羅偉俊,鄧 廣,葉曉顏,韓必豪
主抽風機是燒結生產(chǎn)的主要設備之一,其風壓、風量的變化,對燒結生產(chǎn)的影響很大,而其電耗一般又占整個生產(chǎn)線的1/3左右。因此,合理的控制主風機的運行狀態(tài),對提高燒結生產(chǎn)效率以及大量降低電耗,有十分重要的意義。
1 燒結主風機改變頻調速的重要性
我國鋼鐵企業(yè)的燒結廠都廣泛存在著生產(chǎn)原料及工況變化的情況,而為適應生產(chǎn),目前只有改變主抽風機的風門開度來滿足燒結生產(chǎn)過程的需要,這在過去幾乎成了一種統(tǒng)一的模式。然而,這種方法存在著很多弊病:① 根本無法隨時動態(tài)跟蹤工藝進行風量調節(jié)以滿足最佳工況要求;② 據(jù)我們考察有些燒結廠的主抽風機,一般風門開度都在40%~60%之間,電能的損失和浪費可想而知;③ 這些大風機起動困難,起動過程故障率高,對電網(wǎng)影響大。為克服這些弊端,我們首先想到利用變頻調速技術。
根據(jù)我們廠的生產(chǎn)經(jīng)驗,燒結生產(chǎn)過程中,對風量的要求有一個動態(tài)平衡的過程,各項技術經(jīng)濟指標越先進對平衡的要求就越高。因此,我們盟發(fā)了對主抽風機進行變頻調速改造的設想,利用現(xiàn)代化跟蹤手段,實現(xiàn)配料大小循環(huán),三機聯(lián)調,把點火溫度及主燒結負壓一同送入大閉環(huán)控制。這些設想的實現(xiàn),最重要而且最困難的就是主抽風機的調速問題,隨著高新技術的迅猛發(fā)展,用中壓變頻器來實現(xiàn)上述連續(xù)、精確地調節(jié),條件已經(jīng)成熟了。
實現(xiàn)主風機變頻控制,就能合理、隨時、動態(tài)地調節(jié)風的負壓和流量,使風量和風壓相對恒定,為均質燒結生產(chǎn)提供了有利的條件。反之,沒有良好的調節(jié)方法,靠人工進行調節(jié),根本無法合理應用,這樣就有可能出現(xiàn)大量生料,成品率和工序能耗等指標都難以達到良好指標。主風機采用變頻調速后,原來打不開的風門打開了,原來風門控制的風量變成由轉速來控制,從輸出功率P與風機轉速關系P=kW3(K-風機常數(shù);W-電動機旋轉角頻率)可知,隨時著風門的打開,風量減少變成了轉速的下降,所以,P成轉速立方倍下降,克服了以前調節(jié)風門功率損耗大的問題。另外電機起動由原來全壓或降壓啟動,變成變頻啟動后,起動性能大大改善,所以,大電機啟動困難、沖擊大、易損傷等問題便迎刃而解了,效益體現(xiàn)在多方面。
2 燒結大風機上變頻調速的可行性
目前,許多小功率的風機改變頻調速,效益已得到證實,但在國內,尚無燒結主抽風機上變頻調速的先例,燒結風機能否上變頻調速呢?現(xiàn)在,大型異步電動機變頻調速也已屢見不鮮,而大型同步機上變頻調速在國內還無先例,同步電機上變頻調速究竟如何?同軸主油泵在實現(xiàn)風機調速后,如何補充油量?等等這些問題,都是上變頻前要解決的問題。
(1) 為了證實燒結風機上變頻的可行性,我們在燒結杯試驗中進行了變頻調速試驗,得到了令人滿意的數(shù)據(jù)。
表1
從表1試驗數(shù)據(jù)看,情況與主抽風機非常類似,未裝變頻前,風門開度從0~70°以上,風量基本不變,風壓從32~200變化,整個試驗過程,電流保持3.4A不變;裝變頻器后,風門全開,600mm料層時,測得風量98~200時,風壓32~194,電流0.6~2.6A,電機轉速1106~2900轉/分,節(jié)電效果十分明顯。2001年1月6日,在ROCKWELL自動化和廣西南寧怡得發(fā)展公司柳州分公司(柳州市怡得安豪科技發(fā)展有限公司)的協(xié)助下,我們正式將A-B中壓變頻器用在2000kW同步電機上,進一步驗證了燒結主風機上變頻的實際效果,在正常生產(chǎn)情況下,風壓下降了近4kPa,功率節(jié)約了近600kW,對生產(chǎn)工藝和節(jié)電產(chǎn)生了重要作用。
試驗和實踐均能充分證明,燒結主風機上變頻調速是完全可行,而且是非常成功的。
