邯鋼新435㎡燒結主抽風機運行優化

李學朝 劉躍成

摘要：介紹了邯鋼新建435㎡燒結機時如何對主抽風機進行運行優化選擇，對新建項目有良好的指導作用。

關鍵詞：主抽風機;高壓變頻器;運行方式;故障應急保障

分類號：TM921.51

邯鋼為了響應環保要求，淘汰落后產能，優化產品結構，淘汰了兩臺90㎡燒結機，同時為了滿足鐵水的需要，新建了一臺435㎡燒結機，新建之初，關于主抽風機運行方式討論了好久才確定方案，建成投產后，從目前實際使用情況來看，當時決策是合理的、成功的。現在對其做一個回顧和總結，希望對大家有所裨益。

一、變頻器運行方式的選擇

新435㎡燒結機配備2臺主抽風機，主抽風機可以采用2臺風機共用一臺變頻器分別軟起啟動2臺主抽風機，然后風機工頻運行，靠擋板調節方式節能;另一種是上兩臺高壓變頻器，與主抽風機一一對應，生產中風機變頻運行，通過變頻節能降低生產成本。

如上圖，由風機節能原理：

風量變化與轉速變化成正比關系

風壓變化與轉速變化成平方關系

功率變化與轉速變化成立方關系

在70%設計流量下運行時，變頻運行能比用擋板調節方式節能28%。現在用西門子在線變頻運行與西門子軟啟動投資對比：

一套西門子軟啟動價格100萬美元左右，西門子羅賓康在線運行變頻器為軟啟動的2倍左右，則為200萬美金左右。兩臺變頻器比一套軟啟動貴300萬美金，折合人民幣1845萬，考慮到30%進口關稅，則會增加2398.5萬投入。

邯鋼原有的老435㎡燒結機工頻運行時主抽風機入口壓力約-16500Kpa，入口流量約14000m3/min、入口溫度120℃，風門開度75%，風機轉速1000轉，電機額定功率7800KW，平時有效功率6000KW。

根據風機、泵類平方轉矩負載關系式：p/po=（n/no）3計算（式中po為額定轉速no時功率，p為額定轉速n時功率），如果采用西門子變頻在線運行，負荷按大約70%計算，則變頻節電：

7800KW×24h×（1-0.73） ×350天×0.5元/度=2152萬元

現在的風門執行機構節電：

1800KW×24h×350天×0.5元/度=756萬元

兩者對比節電：2152-756=1396萬元

假設兩臺情況相同，則1396*2=2792萬人民幣

即不到一年就可收回多投入成本。

以上是根據公式計算出投資效益比，那么對應變頻運行曲線我們進行計算，達到同樣的流量和壓力風機轉速只需要到845轉，此時電機的有效功率為3050KW。

則節電5488KW-3050KW=2438KW.

2438KW*24h*350d*0.5RMB/Kwh=1024萬人民幣

假設兩臺情況相同，則1024*2=2048萬人民幣

即不到一年多一點就可收回成本。

經過以上兩種算法、成本對比，最終邯鋼新435㎡燒結機主抽風機采用變頻運行模式。

新435㎡燒結機投運后，主抽風機在工頻運行時依靠風門執行機構擋板調節風量，在正常生產時每臺電機運行電流約300A左右，而采用變頻運行后，每臺電機運行電流約200A左右，降低約100A，年節電462萬元，節能效果顯著。從實際效果來看，比當初論證更好。

二、主抽風機高壓變頻器故障應急保障的選擇

主抽風機作為燒結生產的核心設備，其設備狀況直接關系到生產能否順利進行。而燒結生產又是24小時不間斷連續生產，因此對主抽風機相關設備狀況提出更高要求。為了防止一旦一臺主抽風機高壓變頻器故障導致燒結減產，需要應對高壓變頻器故障時采用應急保障來保障生產。

當時考慮兩種故障應急保障方法：第一種方法是為兩臺高壓變頻器配備一臺備用軟啟動器，一旦變頻器故障能切換到軟啟動器啟動，主抽風機工頻運行;第二種方法是利用現有的兩臺高壓變頻器，主抽風機采用一對一變頻調速運行，要求在其中一臺變頻器故障時，另一臺能夠啟動兩臺主抽風機，此時兩臺主抽風機中一臺變頻調速，一臺工頻運轉。

這次選擇就比較簡單，從投資角度來看第一種方法比第二種要大;從將來設備維護來講，第二種方法備件費用由于比第一種相比減少了高壓軟啟動器費用、技術掌握上減少了高壓軟啟動器相關知識點，從而優于第一種。因此我們采用第二種方法。

下面簡單講述一下采用第二種方法如何實現應急保障（變頻器通過招標采購最終選用了TMEIC產品）：

首先提供兩路10kV高壓電源到變頻器室，接在兩路高壓母線的高壓進線開關柜QF1、QF2入口處。作為兩段母線的總的進線開關。變頻器室的變頻器按兩段母線設計。以A段母線為例，每段母線接一臺母線進線斷路器柜QF1/QF2（帶綜保），一臺PT柜（PT1/PT4，帶熔斷器保護），一臺變頻器輸入開關柜AL2/BL2（帶變壓器保護），和一臺工頻旁路用的開關柜AL1/BL1（帶電機保護），還有另一段母線變頻器的跨接變頻器輸入斷路器AL3/BL3（帶變壓器保護）。

