燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造實(shí)踐
吳國江 馮德峰
（常熟市龍騰特種鋼有限公司燒結(jié)廠 江蘇常熟市 215511）
摘要：本文介紹了鋼鐵企業(yè)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造的設(shè)計與方案實(shí)現(xiàn)。并通過燒結(jié)廠現(xiàn)狀與改造后主抽風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對比及節(jié)電率計算，說明變頻改造的巨大經(jīng)濟(jì)效益及其他間接效益，并根據(jù)實(shí)際情況提出進(jìn)一步提升建議。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)；變頻改造；節(jié)電率
1 鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠現(xiàn)狀
某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠有 2 臺面積均為 192m ² 的燒結(jié)機(jī)，其每臺燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)由 1 臺燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)組成，主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)型號為TD7000-6，額定功率為 7000kW 。額定電壓 10kV，額定電流為462A，額定轉(zhuǎn)速為 1000rpm ，功率因數(shù) 0.95。目前為工頻方式運(yùn)行，采用液阻軟啟動器啟動，在主抽控制室集中控制。主抽風(fēng)機(jī)現(xiàn)有控制系統(tǒng)為西門子控制系統(tǒng)，采用入口風(fēng)門的調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)壓，滿足負(fù)壓的要求。目前燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)門的正常開度在 50 度到 70 度之間。
隨著目前厚料層燒結(jié)工藝的實(shí)施，漏風(fēng)治理工作的穩(wěn)步推進(jìn)，風(fēng)門開度只要開至 50 度左右就能滿足生產(chǎn)需要，但通過調(diào)節(jié)風(fēng)門控制流量，存在諸多弊端。1）通過入口風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，把風(fēng)量消耗在擋板上，造成能量損耗；2）風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量造成風(fēng)門擋板前后壓差大，風(fēng)門前的管道和風(fēng)門擋板易磨損；3）電機(jī)全速運(yùn)行，振動大、噪聲大、損耗大，軸承磨損嚴(yán)重；4）風(fēng)門擋板采用執(zhí)行電動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，需定期校驗(yàn)風(fēng)門開度，使用不便及維護(hù)量大。
2 變頻改造的設(shè)計原則
主抽風(fēng)機(jī)變頻改造的設(shè)計遵循“起點(diǎn)高、質(zhì)量好、工期短、投資省、見效快”的投資理念，采用國內(nèi)外成熟先進(jìn)的工藝和技術(shù)裝備，充分體現(xiàn)“安全、可靠、先進(jìn)、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)”的原則。改造后能盡快達(dá)到設(shè)計節(jié)能率；在平面布置上做到緊湊合理，工藝流程順暢，物流運(yùn)輸便捷，盡可能節(jié)約占地；設(shè)計嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的設(shè)計規(guī)范和規(guī)定，做到節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、環(huán)境友好。
3 改造方案
1、2# 燒結(jié)機(jī)每臺燒結(jié)機(jī)配有一臺主抽風(fēng)機(jī)，主抽風(fēng)機(jī)各參數(shù)相同，考慮到主抽變頻系統(tǒng)的完整可靠，1、2# 燒結(jié)機(jī)主抽變頻改造統(tǒng)一設(shè)計，采用二拖二交叉互起互為備用的方案，各自主抽變頻器既可以起動和運(yùn)行各自主抽風(fēng)機(jī)，又可在某一變頻器故障時用另一臺風(fēng)機(jī)的變頻器起動本風(fēng)機(jī)后切回工頻運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的可靠性。并且主抽風(fēng)機(jī)啟動時和脫硫脫硝系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動控制，保證系統(tǒng)啟動時脫硫脫硝和主抽兩套系統(tǒng)配合穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，可以嵌入到原有燒結(jié)主工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一操作，也可以根據(jù)燒結(jié)工藝參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)主抽變頻系統(tǒng)的自動控制。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用內(nèi)部強(qiáng)制空冷加外部二次水冷的方式。
