鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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生產(chǎn)負壓風機冶金行業(yè)除塵工程風機的節(jié)電改造葛州壩水泥廠風機高
自進入二十一世紀以來，冶金行業(yè)進行了大規(guī)模的技術改造，根據(jù)國家的環(huán)保要求，其煙塵治理已達到新的水平：
1、 各生產(chǎn)工段已普遍采用除塵設備（布袋除塵器或電除塵器），除塵工程運行基本良好，滿足了環(huán)保要求；
2 、除塵工程主風機裝機功率容量大，液力偶合器、變頻器等調(diào)速裝置已普遍應用于風機的啟動、調(diào)速運行；
3 、一些斷續(xù)生產(chǎn)的工段，根據(jù)生產(chǎn)工藝特點，自動控制除塵工程主風機高速、低速運行，具有良好的節(jié)電效果；如焦化除塵、高爐除塵、轉爐一次除塵等;
4 、另一些斷續(xù)生產(chǎn)的工段，由于自動控制較復雜，運行方式以最大煙塵量設定風機參數(shù)長期運行，耗電量大，調(diào)速裝置未達到最佳應用狀態(tài)；如電爐除塵、轉爐二次除塵等。
5、一些連續(xù)生產(chǎn)工段，煙塵排放點比較多，但每個排放點煙塵量較小，除塵工程煙塵撲集罩較分散，采用一套除塵工程收塵，除塵工程主風機以最大風量長期運行，采用調(diào)節(jié)風管閥門控制風量來滿足煙塵排放點的收塵，此運行方式耗電量也比較大。
根據(jù)以上情況，深入分析實際的生產(chǎn)工藝，利用現(xiàn)有設備，采用有效的自動控制手段，可進一步降低除塵工程風機的耗電量，達到最佳的節(jié)電效果。
二、節(jié)電方案
1、 加強除塵工程設備的管理，保證除塵工程管道及除塵設備的阻力參數(shù)在允許的范圍內(nèi)運行, 盡量維持風機以較低轉速運行；
2、 根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的要求，通過檢測煙塵撲集罩內(nèi)的有關參數(shù)及生產(chǎn)工藝過程的其它參數(shù)，自動調(diào)節(jié)風機的轉速，根據(jù)風機功率與風機轉速的3次方成正比的關系，盡量降低風機轉速，以達到最佳的節(jié)電效果。
三、自動控制方案
方案一： 根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，除塵風機與相關生產(chǎn)設備聯(lián)鎖，開爐時自動達到風機低速位，閉爐冶煉時自動使風機達到高速位，該開關量信號的傳送可采用控制電纜送至風機控制計算機或PLC，另外，亦可采用無線傳輸設備進行信號的傳送。
方案二： 檢測煙塵撲集罩的有關煙氣參數(shù)及工藝參數(shù)，根據(jù)其參數(shù)值自動調(diào)節(jié)除塵風機的轉速而達到節(jié)電的目的，信號傳送可采用電纜或無線傳送。
四、具體方案分析
1、電爐車間除塵工程風機節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠電爐為擴容的70t ABB交流電弧爐, 除塵器工程采用布袋式除塵器，設計過濾面積11985m2，最大除塵風量450000 m3／h。
電爐煉鋼周期為70~85分鐘左右，其中裝料6~10%，送電熔化25~30%，吹氧30~35%，還原期15~20%，沖渣出鋼6~8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中,主要是裝料時廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多的帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵工程能夠及時迅速的將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵工程要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。
通過對冶煉工藝的分析：電爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。原電爐車間已配置一次除塵工程, 二次除塵工程、精練爐除塵工程；除塵工程風機均配置了液力偶合器調(diào)速裝置。鑒于電爐除塵工程中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制制定如下方案。
（2）工程控制方案
由于不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的
運行工況。采集煙道進口溫度作為工程調(diào)節(jié)的基本參量，從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場合應用，抗干擾能力強、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。基于此原因，選用除塵煙道進口煙氣溫度作為工程調(diào)節(jié)的基本參量，同時以吹氧量和冷風門開度作為除塵風量的修整參量；通過ROLCOX多變量控制器進行除塵風機轉速的自動控制，控制工程具有響應速度快、控制品質(zhì)高,從而可實現(xiàn)除塵風量的自動控制，達到良好的除塵效果,降低運行人員勞動強度,提高工程效率，控制邏輯見圖一所示。
為了保證工程的可靠性，另外增加除塵風量手動控制回路，對除塵風量的控制
采用分段調(diào)速的方式由爐前操作臺控制風機轉速，從而實現(xiàn)不同運行工況下的風量調(diào)節(jié)�？刂七壿媹D如下。
（3）控制工程特點
