第四节  转炉除尘风机变频调速节能改造

1 工程概况

河北唐山国义特种钢铁有限公司炼钢厂原有50t氧气顶吹转炉3座，转炉在吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高，且含有易燃气体和金属颗粒；按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996）的规定：对烟气必须进行冷却、净化处理后，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。因此，每座转炉必须配置一套除尘系统，一共有四台除尘风机，采取三用一备的运行方式。风机电动机功率为1000kW，供电电压为10kV。

由于转炉周期性间歇吹氧，为满足节能和环保要求，要求风机在整个炼钢周期内变速运行：吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。最初设计采用风门挡板调节风量，电动机采用水电阻启动；经过一段时间的运行，发现采用风门挡板调节风量存在着非常大的局限性，主要表现在：

a）风门挡板须人工调节，使用不便；通常不论工况如何，风门一直不变，造成巨大的能源浪费；

b）风门挡板调节风量是把能量消耗在挡风板上，造成挡风板前后压差大，风门易磨损；

c）风机、电机全速运行，震动大、噪声大、损耗大，轴承磨损严重；

d）调节精度低、线性度差，响应速度慢；

e）电动机启动电流大，影响电网稳定。

鉴于存在上述众多问题，炼钢厂决定对3座转炉的除尘系统分别进行改造，采用高压变频器通过调整转速来调节转炉除尘风机的风量。

吹炼工艺对除尘风机的要求：

根据吹炼工艺各个环节所产生的粉尘量，要求除尘风机在不同的转速下运行，其具体吹炼时间段对除尘风机转速的要求如图1所示，具体要求如下：

2 电动机基本参数及变频器设置的参数

电动机基本参数及变频器设置的参数如表1及表2所示。

3 高压变频器技术要求及改造方案

3.1 技术要求

除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，还会造成巨大的经济损失，甚至可能威胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣，转炉又是周期性间歇吹氧，所以，为除尘风机配套的高压变频调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工艺特点，对变频调速系统的主要要求如下：

a）要求变频器具有高可靠性，长期运行无故障；

b）调速范围要大，升降速时间短，效率高；

c）具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速；

d）有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，保证风机不喘振。

3.2 改造方案

　  经过多方调研比较，最后决定采用深圳市科陆变频器公司生产的CL2700系列高压变频器。通过双方技术人员的合作，共同制定了1#转炉除尘风机的变频改造方案如下：

a）采用“一拖一”手动旁路方案，一次接线原理如图2所示：

用户开关QF1闭合时，电机实现变频或工频运行。当高压电源经高压隔离开关QS1连到高压变频装置，变频装置输出经高压隔离开关QS3送至电动机，电动机变频运行；高压电源还可经高压隔离开关QS2直接起动电动机，电动机工频运行。高压隔离开关QS2、QS3之间机械互锁，确保工频电路与变频电路不会同时导通。当变频器检修，断开QS1、QS3，并闭合QS2使电机工频运行，不停机，QS1、QS3形成明显断开点，确保检修人员人身安全。

手动旁路方式的旁路柜主要由隔离刀闸构成，在使用时可进行变频运行和工频运行的手动切换。在高压变频装置检修时，旁路隔离刀闸闭合为高压电机从电网直接提供高压电源，不影响用户的使用；而变频隔离刀闸断开，具有明显的物理断点，可保障检修人员的人身安全。旁路隔离刀闸与变频隔离刀闸间具有机械互锁功能，可确保工频回路与变频回路不会同时导通。

b）拆除水阻启动柜，电动机中性点直接短接；

c）在控制室增加一台操作柜，可实现远程、本地控制以及电流、转速、频率的监视；

d）设立高速、低速两档速度控制；

e）当除尘风机运行时，功率单元故障只报警，不停机。

3.3 系统与远程控制箱接口图、功能表

系统与远程控制箱接口图、功能表如图3所示。

4 经济效益及附加效益

除尘风机使用变频调速系统自投运以来，一直运行稳定，安全可靠，没有出现故障。维护简单，只需定期清洗柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。
4.1 节能分析

除尘风机高速运行（约占2/3时间）时，由于功率因数的提高，电流降为41A，1/3时间低速，电流已降到10A左右，以炼钢厂转炉变电所电度表（2009年1月10日～2月10日）显示，当月耗电20.16万kWh，年耗电量可估算为：240.3万kWh。

从表5数据统计看，2008年1～5月同2009年1～5月相比，除尘风机共节约用电137.3万kWh，平均每月节约用电27.46万kWh，年节电量可估算为：27.46×12=329.5万kWh。以电价0.51元/ kWh计算，除尘风机年节电总额为：329.5×0.51=168万元。

4.2 减少电机启动时的电流冲击

　　电机采用水电阻启动时的最大启动电流达到额定电流的2.5～4倍。经过变频改造后，观察变频器启动的负荷曲线，发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，无论如何都不会超过额定电流的1.2倍。因此风机变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养费用。

4.3 延长设备使用寿命

使用变频器可使电机转速变化沿风机的加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。同时有关数据说明，机械寿命与转速的倒数成正比，降低风机转速可成倍地提高风机寿命，风机的使用维护费用自然就降低了。
4.4 降低噪音

　　风机采用变频器调速驱动，在降低风机转速运行的同时，噪音也大幅度地降低，同时克服了由于调整风门线性度不好，调节品质差，引起共振，造成风道强烈震动的缺陷，运行工况得到明显改善。

由上述可知，采用变频调速的方式可提高电机的使用效率，综合利用能源，减小损耗，给企业带来可观的经济效益。