活動(dòng)，以下將從調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差頻率、分析矢量控制數(shù)據(jù)、調(diào)整發(fā)電機(jī)軸速三個(gè)方面，進(jìn)行基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)調(diào)控方法的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1.1 轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)

根據(jù)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律，以下將結(jié)合調(diào)速控制技術(shù)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的調(diào)速控制方法研究。首先應(yīng)降低V/F調(diào)控模式自身具備的缺陷，在調(diào)速控制理論模式基礎(chǔ)上加入控制速度的閉合環(huán)口，閉合環(huán)口的計(jì)算公式如下所示。

如上述公式所示，為煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)中的閉合環(huán)口設(shè)計(jì)[2]。公式中，Pe表示為不同轉(zhuǎn)速頻率下設(shè)備發(fā)電機(jī)的輸出軸距，計(jì)算單位為N/m；Pl表示為設(shè)備負(fù)載狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的輸出軸距，計(jì)算單位為N/m；j 表示為設(shè)備單軸狀態(tài)下慣性產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)量，計(jì)算單位為N/m·s2；dw表示為設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下角轉(zhuǎn)速；dt表示為角轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的功率，計(jì)算單位為kB。結(jié)合公式計(jì)算，可得出除塵風(fēng)機(jī)的控制轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)即為Pe-Pl軸距的計(jì)算，根據(jù)Pe-Pl軸距的變化情況分析對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率[3]。如下圖1所示。

圖1 除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備軸距—轉(zhuǎn)差頻率關(guān)系

如上述圖1所示，為煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)輸出軸距與轉(zhuǎn)差頻率變化之間的關(guān)系。在確保設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，氣隙磁通的條件下，結(jié)合調(diào)速控制技術(shù)定義的設(shè)備轉(zhuǎn)差頻率為k，保持設(shè)備頻率速度與轉(zhuǎn)速同時(shí)升高或降低，可使用外界信號(hào)干預(yù)的方式將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無(wú)衰減的傳遞到頻設(shè)備頻率控制中心上，實(shí)現(xiàn)基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備中轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)，基于上述技術(shù)以下將進(jìn)行對(duì)應(yīng)的矢量控制分析。

1.2 矢量控制分析

根據(jù)上述對(duì)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)節(jié)，下述將進(jìn)行對(duì)應(yīng)的矢量控制數(shù)據(jù)的分析。為了提升設(shè)備發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，在實(shí)現(xiàn)風(fēng)速調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上滿足節(jié)能減排的要求，以下將構(gòu)建異步數(shù)據(jù)矢量控制模型[4]。模型結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2 異步數(shù)據(jù)矢量控制模型結(jié)構(gòu)

如上述圖2所示，為異步數(shù)據(jù)矢量控制模型的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)應(yīng)的A、B、C為煉鋼廠除塵機(jī)的不同運(yùn)行頻率，首先應(yīng)先構(gòu)建對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，可將直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成異步變流發(fā)電機(jī)。根據(jù)動(dòng)態(tài)化矢量變換，計(jì)算不同運(yùn)行狀態(tài)下的直流電輸出軸距。計(jì)算公式如下所示。

如上述公式所示，為多種運(yùn)行狀態(tài)下的直流電輸出軸距計(jì)算。公式中，Pe表示為軸距，計(jì)算單位為dm；K表示為設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)軸系數(shù)，通常取值為1.2～1.8之間；I表示為直流電電流大小，計(jì)算單位為A；t 表示為設(shè)備的多種運(yùn)行狀態(tài)；α表示為電樞狀態(tài)；f表示為電磁電流。通過(guò)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下周圍磁場(chǎng)的變化，可將直流電流轉(zhuǎn)換成可調(diào)速電流，將異步運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成等效坐標(biāo)軸，依據(jù)傳統(tǒng)的直流電控制方法，獲得煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備的電流控制權(quán)限，同時(shí)結(jié)合電流反變換狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)控制[5]。同理，根據(jù)二者之間的解耦關(guān)系，可計(jì)算設(shè)備瞬間轉(zhuǎn)換運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電流數(shù)值，在控制Iα的條件下，不影響If的數(shù)值。因此，對(duì)數(shù)據(jù)的矢量控制即是對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下不同形式電流的分解及重新組合，可實(shí)現(xiàn)有效的提升調(diào)速控制的動(dòng)態(tài)化性能。

1.3 發(fā)電機(jī)軸速調(diào)整

根據(jù)上述進(jìn)行的矢量數(shù)據(jù)控制分析，下述將調(diào)整除塵風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)軸速，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制方法的設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行異步驅(qū)動(dòng)軸速的計(jì)算。計(jì)算公式如下所示。

如上述公式所示，為異步驅(qū)動(dòng)軸速的計(jì)算公式，公式中，r表示為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下發(fā)電機(jī)周圍磁場(chǎng)的變化規(guī)律；f表示為煉鋼廠的供電電壓，計(jì)算單位為伏特；R表示為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換差運(yùn)行頻率，計(jì)算單位為次/s；60表示發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)。根據(jù)上述計(jì)算公式，改變f的數(shù)值可直接改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備軸速的控制。提升除塵風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量，一方面可以提升工廠的供電電壓f，也稱開(kāi)流調(diào)節(jié)，另一方面可通過(guò)控制風(fēng)口的開(kāi)關(guān)程度調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的軸速，也稱節(jié)流調(diào)節(jié)，結(jié)合風(fēng)機(jī)參數(shù)變化規(guī)律，不排除外界干擾因素，在滿足風(fēng)量的前提條件下，可將風(fēng)壓進(jìn)行大幅度調(diào)整，降低風(fēng)機(jī)效果面積與功率之間的比例，滿足動(dòng)態(tài)化風(fēng)速需求量，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制方法的設(shè)計(jì)。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制方法的有效性，將其與傳統(tǒng)的調(diào)速控制方法對(duì)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備的調(diào)速耗能情況進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)流程如下：設(shè)置傳統(tǒng)調(diào)速控制方法為對(duì)照組，設(shè)置本文設(shè)計(jì)的方法為實(shí)驗(yàn)組，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，選取同種類型的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行分別的調(diào)速控制，其它對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素保持一致，收集5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，并通過(guò)分析得出對(duì)兩種方法檢測(cè)出的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行功率，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成表格。如下表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)kW/h

由實(shí)驗(yàn)及表1中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)組設(shè)備消耗的功率明顯低于對(duì)照消耗的功率。因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計(jì)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制方法具有更高的實(shí)用性能，更具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，因此應(yīng)加大該方法在煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

文章開(kāi)展了基于調(diào)速控制技術(shù)的煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)調(diào)控方法的研究，從調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差頻率、分析矢量控制數(shù)據(jù)、調(diào)整發(fā)電機(jī)軸速三個(gè)方面，進(jìn)行煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制方法的詳細(xì)設(shè)計(jì)。并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了該方法具有一定的使用價(jià)值，盡管該方法的已經(jīng)在部分煉鋼廠開(kāi)始逐步應(yīng)用，但仍缺乏大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)證明方法的有效性，在后期的發(fā)展中，將建立更加全面的數(shù)據(jù)管理機(jī)制用于存儲(chǔ)不同狀態(tài)下的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制提供更加有利的機(jī)制指導(dǎo)。