由于 1、2# 燒結(jié) 10kV 高配室內(nèi)已沒有備用饋線回路及位置增加饋線柜，進(jìn)行高壓變頻器二拖二互為備用改造的方案及改造的脫硫脫硝系統(tǒng)所需要增加的高壓開關(guān)柜，考慮在原有建筑物改造為主抽高配室、變頻器室，1、2# 主抽 10kV 高配室電源進(jìn)線取自原有燒結(jié)主抽饋電柜，敷設(shè)進(jìn)線電纜采用取電制。主抽高配室滿足主抽高壓變頻器二拖二互為備用改造所有饋電柜外，另增加 4 個饋線柜供 1、2# 燒結(jié)新改造脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)高壓變頻器和磁控軟起柜；2 個饋線柜供新改造脫硫脫硝動力變壓器供電；2 個備用饋線柜 (布置在變頻器高配室內(nèi) )。
主抽風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行控制、新更換與變頻調(diào)速裝置配套的同步電機(jī)勵磁裝置兩套。增設(shè)相應(yīng)主站PLC 內(nèi)部自成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與原主工藝 PLC 系統(tǒng)的通訊，主抽控制系統(tǒng)采用原有系列產(chǎn)品，與現(xiàn)場控制系統(tǒng)兼容。包含以下功能：主抽風(fēng)機(jī)起停控制、主抽風(fēng)機(jī)的旁路控制及其輔助設(shè)備油站的控制、風(fēng)門控制，主抽振動、溫度、壓力等儀表顯示、控制，帶兩臺操作員站、一臺工程師站。實(shí)時監(jiān)控項(xiàng)目主要包括：風(fēng)機(jī)與電機(jī)所帶檢測儀表信號、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及電機(jī)電壓、電流、風(fēng)門位置等信號 (所有 AI必須考慮隔離進(jìn)入 PLC)、同時系統(tǒng)輸入輸出冗余 15% -20% 。另外，主抽風(fēng)機(jī)控制畫面預(yù)留儀表參數(shù)連鎖修改、連鎖解除修改接口。儀表檢測預(yù)警，預(yù)警方式為聲光報警。
圖 1 燒結(jié)主抽變頻改造高壓主接線系統(tǒng)圖
4 功能考核
燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻改造功能考核項(xiàng)為主抽風(fēng)機(jī)的節(jié)電率，主抽風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)電率計算如下：
風(fēng)機(jī)節(jié)電率 = P1-P2- P3 / P − −×100%
主抽風(fēng)機(jī)改造前工頻運(yùn)行功率 P1，
主抽風(fēng)機(jī)改造后變頻運(yùn)行功率 P2，
變頻系統(tǒng)（含變壓器）本身電耗、空水冷系統(tǒng)及冷卻空調(diào)電耗 P 3 ≈ 225kW 。
5 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)及節(jié)電率計算
1、數(shù)據(jù)來源：某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠“1 號（2 號）180m 2 燒結(jié)機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行記錄”。
2、隨機(jī)抽查數(shù)據(jù)時間說明：
1）、1# 機(jī)改造前的數(shù)據(jù)為 2021 年 1、2、5、6、7、8 六個月，改造后數(shù)據(jù)為 2021 年 10 月和 2021 年 1、2、3、4 五個月。
2）、2# 機(jī)改造前的數(shù)據(jù)為 2021 年 1、2、5、6、7、8 和 10七個月，改造后數(shù)據(jù)為 2021 年 1、2、3、4 四個月。
3）、按照功能考核要求，應(yīng)以改造前、后的功率值進(jìn)行計算 ,進(jìn)行統(tǒng)計、對比加以簡要說明。
主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)改造前
