基于永磁調速技術的助燃風機節能改造

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南250101）

基于永磁調速技術的助燃風機節能改造

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南250101）

在熱風爐助燃風機節能改造中，將原系統改造為永磁調速器和PLC控制的具有調速功能的助燃風機永磁調速系統，并且進行機械安裝和電氣設計，其中助燃風機永磁調速系統由電機、永磁調速器、助燃風機、PLC和人機界面組成。改造后，運行情況良好，節能效果明顯，每年節省電費約為305萬元，并提高了系統可靠性。

永磁調速；助燃風機；節能

1　前言

熱風爐是高爐煉鐵生產中的重要設備，對高爐的風溫有著重要影響。某煉鐵廠高爐配備3座卡盧金頂燃式熱風爐，采用助燃風機供風，為熱風爐燒爐提供空氣。在正常生產情況下，助燃風機一直在額定轉速下運行，需要關閉部分風機出口風門來調小風機輸出風量，從而造成風機產生的風量沒有完全被利用，出現大馬拉小車的現象，嚴重浪費能源。

目前廣泛采用的助燃風機系統調速控制技術主要有永磁調速技術、液力耦合器調速技術和高壓變頻調速技術，相比較其他調速技術，永磁調速技術具有節能效果好、投資費用低、安裝調試方便和維護量小等特點［1］，熱風爐助燃風機采用永磁調速控制，能夠實現熱風爐恒壓送風，穩定風量，滿足熱風爐生產工藝技術要求。綜合多方面因素，采用永磁調速技術對助燃風機進行節能改造。

2　助燃風機節能改造

2.1改造方案

將原系統改為永磁調速器和PLC控制的具有調速功能的助燃風機永磁調速系統。助燃風機永磁調速系統由電機、永磁調速器、助燃風機、PLC和人機界面組成。其中永磁調速器主要由調速器本體、冷卻系統和檢測系統組成，調速器本體包含導磁體、永磁體和執行器，是永磁調速器的核心；冷卻系統起到給永磁調速器本體上的導磁體降溫的作用，防止運行時溫度高而損壞設備，主要有水箱、散熱器和冷卻水泵構成；檢測系統主要由檢測儀表構成，包括執行器開度檢測、永磁調速器前軸溫度檢測和冷卻水流量檢測；人機界面采用計算機上位軟件和現場機旁箱觸摸屏兩種方式。

根據熱風爐燒爐助燃空氣壓力和空氣流量要求，在人機界面調節執行器開度，人機界面獲取開度指令后將信號傳遞給PLC，PLC經過處理后輸出4～20 mA信號給執行器，執行器接受信號后開始執行指令，調節永磁調速器導磁體和永磁體之間的氣隙開度，同時執行器反饋氣隙開度4～20 mA信號值給PLC，從而實現調節助燃風機轉速閉環控制，滿足助燃空氣壓力和風量調節要求。操作指令可以在現場機旁箱觸摸屏上人工設定和調節，也可以在計算機上位軟件上監控和操作，根據生產工藝要求，該系統預留PID自動調節功能。改造后的系統控制原理圖如圖1所示。

圖1　助燃風機永磁調速系統控制原理

2.2機械安裝和電氣設計

1）拆除電機，將電機與助燃風機分離，拆除原有的電機安裝基礎，重新澆筑基礎，根據永磁調速器實際長度，電機安裝基礎后移1 600 mm，留出永磁調速器在電機和助燃風機之間的安裝空間，同時澆筑永磁調速器安裝基礎，增加地腳螺栓，安裝永磁調速器機械支撐體。

2）拆除原有的電機和助燃風機之間的聯軸器，安裝永磁調速器裝置，將原助燃風機側的聯軸器安裝在永磁調速器的導磁體上，實現電機前軸與永磁調速器相連接，同時在助燃風機和永磁調速器永磁體兩側分別安裝聯軸器，將永磁調速器永磁體與助燃風機連接，最后，對電機、永磁調速器支撐體和助燃風機進行水平找正。