a、 除塵工程風機功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負荷運行，提高了工程效率；實現(xiàn)了除塵工程的最佳工況運行�？扇〉蔑@著的節(jié)能效果。
b、大大有效降低了除塵工程負荷率，延長了除塵器、除塵風機、除塵電機、煙道等設備的使用壽命。
c、對降低爐內(nèi)熱量損失，合理控制過程溫度，確保終點溫度起到一定的作用。
d、對除塵工程進行調(diào)速改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時間，提高鋼產(chǎn)量改善出鋼品質(zhì)。
e、降低補爐期間的能耗和爐襯排熱損失。
2、轉爐車間除塵工程風機節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠轉爐吹煉工藝周期對除塵風機的工藝要求如下
A到B為兌鐵加廢鋼時間,
B到C為風機升速時間，
C到D為吹氧時間，
D點風機開始減速，
D到E為倒爐測溫取樣時間，
E到F為出鋼時間，
F到G為濺渣時間，
整個吹煉工藝周期約40分鐘，其中風機高速運行時間（C到D）15分鐘,其他時間風機低速運行。
（2）工程控制方案
在上圖B點，將爐前、爐后和氧氣流量信號送到除塵工程PLC站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對閉合節(jié)點（繼電器吸合時，風機高速運轉；繼電器釋放時，風機低速運行），當在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，風機開始從低速向高速升速，在C點現(xiàn)場操作工進行吹煉。在D點，準備出鋼; 爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15分鐘，繼電器釋放，風機開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，風機應能滿足提速要求。
一般轉爐車間一次除塵工程風機已經(jīng)按以上工藝進行控制,但是二次除塵工程風機等是不調(diào)速運行，浪費大量電能。
2X45T轉爐車間二次除塵工程風機控制工程如下:
3、多煙塵撲集罩除塵工程風機節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
大型高爐一般設2個以上出鐵口，輪換出鐵操作，出鐵口的大量煙塵通
過煙塵撲集罩送至同一除塵工程排出，出鐵口工作時打開煙罩閥門，非工作時關閉閥門；除塵工程的總風量應等于或大于所有出鐵口工作打開煙罩閥門時風量的總和。除塵工程風機一直以最大風量運行，不調(diào)速,消耗大量電能。
在滿足各出鐵口煙塵撲集罩正常吸塵風量的情況下，如果采用開閉閥門與
除塵風機轉速相結合的控制方式，盡量降低風機轉速，則可達到節(jié)約電能的目的。
（2）工程控制方案
當所有的出鐵口煙塵撲集罩閥門全部打開時，風機以最高轉速運行，其它
情況在保證每一煙罩除塵效果的前提下，根據(jù)煙罩閥門的開、關情況自動調(diào)節(jié)風機轉速，盡量降低風機轉速。
控制工程圖如下(以三個出鐵口為例):
五、節(jié)電效益分析
以某鋼廠90T電爐除塵工程為例:
1、除塵工程風機配置：
一次除塵工程風機功率 2700KW 額定轉速 996RPM(液力偶合器調(diào)速)
二次除塵工程風機功率 1600KW 額定轉速 990RPM(液力偶合器調(diào)速)
精練爐除塵工程風機功率 500KW 額定轉速 1491RPM(液力偶合器調(diào)速)
2、運行狀況
一次除塵工程 風機電流 121A 轉速 750RPM（不調(diào)速）
二次除塵工程 風機電流 46A 轉速 666RPM（不調(diào)速）
精練爐除塵工程 風機電流 23A 轉速 1150RPM（不調(diào)速）
3、節(jié)電分析
采用以上的控制方案，風機轉速以平均下降20%，每天運行10小時，其它時間按現(xiàn)狀況轉速運行，每年運行330天，電費0.68元/度,根據(jù)風機功率與風機轉速的3次方成正比進行計算:
電爐一次除塵工程、二次除塵工程、精練爐除塵工程每年合計可節(jié)電300萬度,節(jié)約電費200余萬元。
如果風機轉速平均下降30%，每天運行10小時，其它時間按現(xiàn)狀況轉速運行，每年運行330天，電費0.68元/度, 除塵工程每年合計可節(jié)電400余萬度,節(jié)約電費275萬元。
六、投資 （一套除塵工程）
1、一次檢測元件及信號傳輸設備和電纜 3.8萬元；
2、除塵工程PLC增加ROLCOX控制模塊 6.8萬元；
3、軟件編程、安裝、調(diào)試 8.8萬元；
4、其它 2.0萬元
合計:21.4 萬元；
七、節(jié)電方案實施步驟
1、了解現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的運行方式，統(tǒng)計、檢測除塵工程的有關參數(shù)。
2、根據(jù)實際的運行情況選擇控制方案，購置設備。
3、設備安裝、調(diào)試、運行、檢測。
八、結論
在冶金行業(yè)的一些生產(chǎn)工段, 除塵工程風機雖然配置有調(diào)速設備,但是生產(chǎn)過程中一直以較高風速運行,浪費大量電能.在深入分析實際生產(chǎn)工藝的基礎上，利用現(xiàn)有的調(diào)速設備，采用有效的自動控制方案，增加極少的改造費用，即可進一步降低除塵工程風機的耗電量，達到最佳的節(jié)電效果。
一、前言