因改造前后電機(jī)未發(fā)生變化，僅在中間環(huán)節(jié)加裝了變頻器，因改造前后功率因素變化影響不大，取電機(jī)功率因素 0.9。相關(guān)用于主抽風(fēng)機(jī)改變頻的附屬設(shè)備總負(fù)荷約為 225KW （包含循環(huán)水泵及空調(diào)），由于 1# 機(jī)和 2# 機(jī)公用，每臺機(jī)承擔(dān) 112.5KW負(fù)荷。
1# 機(jī)：
改造前平均輸入功率 P1=S1*COSθ=5502.3kW ，
改造后平均輸入功率 P2=S2*COSθ=4263.9KW ，
附屬設(shè)備功率 P3=112.5KW 。
風(fēng)機(jī)節(jié)電率 =20.4%
2# 機(jī)：
改造前平均輸入功率 P1=S1*COSθ=6073.9kW ，
改造后平均輸入功率 P2=S2*COSθ=4454.2kW ，
附屬設(shè)備功率 P3=112.5kW 。
風(fēng)機(jī)節(jié)電率 =24.8%
3、通過 1# 機(jī)和 2# 機(jī)改造前后隨機(jī)抽查幾個月運(yùn)行輸入功率的變化記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計、比對可以看出，主抽風(fēng)機(jī)改造后的運(yùn)行輸入功率明顯小于改造前的輸入功率值，尤其是 2# 機(jī)變化更加明顯。充分說明 1# 和 2# 風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)電效果顯著。
6 進(jìn)一步提升建議：
根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能原理曲線圖，對照現(xiàn)場實(shí)際觀察和數(shù)據(jù)看，1# 和 2# 主抽風(fēng)機(jī)的運(yùn)行操作，同時結(jié)合燒結(jié)及脫硫脫硝工藝技術(shù)條件要求，進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，達(dá)到最優(yōu)的平衡點(diǎn)，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、節(jié)能和安全。
處理好燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)與脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)的出力均衡，節(jié)電率還將進(jìn)一步提升，可以在保證脫硫粉床穩(wěn)定前提下適當(dāng)降低燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，提高脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，整體系統(tǒng)將會取得更好的節(jié)能效果。
如果 1# 和 2# 機(jī)的運(yùn)行工藝、產(chǎn)能和技術(shù)條件均相同，1# 機(jī)與2#機(jī)的節(jié)能效果應(yīng)該基本一致。所以可進(jìn)行進(jìn)一步的查驗(yàn)、分析，找出原因加以調(diào)整、改進(jìn)。
7 本次主抽變頻改造還帶來了如下間接效益：
在原有 1、2# 燒結(jié) 10kV 高配室其他負(fù)荷沒有變化的情況下，僅新增加脫硫脫硝負(fù)荷 5000KVA，在此情況下，原來上一級 110kV變電所承擔(dān)的負(fù)荷就較重，勢必會進(jìn)一步加重 110kV 變電所的負(fù)擔(dān)，但通過變頻節(jié)能改造技術(shù)，整個實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷還降低了，延緩了 110KV 變電所增容的緊迫性。
通過本次主抽風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)了兩套高壓變頻二拖二交叉互起控制 1#、2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)，同時我們又建議脫硫脫硝增壓風(fēng)機(jī)采用變頻控制，最終達(dá)到了減少大風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊及節(jié)能的目的。節(jié)約了 5000kVA 滿足了脫硫脫硝升級改造所增加的負(fù)荷，另外又對 1#、2# 燒結(jié)的 10kV 兩段母線增設(shè)高壓動態(tài)無功補(bǔ)償，滿足了電網(wǎng)功率因素要求。
1#、2# 燒結(jié)系統(tǒng)具體間接效益如下：
1）基本解決上一級 110kV 變電所必須立即實(shí)施增容改造問題。
2）解決了 1#、2# 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)檢修、停車再啟動時由生產(chǎn)調(diào)度協(xié)調(diào)組織軋鋼廠停止過鋼配合的問題，使兩個廠生產(chǎn)更順暢，均提高了生產(chǎn)效率。
3）改善了 110kV 變電所 10kV 兩段母線功率因素，提高了電能的利用率。
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