曹輝，章小敏
(新余鋼鐵集團有限公司，江西新余338001)
摘要: 介紹新鋼第一煉鋼廠除塵風機變頻器調速改造的控制方案，結合生產運行的實際工況，通過曲線控制自動升降速度，實現了轉爐除塵風機的高效運行，達到了節能降耗的目的。
關鍵詞: 變頻調速; 除塵風機; 節能降耗
0 前言
新鋼第一煉鋼廠現有3 座120 t 轉爐，3座LF 爐，轉爐和精煉區域除塵系統由3 套一次除塵、6 套二次除塵系統組成。轉爐冶煉階段產生的煙塵和煙氣主要通過一次除塵系統處理，轉爐兌鐵水和出鋼階段以及LF爐冶煉產生的煙塵主要通過二次除塵系統處理。
1 變頻改造的必要性
轉爐煉鋼過程中，不可避免地會產生大量的煙氣，但是在一個吹煉周期中，煙氣的產生量以及收集方式是不同的。在吹煉期產生的大量煙氣由活動煙罩收集，通過一次除塵系統處理，少量溢散的煙塵通過布置在爐口四周的二次除塵系統管道收集; 在停止吹煉期，煙氣量少，但是轉爐在裝廢鋼、生鐵和出鋼時會產生一定量的煙塵，由于此時轉爐傾動為水平狀況，一次除塵基本不起作用，因此這部分煙塵主要由布置在爐口四周的二次除塵吸口收集處理。在一個吹煉周期中，對一、二次除塵風機轉速的要求見圖1。
在圖1 中，A ～ C 段為加廢鋼和兌鐵水時間; C為轉爐氧槍吹煉信號; D ～ H 段為吹氧時間; H ～ 氧槍停吹信號; I ～ K 段為轉爐出鋼時間; K ～ M 段為轉爐倒渣和護爐時間。
由圖1 可以看出，在一個吹煉周期中，對一、二次除塵風機轉速的要求是不同的，其中二次除塵風機僅在冶煉周期的裝廢鋼和出鋼階段起主要作用。
在原先使用液耦調速的電機工頻運轉狀態下，除塵風機原系統在風機啟動后，電動機按額定的轉速長期運行。在整個生產過程中，原系統的電動機始終處于滿負荷的狀態下運行，風量主要通過液耦調速或擋板風門調節，無法達到合理的利用，造成了風量和能量的很大浪費。風機高速運行導致電動機軸瓦的使用壽命短，既增加了維修費用，又增加了設備故障時間。另外，除塵風機為離心式風機，啟動時間長，啟動電流大，對電動機和風機的機械沖擊力大，嚴重影響其使用壽命。
應用高壓變頻調速技術，通過改變電動機的轉速來調節風量，可以方便且頻繁地實現轉速的無極調節，使電動機在生產過程中實現變速運行。生產需要高風量時電動機高速運行，其余均為低速運行，縮短了高速運行的時間。當風機電動機的速度降低時，其節能效果非常明顯，大大降低了生產的成本。同時，使用變頻器控制，可實現電機的軟啟動，減少啟動時的機械沖擊，也可解決液耦調速時，電動執行機構容易損壞的弊端。因此，對除塵風機進行變頻器改造是非常有必要的。
2 改造方案
為了最大限度地提高設備的利用率，保障設備長期穩定運行，依據不同區域設備的不同要求，主要采用兩種改造方案: 1) 轉爐一次除塵風機保留原液耦控制為備用，將電機改為變頻控制，一旦變頻器壞，電機通過旁路切換到工頻，啟用液耦調速，保證生產; 2) 轉爐二次除塵系統采用一拖一成套方案，取消原液耦系統，直接把電機改為變頻控制。當變頻器故障無法正常運行時，可以切換到工頻旁路方式下直接啟動運行，保障生產順行。
由于原電機為6 kV 高壓交流異步電動機，變頻器使用6 kV 高壓交流型變頻器，采用無反饋的矢量控制方式。主PLC 系統采用硬連接線方式實現變頻器的遠程控制。［1］
變頻器控制系統與主PLC 系統之間的主要信號見表1 和表2。
主PLC 依據接收到的現場工藝參數控制點信號，按設定的邏輯計算出當前的電機轉速值，轉換成模擬量控制信號發給變頻器，實現除塵風機的升降速，滿足現場生產需要。依據區域的不同，主PLC接收信號有兩種處理方式: 1) 直接接收現場PLC 處理后發過來的高、低速指令信號，變頻器控制電機運行在HMI 設定的高、低轉速上; 2) 在接收現場PLC處理后發過來的高、低速指令信號的前提下，綜合考慮生產和環保的因素，依據冶煉周期動態調整風機轉速，進一步降低風機能耗。［2］現場風機速度控制信號見表3。
除塵風機轉速節能曲線截圖見圖2。
3 效果
除塵風機變頻器經過系列改造，目前所有除塵風機都采用變頻控制，經跟蹤測試，系統達到了預期的節能效果，運行狀態良好。風機電機輸入電流有明顯下降，設備實現了軟起動，改善了除塵設備的運行工況，極大地減輕了設備起動時對供配電系統的沖擊和對機械設備的啟動沖擊。
使用高壓變頻器后，延長了風機的使用壽命，單臺一次除塵風機，改造后風機檢修周期由原來的26天延長至50 天; 減少了設備的維護量，單臺一次除塵風機全年可降低費用5 萬元。
為了對比節能效果，統計了日均產量在11 000 t的情況下，變頻改造前、后運行耗電情況。表4 為改造前后變頻器運行的相關數據。
改造前9 臺除塵風機實際噸鋼總電耗為11. 855kW·h /t，改造后9 臺除塵風機實際噸鋼總電耗為6. 651kW·h /t，按月產量33 萬t 計，月節電為:( 11． 855 － 6． 651 ) kW · h /t × 330 000 t =1 717 320 kW·h，年節電為: 1 717 320 × 12 = 20 607840 kW·h。按全年平均電費價格0. 65 元計算，全年僅電費一項就可節約1 339. 5 萬元，節能效益非常明顯。
參考文獻
［1］ 貴璽，吳海歐，張臣堂，等． 高壓變頻調速技術的研究及其應用［J］． 電氣傳動， 1999，( 4) : 14 － 17．
［2］ SIMATIC STEP7 V5． 4 編程使用手冊［K］． 西門子工業自動化公司， 2007．