A、B段母線不同時運行兩臺風機。

變頻器A/B的輸出端可以交叉，分別接兩臺電機IM1/IM2，因此每臺變頻器輸出到兩臺電機之間有兩臺輸出開關柜（AO1/B01、AO2/B02），不帶保護。還有用于軟啟動的變頻輸出母線的輸出PT柜（PT2/PT3，帶熔斷器保護）。整個系統的兩臺風機既可以變頻運行，又可以軟啟。因為電網的短路容量不大，因此變頻器輸出到電機之間不需要電抗器。

這些變頻器輸出端的斷路器柜AO1，AO2，BO1，BO2都不帶綜保。由變頻器提供電機的保護。所有開關柜見下面的系統圖：

主電路的工作原理和切換過程：

1）正常運行情況下，進線柜QF1/QF2閉合，兩段電源母線都帶電，變頻器輸入高壓開關AL2/BL2閉合給變頻器A/B供電。合變頻器輸出開關AO1/BO2，使變頻器A/B各自帶電機IM1/IM2變頻運行。此時兩臺變頻器各自都帶一臺電機變頻運行。

2）如果變頻器A故障，變頻器A會跳輸入開關AL2。PLC同時發指令斷輸出開關AO1。電機IM1臨時停止。變頻器B帶電機IM2繼續變頻運行。

3）變頻器B將電機IM2升速到50Hz，同期檢測裝置25，檢測B段母線的PT4與變頻器輸出變頻母線PT3之間的頻率和電壓，相位等。一旦達到同步，即變頻器輸出的頻率，電壓，相位和電網完全相同，發信號給PLC。變頻器有內外雙同期檢測功能。PLC確認變頻器內部的同期檢測裝置也發出同期信號后，確認變頻器輸出電壓與電網電壓確實同期，不會誤切。然后PLC再發指令合電機IM2的旁路開關BL1，使電機IM2投入到旁路運行。由于變頻器輸出電壓與電網電壓的頻率、電壓和相位都相同，因此該切換無擾動。切換成功后，即BL1閉合，變頻器停止輸出，使電機IM2的電流由變頻器B提供轉為由電網提供。然后變頻器停止輸出電流，PLC發指令斷開變頻器輸出開關BO2。完成電機IM2由變頻運行向工頻同期切換軟啟動運行的轉換。電機IM2變成工頻旁路運行，風機由風門控制風壓和風量。

4）變頻器B停止后，斷開輸入斷路器BL2，合A段母線的變頻器B輸入開關AL3，變頻器B再次上高壓帶電，合變頻器B的輸出開關BO1，使變頻器B在A段母線上帶電機IM1變頻運行。使得兩臺電機在兩段母線下繼續運行。運行方式為IM2工頻運行，IM1在A段母線下，由變頻器B帶動變頻運行。

5）變頻器A修復后，先臨時停變頻器B，斷變頻器B的輸入開關AL3和輸出開關BO1。然后合變頻器A的輸入開關AL2和輸出開關AO1，啟動變頻器A帶電機IM1變頻運行。

6）再合變頻器B的輸入開關BL2，變頻器B帶電，然后合變頻器輸出開關BO2，變頻器輸出與電網直接連接。變頻器會檢測到輸出側的頻率和電壓，然后啟動變頻器，變頻器維持輸出電壓和頻率與電網同步，然后斷IM1的旁路開關，實現電機由工頻旁路驅動向變頻驅動的轉換。電流由電網轉到變頻器，使IM2轉為變頻運行。

7）變頻器B故障時的策略與變頻器A的故障處理方式類似。

8）所有高壓開關柜之間的邏輯閉鎖由PLC負責做邏輯閉鎖。

新435㎡燒結機調試期間，主抽風機曾經采取過應急機制，實際應用效果良好，可以有效地保障生產順利進行。

總之，邯鋼新435㎡燒結主抽風機運行方式采取優化方案后，從實際節能、保障生產等各個方面都達到甚至超出了當初的預期，取得了比較好的社會經濟效益。

參考文獻：

[1]劉鑫.電力傳動節能中變頻技術應用[J].電子制作，2020（08）：76-77.

[2][1]徐洪兵，孟曉磊，王鑫.抽油機節能方法與變頻技術應用[J].中國設備工程，2020（18）：169-170.

[3]白玉國.礦用通風機的變頻技術應用研究[J].礦業裝備，2020（04）：176-177.

作者簡介：李學朝（1972年出生），男（漢族），河北省 邯鄲市人 邯鄲鋼鐵集團設計院有限公司高級工程師

（邯鄲鋼鐵集團設計院有限公司 河北 邯鄲 056000）