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(diào)速改造的控制方案，結(jié)合生產(chǎn)運行的實際工況，通過曲線控制自動升降速度，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐除塵風機的高效運行，達到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞: 變頻調(diào)速; 除塵風機; 節(jié)能降耗

0 前言

新鋼第一煉鋼廠現(xiàn)有3 座120 t 轉(zhuǎn)爐，3座LF 爐，轉(zhuǎn)爐和精煉區(qū)域除塵系統(tǒng)由3 套一次除塵、6 套二次除塵系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)爐冶煉階段產(chǎn)生的煙塵和煙氣主要通過一次除塵系統(tǒng)處理，轉(zhuǎn)爐兌鐵水和出鋼階段以及LF爐冶煉產(chǎn)生的煙塵主要通過二次除塵系統(tǒng)處理。

1 變頻改造的必要性

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，不可避免地會產(chǎn)生大量的煙氣，但是在一個吹煉周期中，煙氣的產(chǎn)生量以及收集方式是不同的。在吹煉期產(chǎn)生的大量煙氣由活動煙罩收集，通過一次除塵系統(tǒng)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(tǒng)管道收集; 在停止吹煉期，煙氣量少，但是轉(zhuǎn)爐在裝廢鋼、生鐵和出鋼時會產(chǎn)生一定量的煙塵，由于此時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)爐出鋼時間; K ～ M 段為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)速的電機工頻運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，除塵風機原系統(tǒng)在風機啟動后，電動機按額定的轉(zhuǎn)速長期運行。在整個生產(chǎn)過程中，原系統(tǒng)的電動機始終處于滿負荷的狀態(tài)下運行，風量主要通過液耦調(diào)速或擋板風門調(diào)節(jié)，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(shè)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(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量，可以方便且頻繁地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)，使電動機在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)變速運行。生產(chǎn)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(jié)能效果非常明顯，大大降低了生產(chǎn)的成本。同時，使用變頻器控制，可實現(xiàn)電機的軟啟動，減少啟動時的機械沖擊，也可解決液耦調(diào)速時，電動執(zhí)行機構(gòu)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(shè)備的利用率，保障設(shè)備長期穩(wěn)定運行，依據(jù)不同區(qū)域設(shè)備的不同要求，主要采用兩種改造方案: 1) 轉(zhuǎn)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(diào)速，保證生產(chǎn); 2) 轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)采用一拖一成套方案，取消原液耦系統(tǒng)，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(chǎn)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(tǒng)采用硬連接線方式實現(xiàn)變頻器的遠程控制。^［1］

變頻器控制系統(tǒng)與主PLC 系統(tǒng)之間的主要信號見表1 和表2。

主PLC 依據(jù)接收到的現(xiàn)場工藝參數(shù)控制點信號，按設(shè)定的邏輯計算出當前的電機轉(zhuǎn)速值，轉(zhuǎn)換成模擬量控制信號發(fā)給變頻器，實現(xiàn)除塵風機的升降速，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。依據(jù)區(qū)域的不同，主PLC接收信號有兩種處理方式: 1) 直接接收現(xiàn)場PLC 處理后發(fā)過來的高、低速指令信號，變頻器控制電機運行在HMI 設(shè)定的高、低轉(zhuǎn)速上; 2) 在接收現(xiàn)場PLC處理后發(fā)過來的高、低速指令信號的前提下，綜合考慮生產(chǎn)和環(huán)保的因素，依據(jù)冶煉周期動態(tài)調(diào)整風機轉(zhuǎn)速，進一步降低風機能耗。^［2］現(xiàn)場風機速度控制信號見表3。

除塵風機轉(zhuǎn)速節(jié)能曲線截圖見圖2。

3 效果

除塵風機變頻器經(jīng)過系列改造，目前所有除塵風機都采用變頻控制，經(jīng)跟蹤測試，系統(tǒng)達到了預(yù)期的節(jié)能效果，運行狀態(tài)良好。風機電機輸入電流有明顯下降，設(shè)備實現(xiàn)了軟起動，改善了除塵設(shè)備的運行工況，極大地減輕了設(shè)備起動時對供配電系統(tǒng)的沖擊和對機械設(shè)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(shè)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(jié)能效果，統(tǒng)計了日均產(chǎn)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(guān)數(shù)據(jù)。

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(chǎn)量33 萬t 計，月節(jié)電為:( 11． 855 － 6． 651 ) kW · h /t × 330 000 t =1 717 320 kW·h，年節(jié)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(jié)約1 339. 5 萬元，節(jié)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(diào)速技術(shù)的研究及其應(yīng)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(yè)自動化公司， 2007．