3）安裝永磁調速器執行器，檢查執行器的安裝角度，調整執行器調節氣隙，檢查執行器氣隙開度反饋信號和轉速，必要情況下需進行調整。執行器配備手動調節裝置，需要時可以手動操作執行器，執行器為精密設備，在安裝過程中需要注意防水、防塵保護。

4）安裝永磁調速器冷卻系統，主要是安裝水箱、散熱片、冷卻泵，敷設冷卻水管路，在這個環節中要注意冷卻系統的水路路徑設計，確保達到最佳冷卻效果。

5）電氣線路敷設連接，安裝機旁操作箱和檢測控制設備。主要進行電機主回路、操作回路和相關儀表信號回路敷設與連接，安裝現場機旁箱觸摸屏、冷卻水水溫檢測熱電阻、冷卻水流量計等設備，相關控制信號接入PLC系統中。

6）PLC控制程序設計，上位畫面開發。助燃風機永磁調速控制系統采用西門子S7-200 PLC，主要進行觸摸屏配置，實現與西門子S7-200 PLC系統通訊，根據功能要求，設計助燃風機永磁調速系統控制程序，包括執行器控制程序、冷卻水流量和調速器前軸溫度報警停機保護程序，并進行上位畫面的相關輸入輸出指令的開發，實現人機畫面的結合。

7）系統靜態調試和動態調試。在靜態條件下，多次調節永磁調速裝置執行器，檢測執行器的輸出值和反饋值的準確性，檢查永磁調速裝置氣隙的變化情況，測試相關報警停機保護功能的可靠性。在動態條件下，調節執行器，將助燃風機轉速逐步從低速調至高速，測試每一階段相關的風機轉速值、振動值、電機電流值、電機軸溫和相關工藝參數，判斷設備運行工況情況，最后將助燃風機轉速控制在工作范圍內并長時間運行，檢測永磁調速器的調速效果。

3　節能效益分析

永磁調速助燃風機系統的采用，實現了熱風爐助燃風機恒壓送風、穩定風量，滿足燒爐要求。助燃風機電機型號為YKK630-4，功率1 250 kW，額定電壓10 kV，額定電流86.14 A，改造前、后分別對助燃風機系統進行了性能測試，采取多次測量，取平均數據，測試數據對比如表1所示。

表1　助燃風機系統性能測試對比數據

由表1可知，改造之后電機電流明顯下降，其他參數基本無變化，完全滿足生產工藝要求，節能效果明顯，根據改造之后的運行電能數據，參考改造之前往年平均數據，電機運行電能數據對比如表2所示。

表2　電機運行電能數據對比

按照日平均電費為0.68元/（kW·h-1）計算，根據表2可以算出，永磁調速助燃風機系統每年節省電費約為305萬元，節能效果十分顯著。

4　結語

熱風爐助燃風機系統采用永磁調速器進行轉速調節后，運行情況良好，節能效果明顯，每年節省電費約為305萬元，同時，減少了機械磨損和設備振動，穩定了電網電壓，提高了系統可靠性。

［1］趙克中.磁力驅動技術與設備［M］.北京：化學工業出版社，2005.

Abstrraacctt：In the energy-saving reform process of hot blast stove combustion fan，the old combustion fan system was replaced by new speed control combustion fan constituting with permanent magnet speed control technology and PLC.The retrofitting process include machinery installation and electrical design，permanent magnet speed control technology combustion fan comprises motor，permanent magnet speed control，combustion fan，PLC and human machine interface.After transform，the system runs in good condition，the effect of energy saving is obvious，and the electric charge saved is three million and fifty thousand Yuan every year.It also improves the system reliability.

Key worrddss：permanent magnet speed control；combustion fan；energy-saving

Energy-saving Reform of Hot Blast Stove Combustion Fan on Permanent Magnet Speed Control Technology

XIA Jiangbo
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TH44

B

1004-4620（2016）03-0057-02

2015-12-28

夏江波，男，1982年生，2006年畢業于安徽工業大學自動化專業。現為濟鋼檢修工程公司高爐部工程師，從事高爐煉鐵自動化方面工作。