(2) 大型同步電動機上變頻是否可行?通過我們的實踐,也得到了充分的肯定。同步機上變頻后,摒棄了原來的異步起動的方法,由A-B中壓變頻系統(tǒng)配套,采用同步啟動方法,隨著電機轉矩和轉速的變化,自動調節(jié)運行參數(shù)直至達到最佳調速要求,整個過程十分平穩(wěn),甚至在電網(wǎng)上毫無沖擊的感覺。AB中壓變頻器可做到同步機定轉子電流及功率因數(shù)等各參數(shù)最佳匹配,從而使運行效果達到最佳水平。
(3) 由于我們主抽風機系統(tǒng)潤滑在起動前由副油泵負責,起動完畢后,是由同步機同軸的主油泵供油的這樣,在風機變頻調速后,主油泵可能運行在低速狀態(tài)。所以,供油系統(tǒng)就必須考慮油量的補充問題,怡得公司在完成這個工作時,采用了付油泵變頻PID調節(jié)方式,用較少的投資,保證了主風機低速時,潤滑系統(tǒng)的正常供油。這也為主風機變頻調速的實施起到了重要的保證作用。
(4) 風機電機冷卻:由于同步電機的冷卻是自循環(huán)風冷,當電機轉速下降時,冷卻效果也會下降,但由于風機的特性所至,低速時電機負載成立方倍下降,所以發(fā)熱量也大大減少,實踐證明,電機低速運轉時,溫升不但不上升,反而下降了。
3 方案選擇
大功率、高電壓的變頻器在國內使用尚不普遍,因此,要進行這樣大的投資,必須要認真的選擇合理的方案。高壓變頻器,目前從主電路的結構型式可分為交-直-交和交-交兩種,交-交型變頻器由于控制方式?jīng)Q定了其輸出頻率只能達到1/3-1/2原頻率,故不能滿足我們的要求,而交-直-交型變頻器不受電源頻率的限制,頻率調節(jié)范圍寬,且元件少,利用率等能滿足我們的需要。交-直-交變頻器由于直流部分不同,又可分為電壓型和電流型,電壓型變頻器的輸出電壓為方波,當負載出現(xiàn)短路時或在變頻器運行時投入負載,都易出現(xiàn)過電流,動態(tài)響應較慢,有較大的諧波分量;電流型變頻器由于電流控制性好,可限制逆變裝置換流失敗或負載短路所起的過電流,其運行可靠性高,當負載為電動機時,電壓近似正弦波,還能實現(xiàn)發(fā)電和制動,把機械能變?yōu)殡娔芑仞侂娋W(wǎng),線路結構簡單,動態(tài)響應快。通過分析比較,我們選擇了美國A-B公司生產(chǎn)的1557型電流型中壓變頻器,它能保證電網(wǎng)電壓在5.9~6.8kV范圍變化時正常工作,電流諧波畸變率≤3%、Cosψ≥0.98、η≥97%,變頻器能與包括qut140CPU53414大型PLC接口實現(xiàn)燒結工藝閉環(huán)控制。
4 實際運行特點
① A-B公司的電流型1557中壓變頻器,運用于燒結主風機調速系統(tǒng),調速范圍大,運行平衡,具有良好的控制精度。
② 同步起動電流小、沒有任何電氣與機械的沖擊。
③ 勵磁電流自動跟蹤負載與轉速變化,系統(tǒng)運行點優(yōu)化。
④ 通訊能力強,易于上網(wǎng)控制。
⑤ 系統(tǒng)調試方便,運行可靠,電機噪音低,發(fā)熱量降低30%以上。
⑥ 節(jié)電效果十分明顯。
5 運行效果分析
(1) 從主風機變頻器投入后的情況看,用變頻與接工頻運行情況大不一樣。上變頻之前,電機轉速為1500轉/分,風門不能開完,否則電機將過載。一般正常生產(chǎn)時,風門開度在80%~90%之間,因此相當部分電能消耗在風門上,2000kW電機經(jīng)常運行在滿載狀態(tài),同時由于我們的網(wǎng)路電壓偏高(一般在6.3~6.7kV),所以,電機工作磁通接近飽和區(qū),激磁損失增加,工作電流上升。按運行記錄計算,電機原來消耗功率1865.8kW,變頻器投入后,電機只需運行在42Hz就能滿足生產(chǎn)要求,變頻輸出電壓為4350V,電流174A,轉速1260轉/分,功率消耗1179.9。生產(chǎn)典型參數(shù)見表2:
表2
電機在正常運行情況下,年節(jié)電:685.9kW×24h×360天×0.904=5357263kWh(0.904為其它因素系數(shù)),電費按0.46元/度,可節(jié)支246萬元/年。