變頻調(diào)速技術現(xiàn)已被應用于各行各業(yè)，我公司于2004年起開始將高壓變頻器應用于水泥行業(yè)的電機節(jié)能改造，至今已成功用于水泥廠窯尾通風機、高溫風機、窯頭EP風機、生料磨循環(huán)風機的節(jié)能改造，取得了許多成功的改造經(jīng)驗，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。2006年1～2月，我公司對葛州壩水泥廠3#、5#窯的窯尾高溫風機及窯頭EP風機成功進行了變頻改造，下面對改造情況作一總結。
二、變頻調(diào)速節(jié)電原理
異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高，是異步電動機的最為合理的調(diào)速方法。
由公式 n＝60f/p（1—s）
可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。
變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點：
（1）由設備設計余量而導致“大馬拉小車”現(xiàn)象，因電機定速旋轉不可調(diào)節(jié)，這樣運行自然浪費很大，而變頻調(diào)節(jié)徹底解決了這一問題；
（2）由負載檔板或閥門調(diào)節(jié)導致的大量節(jié)流損失，在變頻后不再存在；
（3）某些工況負載需頻繁調(diào)節(jié)，而檔板調(diào)節(jié)線性太差，跟不上工況變化速度，故能耗很高，而變頻調(diào)節(jié)響應極快，基本與工況變化同步；
（4）異步電動機功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到變頻后的0.95以上；
（5）可實現(xiàn)零轉速啟動，無啟動沖擊電流，從而降低了啟動負載，減輕了沖擊扭振。
（6）高壓變頻器本身損耗極小，整機效率在97％以上。
對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉速n成正比；輸出壓力H與轉速n2正比；輸出軸功率P與轉速n3正比；即：
Q1/Q2＝n1/n2
H1/H2＝（n1/n2）2
P1/P2＝（n1/n2）3
當風機風量需要改變時，如調(diào)節(jié)風門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路工程阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當風機低于額定轉速時，理論節(jié)電為
E=〔1-（ n′/n）3〕×P×T （kWh）
式中： n－額定轉速
n′—— 實際轉速
P——額定轉速時電機功率
T——工作時間
可見，通過變頻對風機進行改造，不但節(jié)能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。
三、窯尾高溫風機工程簡介
葛州壩水泥廠生產(chǎn)線為干法懸窯，其窯燒成工程流程簡圖如圖1所示。
圖1 窯燒成工程流程簡圖
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。
葛州壩水泥廠的3#、5#窯，日產(chǎn)分別為2000t、2500t，到現(xiàn)在運行已近多年。生產(chǎn)線原配置的余熱發(fā)電機組，由于發(fā)電成本較高，現(xiàn)已停產(chǎn)。
日產(chǎn)2500t的5#窯生產(chǎn)線，高溫風機電機配置為6kV1600kW，窯尾EP風機配置為6kV280kW。日產(chǎn)2000t的3#窯生產(chǎn)線，高溫風機電機配置為6kV1400kW，窯尾EP風機配置為6kV260kW。在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調(diào)速，整個工藝過程主要是通過 DCS的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度從而調(diào)整風機的風量，達到控制窯內(nèi)負壓。窯尾EP風機依靠風門來進行調(diào)節(jié)。
由于使用年限較長，目前液力耦合器漏油嚴重，運行中每天需加油2～3次，以補充漏油，油面調(diào)整的控制回路失靈不能自動調(diào)節(jié)，在運行中靠手動調(diào)節(jié)置于固定轉速比。在運行是時仍靠風機擋板進行風量調(diào)節(jié)，當窯工程工況變化較大時，現(xiàn)場值班人員根據(jù)中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進行手動調(diào)節(jié)，運行操作非常不便。
前段時間，水泥廠準備對兩條生產(chǎn)線進行提產(chǎn)，但由于高溫風機中液力耦合器漏油嚴重，出力受到限制，不具備提產(chǎn)的條件，故提產(chǎn)一直未能實現(xiàn)。
2006年1～2月，我公司為該水泥廠2000t、2500t兩條生產(chǎn)線的高溫風機及窯頭號EP風機進行了變頻調(diào)速改造，目前運行情況良好，2000t的生產(chǎn)線的產(chǎn)量目前達2300t，2500t的生產(chǎn)線的產(chǎn)量目前達2900t，而高溫風機變頻調(diào)節(jié)的耗電量還稍少于原液力耦合器調(diào)節(jié)的耗電量。
四、高溫風機變頻改造方案
經(jīng)過對原工程進行分析，對原工程的風壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調(diào)速，最后達到調(diào)整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。
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