高壓變頻調速節能技術在除塵風機上的應用

陳建國

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司生產制造部，湖南 衡陽 421001）

高壓變頻調速節能技術在除塵風機上的應用

陳建國

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司生產制造部，湖南 衡陽 421001）

高壓變頻器在鋼鐵企業高壓風機、水泵有了大量的應用，給鋼鐵企業節能減排做出了貢獻。2011年9月湖南衡陽華菱鋼管有限公司煉鐵分廠4臺高壓除塵風機采用了高壓變頻器，同時改進了控制方式，降低了除塵風道漏風率，取得了顯著節能效果和社會效益。

高壓變頻器；除塵風機；節能

1 高壓風機配置及其運行存在的問題

1.1 4臺除塵風機銘牌及運行參數（見表1）

1.2 4臺除塵風機運行存在的問題

1）出鐵場除塵風機運行存在的問題

（1）高爐在生產過程中，出鐵場產生大量的煙塵，污染環境，根據國家法規，需要除塵處理。除塵風機是一個間隙性的工作制度，即高爐出鐵時高速使用，不出鐵時低速使用。

圖1 高爐煉鐵出鐵場工藝周期圖

圖1中，A到B、E到F為高爐冶煉時間；B到C、F到G為升速時間，可以調節；C到D、G到H為高爐出鐵時間；D到E、H到I為減速時間，可以調節。

每次高爐出鐵時間約1h，為高速段；高爐冶煉時間約25min，為低速段。

出鐵場除塵風機高低速調速采用液力耦合器，這種調速方式存在以下弊端：①液力偶合器靠油量和負荷的拉動調速，調速精度低，線性度差，升減速響應慢；②液力偶合器本身包含油路，水路等多套系統，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停機維修，無法切換至工頻旁路運行，造成設備停產，不能滿足連續生產的需要；③電動機的效率低，損耗大，低速運行時，效率極低，有近 3/4的能量被浪費。

（2）高低速之間的控制一般采取電話聯系的方式，即由中控室操作人員電話聯系除塵值班室值班人員進行高低速調整。現場實際存在通知不及時、不調速、高速長期運行（特別是晚上）等問題，耗費能源。

2）礦焦槽除塵、機尾配料和整粒除塵風機

（1）在生產過程中常常需要根據生產的實際情況不斷調整風機的風量、負壓等風系統參數，使之滿足生產。以上3臺除塵風機均采用調節風門的方式調節系統參數，這種調節方式是最原始的調節方法，僅僅是改變通道的流通阻力，其開合度大小不與流量成比例，從而驅動源的輸出功率并沒有改變，浪費了大量電能，而且風門調節人工操作控制精度差、無法實現自動化控制，容易誤操作，且設備使用效率不高，不能充分滿足工藝要求。

表1

（2）以上3臺風機風道都存在不同程度的漏風情況，無用負荷增大，提高了能耗。

2 4臺高壓風機節能改造采取的措施

2.1 高壓變頻調速節能技術

1）高壓變頻調速節能技術簡介

采用高壓變頻調速技術對以上4臺高壓風機進行節能改造，改造后正常生產時4臺高壓風機的風門全部打開，通過高壓變頻調速系統調整輸入給高壓風機電機的運行頻率來滿足正常生產，同時節約電能；高壓變頻調速系統可實現就地和遠程控制：遠程控制通過設置在4臺高壓風機相關除塵值班室的上位機來實現；就地控制通過高壓變頻調速系統控制柜上的的操作屏來實現。

4套高壓變頻調速系統主回路均設置一拖一手動旁路方式，當高壓變頻器退出工作時，可手動切換到旁路工頻系統，不影響生產的正常進行。

2）高壓變頻調速系統節能原理

采用變頻調速時（以平方轉矩負載風機為例），可以按需要升降電機轉速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數滿足工藝要求，根據流體力學定律，變速前后風量、風壓、功率與轉速之間關系為

