高爐助燃風機節能改造實踐

王正　戴立明

摘 要：簡要說明了高壓變頻器在高爐熱風爐助燃風機的實際使用情況，針對鋼鐵企業高爐助燃風機的工藝要求，對變頻改造原理及改造方案進行了細致的描述，對比分析了設備改良前后的能耗和產量等經濟技術指標，結果表明改造之后設備的各項指標有顯著的的提升，尤其在能耗和環保這兩點上尤為顯著。

關鍵詞：冶煉；節能；環保；高壓變頻器

中圖分類號：TF321 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0011-02

1 風機工作特性

采用閥門對風機的流量進行控制時。相當一部分能量在擋板節流上被損耗，而且由于閥門開口的不斷變小，這種損耗還在持續地上升。在控制方式變成對轉速進行控制時，由此得出軸的功率和轉速n成三次方的關系下降，假設放棄關閉小閥門的思路，而采用對電動機進行降速處理的方案，結果就是相同流量的情況下，消耗在小閥門處的能量，就可以被節省，直接并且有效的實現了節能，這就是變頻調速技術在實際中的應用效果。

2 高爐熱風爐助燃風機節能改造方案

煉鐵高爐的主要輔助設備包括高爐熱風爐，通過燃燒煤氣的方式，高爐熱風爐連續為高爐輸送1000度以上的高溫熱風。在熱風爐工作的過程中，助燃風機會調節送風量來助燃，以最科學、節能，高效的方式來使爐頂達到理想溫度。

2.1 設備參數

高爐熱風爐的相關風機以及電動機的參數統計表如表1所示。

2.2 改造方案及設備選型

設備在改造中，由于顧慮到改造費用與實際取得效益是否成正比的原因和可操作空間是否有足夠預留的關系，采取“一對一”的方案，那就是采用增加一臺高壓變頻器的方式來達到助燃風機可以調速的目的，并保證系統自身的管路不被改變，改裝完成后打開所有閥門，高壓變頻器拖動了助燃風機電機，助燃風機系統想達到恒壓送風的效果，必須通過高壓變頻器給出壓力信號來實現，在變頻器對電動機實現調速功能的一般工作情況下，在變頻器出現了嚴重故障的情況下旁路裝置就會自動切換到工頻模式，使助燃風機能夠連續運行。

控制變頻器的電壓信號兩種操作方式，分別為遠程控制和安裝機旁操作箱兩種能在變頻設備附近的控制箱上安裝實現由自動控制和手動控制間的相互轉換，轉至手動模式時，可以使用機旁操作箱來控制設備的啟停，轉至自動控制模式時，可使用遠程DCS系統實現設備的啟停。

助燃風機的兩種工作模式分別為“兩燒一送”、“一燒一送一悶爐”，根據這兩種模式的參數狀態，

分析這兩種模式下的運行參數，來確保燒爐正常工作的前提下，冷風管道所需要的壓力，當熱風爐的工作壓力提高或降低時，安裝在冷風管道璧上的風壓傳感裝置的輸出信號也會隨之進行相應的改變，作為反饋數據和給定數據進行比較，如果為負值，那么經由變頻器中的PID單元進行自動處理之后，變頻器的輸出頻率會有所增加，電動機的轉速也會隨之提升，這種提升會持續到壓力和設定壓力達到一定平衡值為止。反之比較平衡值是正值，則相反。閉環調速系統就是這樣產生的，這個系統實現了助燃風機的自動送風，保證燒爐工作系統總是在最優工作環境下工作。

在改造的過程中選用結構為“單元串聯多電平結構”的變頻器。“單元串聯多電平結構”型變頻器的工作原理，范圍為10千伏的高壓變頻器使用每相9個單元體的方式進行串聯，進行輸出的三組單元體一端連接到中性點，另一端連接到電動機。移相變壓器的副邊繞組向同一功率單元供電。“單元串聯多電平結構”型變頻器通過移相疊加能夠有效消除高次諧波，輸出波形更加接近正弦波。

高速單片機、PLC系統以及人機界面共同實現了高壓變頻器控制系統部分的功能，功率單元的保護和PWM控制由單片機實現。可以隨著熱風爐系統運行要求的變化以及變頻器控制的具體要求來作出對應的控制方案。

2.3 變頻改造的意義

2.3.1 節約電能

熱風爐在常規運行的時候，有兩種狀態，分別是：“兩燒一送”、“一燒一送一悶爐”。他們的分配周期是：一個小時的生產周期中，兩個熱風爐同時進行燒爐工作的時間為40分鐘到45分鐘，風機入口閥門的變化在百分之五十到百分之七十之間，冷風道的流量大約為9萬到13萬之間，電動機運行的電流大約為55到60A。單爐生產和悶爐時間為18到21分鐘，風機入口閥門開度為35%。

由于生產過程中風門沒有達到最大程度的敞開，導致了管道阻力的增大，從而降低了風機的工作效率，產生的很大一部分能量都浪費在了擋板的截流上面。變頻經過改造之后，風門的開放程度達到了最大化，風機的轉速開始受給定信號的控制，從而達到了節能的目的。

2.3.2 軟啟動

目前鋼鐵企業在日常生產中啟動設備大多采用硬啟動的方式，啟動時設備電流峰值回答道額定電流五倍到六倍之間，如此強大的瞬時電流量不但會嚴重的減少電機的使用壽命，而且還會導致電能的損失，同時提高構造電網時的費用。

使用高壓變頻器后，由于采用設備軟啟動功能優化了設備電流量峰值過高的問題，設備電流由0向上增長，最高啟動電流不超過額定電流，這樣大大的而提升了設備的使用壽命，也減少了對電網的沖擊，節約了設備維修和維護的費用。

3 節能效果

進行變頻改造實現了企業環境與經濟雙贏的局面，有關研究表明經過變頻改造后的大中型企業，每季度耗電量減少47.5萬千瓦時，為企業節省了將近33萬元的運營成本。降低二氧化碳排放量1662.15噸，降低二氧化硫排放量10.97噸。變頻改造還減少了工人機械性的反復操作次數，實現了人工效益的提高，同時軟啟動減少了設備的損耗，電網維護的支出，間接的見底了運營成本。

除去以上列出的經濟效益外，變頻技術更重要的成就體現在了環境保護的方面，據有關專家統計采用變頻技術，每季度可以降低二氧化碳排放量1662.15噸，降低二氧化硫排放量10.97噸。這就是變頻技術對人類的重大影響。

4 結語

一是使電動機的輸出力矩滿足機械系統對起動力矩的要求，保證平滑加速，平滑過渡，避免破壞性力矩沖擊；二是使起動電流滿足電動機承受能力的要求，避免電動機起動發熱造成絕緣破壞或燒毀；三是使起動電流滿足電網電能質量相關標準要求，減少電壓暫降幅度，減少高次諧波含量等。是目前調速技術的主流，建議鋼鐵企業普及此項技術，實現環保和經濟效益的共同提升。

變頻器改造技術的提出和實現是人類科技歷史上極其重要的一個里程碑，是一個重大突破，因為變頻技術的發明意味著人類開始重視能源的有限，能創新源也是需要節約的，這有利于可持續發展，是造福子子孫孫的重要成就，就當代社會而言，從科技上實現節能減排已經刻不容緩，是一次功在當代，利在千秋的重要發明。

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