一.前言
改革開往以來，我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，但是能源工業(yè)的發(fā)展遠遠滿足不了需要，而且相當一個時期內(nèi)能源缺口的狀態(tài)不會改觀，因此國家以開發(fā)與節(jié)約并重的能源政策為主，
阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應用
。尤其以節(jié)約寶貴的二次能源---電能為主。我國電能最大的用戶是電機，約占50%，其中風機水泵的耗電占全部電能的30%。傳統(tǒng)的風機水泵的風量，水量的調(diào)節(jié)是靠風門，節(jié)流閥的調(diào)節(jié)。當風量，水量的需要減少時，風門，閥的開度減少，當風量，水量的需要增加時，風門，閥的開度增加，這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費大量能源在風門，閥上為代價的。并且通常在設計中，用戶風機水泵的設計容量都要比實際需要高出很多，這樣容易形成人們常說的"大馬拉小車"的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。昆鋼股份有限公司在國家不斷完美市場經(jīng)濟體制，加快改革開放和西部大開發(fā)的大好形式下，抓住機遇，加速發(fā)展，廣泛吸收國內(nèi)個優(yōu)秀鋼鐵企業(yè)的成功經(jīng)驗，優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu)，大力推進技術進步，節(jié)能降耗，清潔生產(chǎn)等工作，使鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理，市場競爭力顯著增強，在現(xiàn)代化，節(jié)約化，高效化的工業(yè)進程中實現(xiàn)了實質(zhì)的飛躍，為實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為國家節(jié)能環(huán)保事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展做出了較大的貢獻，如果采用調(diào)節(jié)速度的方式來調(diào)節(jié)流量，就可以從根本防止電能的浪費，近年來隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻調(diào)速技術越來越成熟，因此推廣變頻調(diào)速，在風機，水泵類設備上的應用，對于減少能源浪費具有重要意義。
二.項目概況
2005年隨著昆鋼改擴建項目的先后投產(chǎn)，昆鋼的生產(chǎn)規(guī)模更加上了一個新的臺階，用電量也將大幅度增加。針對目前電力供應緊張的局面，為滿足昆鋼不斷增長的生產(chǎn)，生活用電的需要，昆鋼在取得"綠色照明"改造等節(jié)電成果的基礎上，對老系統(tǒng)，老設備將再積極探索推廣使用變頻節(jié)能產(chǎn)品，進一步提高設備的電能利用效率，力求在節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，保護環(huán)境上取得新的突破，
昆鋼股份有限公司二號三號高爐始建于上世紀八十年代，設備幾經(jīng)改造，其中變頻器應用在300立方米高爐上的熱風爐助燃鼓風機上，電機參數(shù)如下:
序號 名稱 電機型號
額定功率
(KW)
額定電流
(A)
風機型號
額定流量
(m3/h)
額定壓力
(PA)
1 2#機 Y355M1-4 250 457.7 9-26NO.13D 51823 9837 2 3#機 Y355M1-4 250 457.7 9-26NO.13D 51823 9837
三.生產(chǎn)工藝流程
1.工藝簡圖如下圖:
煉鐵廠二號，三號高爐熱風助燃風機設計為一對一無備用，風機為24小時連續(xù)運行。在熱風爐出口設有放空閥，用于調(diào)節(jié)供給高爐熱風的壓力和流量，壓力一般控制在5.0--5.4KPA。兩座高爐熱風爐助燃風機長期以來均通過調(diào)節(jié)放空閥的方法來實現(xiàn)流量控制，故系統(tǒng)效率低，功耗大，電能浪費嚴重，由于生產(chǎn)正常時要求持續(xù)，穩(wěn)定的供風，因此風量，風壓變化不大，此時可通過變頻器調(diào)節(jié)消除節(jié)流損失，同時提高風機的運行效率，雖然由于電動機負載率的下降會使其運行效率降低，但因風機運行功率的下降幅度很大，電動機的損耗也有所減少，最終使電動機運行功率大幅下降，從而達到節(jié)電的目的。
3.因兩座高爐的工況不同，以2號高爐熱風爐鼓風機為例，高爐在正常煉鐵生產(chǎn)時由于現(xiàn)場測試條件有限，只對電機進行了測試，
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《阿爾法變頻器在煉鐵高爐上的應用》(http://www.dameics.com)。實測數(shù)據(jù): 風機電機的平均功率P=200.98KW
測試工況:風機正常運行，進口風門開度約85%，放空閥開度約5%，熱風壓力5.2KPA
四.改造方案:
1.變速調(diào)速原理:
按照電機學的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速原理滿足如下關系式:
n=(1-s)60f/p
式中:P-電機極對數(shù)， F-電機運行頻率，S--轉(zhuǎn)差.