即流量與轉速成正比；壓力與轉速成平方比；功率與轉速成立方比。

Q1、H1、P1為設備在n1轉速時的風量、風壓、功率；Q2、H2、P2為設備在n2轉速時相似工況條件下的風量、風壓、功率。

圖2 離心風機的風壓H-風量Q曲線特性圖

風機在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機所需的功率正比于 H1與 Q1的乘積，即正比于 AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機的工作點移到R2上的B點，風壓增大到 H2，這時風機所需的功率正比 H2Q2的面積，即近比廣 BH2OQ2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節能。

若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由 A點移到 C點，流量仍是 Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

2.2 漏風處理

針對礦焦槽系統卸灰口密封不嚴、機尾配料除塵和整粒除塵風道管道破損等問題，由煉鐵分廠組織進行全面檢查，實施閥門密封和管道焊接、更換，大大降低了漏風率。

2.3 針對出鐵場除塵風機定制的其他措施

1）定制高壓變頻器，具備功率單元自動旁路功能

功率單元自動旁路功能：成套裝置每相高壓逆變輸出由各功率單元箱的輸出移相串聯疊加而形成，當功率單元內部出現故障時可自動將該功率單元旁路，每相剩余功率單元繼續運行，一般變頻運行情況下負載無需降額運行。旁路過程中無需人為操作，由系統自動完成，這樣就保證了三相電壓、電流平衡，保證高壓風機運行穩定性。

2）高壓變頻節能改造后正常運行3個月后拆除液力耦合器。

3）采用半自動控制方式調整高壓變頻器高低速

在高爐出鐵平臺安裝監控系統，對兩個出鐵口的開炮機、堵口機的動作及出鐵口鐵水情況進行監控，在除塵值班室設置監控電腦，值班人員通過監控電腦里面的情況，在上位機對高壓變頻器進行遠程控制高低速。

2.4 其他亮點措施

1）機房通風散熱既確保效果又運行經濟

通風散熱和防塵是影響高壓變頻器使用壽命的重要方面。根據現場的實際情況，綜合冷卻系統的投資和運營成本，采取風道開放式冷卻和空調式冷卻相結合的冷卻方案，基本保證機房無負壓：夏季環境溫度高時采用風道加空調輔助冷卻，其他季節采用風道冷卻。

其中進風口距離地面50cm，位置正對需散熱風量最大的功率單元柜和變壓器柜，進風口采用雙層過濾網，盡可能防止灰塵進入機房。

圖3 機房平面布置圖

2）每套高壓變頻器備置一塊功率單元模塊。

3 實施效果

運行半年來，節能效果和社會效益非常明顯，以2012年2月份單月為例：4臺風機共節約718451kW·h，折合節約標煤246t。節能設備運行情況良好，機房溫度低，灰塵較少。見表2。

表2

4 結論

高壓變頻調速節能技術在衡鋼煉鐵分廠應用取得了成功，不僅節省了大量的電能，帶來明顯的社會效益，而且帶來了直觀的間接效益，如于變頻調速系統可以非常平滑穩定的調整風量從而改善了工藝、實現了軟起動、功率因數提高到0.98以上、降低設備的維修成本和降低廠房設備噪聲污染、消除諧波和優化電能質量等。目前衡鋼其他分廠就高壓風機、水泵正在進行高壓變頻調速節能方案設計，高壓變頻調速節能技術將會給衡鋼節能減排工作作出更大的貢獻。

[1] 曹承志.電機拖動與控制[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2] 郭立君,何川.泵與風機[M].3版.北京:中國電力出版社,2004.

[3] 鐘明振,趙相濱.高壓變頻器應用手冊[M].北京:機械工業出版社,2009.

[4] 北京利德華福電氣技術有限公司.高壓變頻調速系統技術手冊,2011.

陳建國（1964-），男，電氣工程師，現從事能源管理工作。

行業觀察