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 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。