從式中看出，電機的同步轉(zhuǎn)速N1正比于電機的運行頻率N，由于轉(zhuǎn)差S一般情況下比較小<0.05,電機的實際轉(zhuǎn)速N約等于電機的同步轉(zhuǎn)速N1,所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率F,就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速.
而改變頻率必須供電電壓,由交流電機成產(chǎn)的電磁關系:
E=4.44fwØ
式中:E--電機電動勢, F-定子頻率, W--繞數(shù)系數(shù),Ø-氣隙主磁通.
對異頻電機調(diào)速時,希望主磁通Ø恒定,就U/F曲線保持恒定,所以改變頻率時,供電電壓也跟著變化,
2. 風機調(diào)速節(jié)電原理:
由于風機內(nèi)部流體的復雜,單憑理論不能精確算出它們的性能,只能依靠流體力學中的相似理論,通過實驗和模擬手段來計算風機的運行工況.把相似定律應用于不同轉(zhuǎn)速運行的同一臺風機時,就可以得到下式:當改變風機的轉(zhuǎn)速,其轉(zhuǎn)速 n 流量Q 壓力(揚程)H,軸功率P的關系為:
3.改造方式:
兩座高爐熱風助燃風機目前通過調(diào)整風機進風閥門開度及放空閥開度來實現(xiàn)風量調(diào)節(jié),由人工在控制室根據(jù)風量需求在計算機上進行手動調(diào)節(jié)或在電機旁現(xiàn)場手動調(diào), 改造方案在采用變頻器后保持進風閥全開,放空閥全關,根據(jù)風壓和流量遠程手動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)可隨時隨意改變鼓風量,以適應高爐生產(chǎn)的變化,保持風機的正常經(jīng)濟運行,達到穩(wěn)定控制,方便操作,節(jié)約能源的目的.
為了保證系統(tǒng)的可靠性,兩臺風機均采用一臺阿爾法變頻器一拖一的控制方式,控制回路上設計工頻運行切換選擇,工/變頻選擇由人工切換操作,實現(xiàn)熱風爐風機或變頻運行,保留原控制系統(tǒng)和控制設備,調(diào)速控制均采用集中和遠程兩地操作,沿用現(xiàn)有的PLC計算機系統(tǒng),利用現(xiàn)有的PLC模塊備用I/O點,通過在燃控計算控制系統(tǒng)修改程序增加鼓風機的調(diào)速操作功能和變頻器輸出頻率,輸出電流顯示功能.
以二號高爐熱風爐風機為例:
平均節(jié)電率達27%以上,約一年半就能回收成本.
六,應用變頻器產(chǎn)生的其它效果:
1. 維護量減少
采用變頻調(diào)整后無論哪種工作條件,隨時可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作,由于啟動緩慢及轉(zhuǎn)速的降低相應地延長了許多零部件的壽命,同時極大地減輕了對管道的沖擊,節(jié)約大量的維護費用,
2.減少了對電網(wǎng)的沖擊
采用變頻器后系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動,電機啟動電流遠遠小于額定電流,啟動時間相應延長,對電網(wǎng)無沖擊,減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷,有效地延長了電機的使用壽命,
3.改善了工作環(huán)境
在滿足于生產(chǎn)工藝要求下,通過降低了風機的轉(zhuǎn)速降低了風機的燥音,風機燥音降低相當明顯,大大改善了員工的工作環(huán)境.