燒結主抽風機變頻節能改造實踐

吳國江 馮德峰

（常熟市龍騰特種鋼有限公司燒結廠  江蘇常熟市  215511）

摘要：本文介紹了鋼鐵企業燒結主抽風機變頻節能改造的設計與方案實現。并通過燒結廠現狀與改造后主抽風機實際運行數據對比及節電率計算，說明變頻改造的巨大經濟效益及其他間接效益，并根據實際情況提出進一步提升建議。

關鍵詞：燒結主抽風機；變頻改造；節電率

1  鋼鐵企業燒結廠現狀

某鋼鐵企業燒結廠有 2 臺面積均為 192m ² 的燒結機，其每臺燒結機系統由 1 臺燒結主抽風機組成，主抽風機電機型號為TD7000-6，額定功率為 7000kW 。額定電壓 10kV，額定電流為462A，額定轉速為 1000rpm ，功率因數 0.95。目前為工頻方式運行，采用液阻軟啟動器啟動，在主抽控制室集中控制。主抽風機現有控制系統為西門子控制系統，采用入口風門的調節方式，調節系統的風壓，滿足負壓的要求。目前燒結主抽風機的入口風門的正常開度在 50 度到 70 度之間。

隨著目前厚料層燒結工藝的實施，漏風治理工作的穩步推進，風門開度只要開至 50 度左右就能滿足生產需要，但通過調節風門控制流量，存在諸多弊端。1）通過入口風門調節風量，把風量消耗在擋板上，造成能量損耗；2）風門擋板調節風量造成風門擋板前后壓差大，風門前的管道和風門擋板易磨損；3）電機全速運行，振動大、噪聲大、損耗大，軸承磨損嚴重；4）風門擋板采用執行電動機構驅動，需定期校驗風門開度，使用不便及維護量大。

2  變頻改造的設計原則

主抽風機變頻改造的設計遵循“起點高、質量好、工期短、投資省、見效快”的投資理念，采用國內外成熟先進的工藝和技術裝備，充分體現“安全、可靠、先進、適用、環保、經濟”的原則。改造后能盡快達到設計節能率；在平面布置上做到緊湊合理，工藝流程順暢，物流運輸便捷，盡可能節約占地；設計嚴格執行有關的設計規范和規定，做到節能降耗、清潔生產、環境友好。

3  改造方案

1、2# 燒結機每臺燒結機配有一臺主抽風機，主抽風機各參數相同，考慮到主抽變頻系統的完整可靠，1、2# 燒結機主抽變頻改造統一設計，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行各自主抽風機，又可在某一變頻器故障時用另一臺風機的變頻器起動本風機后切回工頻運行，以保證系統的可靠性。并且主抽風機啟動時和脫硫脫硝系統要實現聯動控制，保證系統啟動時脫硫脫硝和主抽兩套系統配合穩定運行。系統能夠滿足生產工藝要求，可以嵌入到原有燒結主工藝控制系統進行統一操作，也可以根據燒結工藝參數變化實現主抽變頻系統的自動控制。高壓變頻調速系統采用內部強制空冷加外部二次水冷的方式。

由于 1、2# 燒結 10kV 高配室內已沒有備用饋線回路及位置增加饋線柜，進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所需要增加的高壓開關柜，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 高配室電源進線取自原有燒結主抽饋電柜，敷設進線電纜采用取電制。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# 燒結新改造脫硫脫硝增壓風機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 )。

主抽風機采用變頻調速裝置進行控制、新更換與變頻調速裝置配套的同步電機勵磁裝置兩套。增設相應主站PLC 內部自成系統，實現與原主工藝  PLC 系統的通訊，主抽控制系統采用原有系列產品，與現場控制系統兼容。包含以下功能：主抽風機起停控制、主抽風機的旁路控制及其輔助設備油站的控制、風門控制，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。實時監控項目主要包括：風機與電機所帶檢測儀表信號、潤滑系統、冷卻系統及電機電壓、電流、風門位置等信號 (所有 AI必須考慮隔離進入 PLC)、同時系統輸入輸出冗余 15% -20% 。另外，主抽風機控制畫面預留儀表參數連鎖修改、連鎖解除修改接口。儀表檢測預警，預警方式為聲光報警。

