變頻節(jié)能技術(shù)在高爐除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

張 濤

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北承德 067002）

0 引言

河鋼承鋼煉鐵事業(yè)部3#高爐有一次和二次兩個(gè)爐前除塵系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著該高爐爐前鐵口、鐵溝及渣溝的粉塵、二氧化硫氣體等煙氣的收集及過(guò)濾作用。爐前除塵系統(tǒng)屬于布袋除塵，依靠除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)產(chǎn)生的負(fù)壓將粉塵、二氧化硫氣體等煙氣收集到布袋，收集到粉倉(cāng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)除塵。原設(shè)計(jì)這套風(fēng)機(jī)通過(guò)高壓軟起啟動(dòng)高壓電機(jī)再通過(guò)調(diào)速型力偶合器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度，高壓電機(jī)始終處于全速滿負(fù)荷運(yùn)行，而實(shí)際風(fēng)機(jī)不需要最大滿負(fù)荷下運(yùn)行（主要集中在高爐鐵口開(kāi)口和堵鐵口這兩個(gè)時(shí)段），大部分時(shí)間運(yùn)行在2轅3 額定負(fù)荷段上。這樣，爐前除塵系統(tǒng)高壓電機(jī)處于全速滿負(fù)荷運(yùn)行，而通過(guò)調(diào)速型力偶合器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行微量調(diào)整，產(chǎn)生的多余風(fēng)量被浪費(fèi)掉。為此在負(fù)荷變小的情況下，需要減小風(fēng)機(jī)風(fēng)量同時(shí)降低高壓電機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)省電能，避免高爐在冶煉鐵水生產(chǎn)中能源的浪費(fèi)以及生產(chǎn)成本的上升。

雖然早期已經(jīng)設(shè)計(jì)應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，有一定的節(jié)能效果；但是其調(diào)速性較差，始終存在轉(zhuǎn)差率，有轉(zhuǎn)差功率損失；輸出轉(zhuǎn)速始終低于輸入轉(zhuǎn)速，且輸出轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確；需要附加冷卻系統(tǒng)，增加投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，使用中冷卻系統(tǒng)頻繁故障，加大維護(hù)力度；調(diào)速范圍相對(duì)較窄。為此，對(duì)該爐前除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，有很多節(jié)能的空間，能夠在滿足高爐除塵環(huán)保的同時(shí)，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約更多的電能。

1 變頻器結(jié)構(gòu)

變頻器是一種交流電機(jī)控制裝置，其將電壓及頻率恒定的電源轉(zhuǎn)換為電壓及頻率可變的電源。其控制對(duì)象為通用交流電機(jī)。通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)：整流器，中間直流環(huán)節(jié)，逆變器，控制電路；變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

2 高壓電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理

高壓電機(jī)變頻節(jié)能用于風(fēng)機(jī)調(diào)速的案例較多。風(fēng)機(jī)定律由風(fēng)機(jī)的相似關(guān)系總結(jié)出來(lái)，轉(zhuǎn)速n 與風(fēng)量Q、壓力P、功率N 之間的相互關(guān)系為：

（1）風(fēng)量比關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2，風(fēng)量變化與電機(jī)轉(zhuǎn)速比的一次方成正比關(guān)系。

（2）風(fēng)壓比關(guān)系：P1/P2=（n1/n2）2，風(fēng)壓變化與電機(jī)轉(zhuǎn)速比的二次方成正比關(guān)系.

（3）軸功率比關(guān)系：N1/N2=（n1/n2）3，功率變化與電機(jī)轉(zhuǎn)速比的三次方成正比關(guān)系。

所以，轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，電機(jī)功率也將同步降低，同時(shí)電機(jī)的電能消耗也將降低，這就是變頻調(diào)速的節(jié)能原理。

3 高壓變頻節(jié)能的特點(diǎn)

變頻調(diào)速通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，綜合效率較高，是一種高效調(diào)速系統(tǒng)。電機(jī)變頻調(diào)速特點(diǎn)如下：