圖 1 燒結主抽變頻改造高壓主接線系統圖

4  功能考核

燒結主抽風機變頻改造功能考核項為主抽風機的節電率，主抽風機變頻改造后節電率計算如下：

風機節電率 = P1-P2- P3 / P − −×100%

主抽風機改造前工頻運行功率 P1，

主抽風機改造后變頻運行功率 P2，

變頻系統（含變壓器）本身電耗、空水冷系統及冷卻空調電耗 P 3 ≈ 225kW 。

5  實際運行數據及節電率計算

1、數據來源：某鋼鐵企業燒結廠“1 號（2 號）180m 2 燒結機風機運行記錄”。

2、隨機抽查數據時間說明：

1）、1# 機改造前的數據為 2021 年 1、2、5、6、7、8 六個月，改造后數據為 2021 年 10 月和 2021 年 1、2、3、4 五個月。

2）、2# 機改造前的數據為 2021 年 1、2、5、6、7、8 和 10七個月，改造后數據為 2021 年 1、2、3、4 四個月。

3）、按照功能考核要求，應以改造前、后的功率值進行計算 ,進行統計、對比加以簡要說明。

主抽風機電機改造前

因改造前后電機未發生變化，僅在中間環節加裝了變頻器，因改造前后功率因素變化影響不大，取電機功率因素 0.9。相關用于主抽風機改變頻的附屬設備總負荷約為 225KW （包含循環水泵及空調），由于 1# 機和 2# 機公用，每臺機承擔 112.5KW負荷。

1# 機：

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 ，

附屬設備功率 P3=112.5KW 。

風機節電率 =20.4%

2# 機：

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 ，

附屬設備功率 P3=112.5kW 。

風機節電率 =24.8%

3、通過 1# 機和 2# 機改造前后隨機抽查幾個月運行輸入功率的變化記錄數據統計、比對可以看出，主抽風機改造后的運行輸入功率明顯小于改造前的輸入功率值，尤其是 2# 機變化更加明顯。充分說明 1# 和 2# 風機變頻改造節電效果顯著。

6  進一步提升建議：

根據風機、水泵的節能原理曲線圖，對照現場實際觀察和數據看，1# 和 2# 主抽風機的運行操作，同時結合燒結及脫硫脫硝工藝技術條件要求，進行進一步的調整，達到最優的平衡點，使得系統運行更加穩定、節能和安全。

處理好燒結主抽風機與脫硫脫硝增壓風機的出力均衡，節電率還將進一步提升，可以在保證脫硫粉床穩定前提下適當降低燒結主抽風機運行頻率，提高脫硫脫硝增壓風機運行頻率，整體系統將會取得更好的節能效果。

如果 1# 和 2# 機的運行工藝、產能和技術條件均相同，1# 機與2#機的節能效果應該基本一致。所以可進行進一步的查驗、分析，找出原因加以調整、改進。

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 10kV 高配室其他負荷沒有變化的情況下，僅新增加脫硫脫硝負荷 5000KVA，在此情況下，原來上一級 110kV變電所承擔的負荷就較重，勢必會進一步加重 110kV 變電所的負擔，但通過變頻節能改造技術，整個實際運行負荷還降低了，延緩了 110KV 變電所增容的緊迫性。

通過本次主抽風機變頻節能改造，實現了兩套高壓變頻二拖二交叉互起控制 1#、2# 燒結主抽風機，同時我們又建議脫硫脫硝增壓風機采用變頻控制，最終達到了減少大風機啟動時對電網的沖擊及節能的目的。節約了 5000kVA 滿足了脫硫脫硝升級改造所增加的負荷，另外又對 1#、2# 燒結的 10kV 兩段母線增設高壓動態無功補償，滿足了電網功率因素要求。

1#、2# 燒結系統具體間接效益如下：

1）基本解決上一級 110kV 變電所必須立即實施增容改造問題。

2）解決了 1#、2# 燒結主抽風機檢修、停車再啟動時由生產調度協調組織軋鋼廠停止過鋼配合的問題，使兩個廠生產更順暢，均提高了生產效率。

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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