（1）電機(jī)綜合效率較高，電機(jī)跟隨風(fēng)機(jī)降速后，電流降低，發(fā)熱量降低，最終電機(jī)能耗低。

（2）對(duì)電機(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，解決了啟動(dòng)瞬間電流沖擊問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速且精度高范圍廣。

（3）與液力偶合器調(diào)速等相比，變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)量小，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)差率損耗。

（4）安全連鎖功能齊全，具有超溫過(guò)熱、限流、限壓，失速、減速再啟動(dòng)、接地保護(hù)，并具有故障記錄和運(yùn)行記錄及報(bào)警顯示，能夠與PLC 系統(tǒng)通信鏈接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)程控制。

（5）智能化水平較高，可以根據(jù)PLC 系統(tǒng)發(fā)出的指令，實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)接受反饋信號(hào)可以直接閉環(huán)運(yùn)行，調(diào)速精度高，滿足工藝控制要求。

由此得知，用于風(fēng)機(jī)調(diào)速最高效最節(jié)能的方式是變頻調(diào)速。

4 實(shí)施方案

4.1 變頻器的選型

公司在變頻器的選型考察上看中品牌的影響力，經(jīng)過(guò)慎重考慮，選擇西門(mén)子完美無(wú)諧波GEN 系統(tǒng)3 高壓變頻器。

4.2 變頻器工作原理

根據(jù)高爐爐前除塵的重要性，采用的變頻控制為一拖一方案，即1 臺(tái)變頻器拖動(dòng)1 臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)需調(diào)速運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)合隔離開(kāi)關(guān)（QSl、QS2）將變頻器投入到高壓回路，而后合真空斷路器（QF）使變頻器得電并啟動(dòng)變頻器以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接連接除塵風(fēng)機(jī)，而不再通過(guò)調(diào)速型液力耦合器這個(gè)中間環(huán)節(jié)連接。接線如圖2所示。

圖2 變頻器連接圖

5 改造效果

5.1 簡(jiǎn)化工藝效果

在原來(lái)的調(diào)速型液力耦合器調(diào)速時(shí)，需要將風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為零和耦合器開(kāi)度為零后啟動(dòng)電機(jī)，待電機(jī)電流穩(wěn)定后再開(kāi)啟風(fēng)門(mén)然后調(diào)節(jié)液力耦合器到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，操作相當(dāng)復(fù)雜。變頻改造后，通過(guò)調(diào)整變頻器的頻率完成低速到高速的啟動(dòng)，運(yùn)行中的根據(jù)實(shí)際需要對(duì)風(fēng)機(jī)的調(diào)速，操作非常簡(jiǎn)單方便，調(diào)速非常準(zhǔn)確快捷。

5.2 優(yōu)化設(shè)備效果

采用高壓變頻器取代高壓軟啟動(dòng)器和調(diào)速型液力耦合器后，不但實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)而且電機(jī)速度也可調(diào)低，同時(shí)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單可靠；另外啟動(dòng)時(shí)的緩慢升速過(guò)程也使整套風(fēng)機(jī)機(jī)械設(shè)備的零部件、密封和軸承等的使用壽命大大延長(zhǎng)。最主要的是不用液力耦合器調(diào)速，大大減少機(jī)械故障，同時(shí)降低了檢修工作強(qiáng)度和維護(hù)量。

5.3 節(jié)電效果

進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造后，最重要的是獲得重大的節(jié)電效果。改造前電機(jī)電流為176 A；改造后電機(jī)電流為130 A 以下甚至更低。風(fēng)機(jī)年總用電量分析：將高爐一二次除塵風(fēng)機(jī)變頻改造投入運(yùn)行成功后，年節(jié)電量如表1 所示：

表1 變頻前后對(duì)照表

2 臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻改造后，年節(jié)約用電量為1383.9 萬(wàn)kW·h，節(jié)電率平均約為32豫。

6 結(jié)語(yǔ)

高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，是鋼鐵企業(yè)節(jié)能增效的新亮點(diǎn)、新途徑，對(duì)于節(jié)約電能、降低維護(hù)費(fèi)用、簡(jiǎn)化工藝操作步驟而言效果非常明顯，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。